DE102006026805A1

DE102006026805A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Warmumformen eines Halbzeugs

Info

Publication number: DE102006026805A1
Application number: DE200610026805
Authority: DE
Inventors: Dieter Batt; Dirk Gerhard; Heiko Dr. Engels
Original assignee: Automotive Group ISE Innomotive Systems Europe GmbH
Current assignee: Metalsa Automotive GmbH
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2006-06-07
Publication date: 2008-01-03

Abstract

Bei einer Vorrichtung (1) zum Warmumformen eines Halbzeugs (2) zu einem Bauteil (20) mit zumindest einer Matrize (3) und zumindest einem Stempel (4), die gegeneinander bewegbar angeordnet sind, und zumindest einem Niederhalter (5), umfasst die Vorrichtung (1) zumindest eine während des und/oder nach dem Umformvorgang aktivierbare Schneideinrichtung (6, 44, 61). Bei einem Verfahren zum Warmumformen eines Halbzeugs (2) zu einem Bauteil (20) und Beschneiden von diesem, wird das Halbzeug (2) auf Umformtemperatur erwärmt und in eine Vorrichtung (1) zum Warmumformen und Beschneiden, die zumindest einen Stempel (4), zumindest eine Matrize (3) und zumindest einen Niederhalter (5) aufweist, eingelegt und unter Zusammenfahren von Stempel (4) und Matrize (3) umgeformt, wobei das Bauteil (20) in der Vorrichtung (1) durch eine Schneideinrichtung (6, 44, 61) beschnitten wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Warmumformen eines Halbzeugs zu einem Bauteil mit zumindest einer Matrize und zumindest einem Stempel, die gegeneinander bewegbar angeordnet sind, und zumindest einem Niederhalter sowie ein Verfahren zum Warmumformen unter Verwendung einer solchen Vorrichtung.
Steigende Anforderungen an moderne Strukturen insbesondere im Automobilbau in Hinblick auf das Verhalten bei einem Aufprall und in Hinblick auf einen minimalen Kraftstoffverbrauch erfordern immer mehr den Einsatz von hoch- und ultrahochfesten Stählen. Hierbei wird häufig ein Warmumformverfahren der Halbzeuge zu Bauteilen verwendet, da bei diesem beispielsweise ein borlegierter Stahl austenitisiert und in einem gekühlten Werkzeug formgebend umgeformt und vergütet wird. Beispielsweise ist in der DE 10 2004 038 626 B3 ein solches Verfahren zum Herstellen von gehärteten Bauteilen aus Stahlblech beschrieben. Das Bauteil wird aus Stahlblech geformt, wobei vor, beim oder nach dem Formen des Formteils ein Endbeschnitt des Formteils sowie erforderliche Ausstanzungen vorgenommen werden. Anschließend wird das so geformte Formteil auf eine Temperatur erhitzt, die eine Austenitisierung des Stahlwerkstoffs ermöglicht. Nachfolgend wird das Bauteil in ein Formhärtewerkzeug überführt, wobei das Bauteil an das Formhärtewerkzeug angelegt und gepresst sowie durch das Formhärtewerkzeug gekühlt wird. Im Bereich der positiven Radien wird das Bauteil innerhalb des Formhärtewerkzeugs gestützt und teilweise bzw. im Bereich der Beschnittkanten klemmend festgehalten. In Bereichen, in denen das Bauteil nicht geklemmt wird, wird dieses zu einer Formwerkzeughälfte mit einem Spalt beabstandet.
Gemäß der DE 10 2004 026 762 A1 wird ein Umform- und/oder Trennwerkzeug offenbart für ein unter Wärmeeinwirkung bearbeitetes Werkstück, wobei die Werkzeugerwärmung lokal auf die zum Warmumformen bzw. Beschneiden des Werkstücks erforderlichen Wärmekontaktbereiche wirksam begrenzt wird, wobei die außerhalb der Wärmekontaktbereiche liegenden Werkzeugabschnitte durch eine Keramikschicht mit einem hohen Wärmeleitwiderstand wärmeisoliert werden.
Die DE 102 54 695 B3 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Formbauteils, bei dem aus einem Halbzeug aus einem ungehärteten warmformbaren Stahlblech durch Kaltumformverfahren, beispielsweise Tiefziehen, ein Bauteilrohling geformt wird. Anschließend wird der Bauteilrohling randseitig auf eine dem herzustellenden Bauteil näherungsweise entsprechende Berandungskontur beschnitten. Der so beschnittene Bauteilrohling wird nachfolgend erwärmt und in einem Warmumformwerkzeug pressgehärtet, wobei in der Druckschrift angegeben ist, dass der besondere Vorteil darin liege, dass das erzeugte Bauteil auf diese Art und Weise nach dem Warmumformen bereits die gewünschte Berandungskontur aufweist, so dass eine abschließende Beschneidung des Bauteilrandes nicht mehr erforderlich sei.
Gemäß der DE 103 18 056 A1 sind ein Verfahren und eine Presse zum Warmumformen eines Formbauteils aus Metall bekannt, bei dem ein Halbwerkzeug in einer Presse durch einen oberen und einen unteren verfahrbaren Niederhalter über einen Stempel zunächst frei vorgeformt und dann in derselben Presse entformt und gehärtet wird. Der obere und der untere Niederhalter sind sowohl gegenüber dem Gesenk als auch gegenüber dem Stempel verfahrbar. Der Materialfluss im Halbzeug wird dadurch gesteuert, dass der obere und untere Niederhalter variabel einstellbar sind. Ferner weist das Halbzeug Zuglaschen auf, die während des Tiefziehvorgangs eingeklemmt werden, so dass das Halbzeug an den Zuglaschen gereckt wird.
Aufgrund der sich beim Warmumformen ergebenden hohen Festigkeit des Bauteils mit R_m < 1.400 MPa erweisen sich die nach der Formgebung des Bauteils folgenden Beschneideoperationen entsprechend problematisch und führen zu einem starken Verschleiß der Schneidkanten des Beschnittwerkzeugs. In keiner der vorstehend genannten Druckschriften des Standes der Technik wird hier eine Lösung für dieses Problem angegeben. Es wird lediglich vorgeschlagen, den Beschnitt vor dem Warmumfomvorgang vorzusehen, wobei dann das Problem auftreten kann, dass sich die äußeren Ränder des Bauteils ungewollt und undefiniert verziehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Warmumformen eines Halbwerkzeugs zu einem Bauteil vorzusehen, bei denen ein geringerer Verschleiß der Schneidkanten einer Schneideinrichtung zum Beschneiden eines geformten Bauteils auftritt, sich die äußeren Ränder des Bauteils bei diesem Vorgang im Wesentlichen nicht verziehen und somit der Beschnittvorgang des Bauteils deutlich vereinfacht und verbessert wird.
Die Aufgabe wird nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Vorrichtung zumindest eine während des und/oder nach dem Umformvorgang aktivierbare Schneideinrichtung umfasst. Für ein Verfahren zum Warmumformen eines Halbzeugs zu einem Bauteil wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Halbzeug auf Umformtemperatur erwärmt und in eine Vorrichtung zum Warmumformen und Beschneiden, die zumindest einen Stempel, zumindest eine Matrize und zumindest einen Niederhalter aufweist, eingelegt und unter Zusammenfahren von Stempel und Matrize umgeformt wird, wobei das Bauteil in der Vorrichtung durch eine Schneideinrichtung beschnitten wird. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Dadurch werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Warmumformen eines Halbzeugs zu einem Bauteil vorgesehen, mit denen es möglich ist, den Verschleiß von Schneidkanten einer Schneideinrichtung besonders gering zu halten, da der Beschnitt bereits innerhalb der Umformvorrichtung erfolgt, also dann, wenn das Bauteil noch warm ist. Die Festigkeit des Bauteils ist damit noch nicht so hoch, da es noch nicht abgekühlt und somit auch noch nicht gehärtet wurde. Das Material des Halbzeugs und des während des Warmumformvorgangs geformten Bauteils weist während des Umformvorgangs etwa eine Temperatur von 400 bis 950°C auf, so dass es eine hohe Duktilität aufweist. Die Kräfte an den Schneidkanten der Schneideinrichtung sind daher entsprechend gering und führen zu einem verminderten Verschleiß der Schneidkanten bzw. der Schneideinrichtung. Ferner wirkt sich das Kombinieren des Warmumformvorgangs und des Beschnittvorgangs innerhalb einer Vorrichtung auch besonders günstig auf die Fertigungs- und Werkzeugkosten aus, da das Bauteil nicht separat in eine Vorrichtung zum Beschneiden eingelegt zu werden braucht, sondern direkt innerhalb der Warmumformvorrichtung beschnitten wird. Es sind somit nicht separate Werkzeuge bzw. Vorrichtungen erforderlich, sondern nur eine einzige Vorrichtung zum Warmumformen, die zugleich auch zumindest eine Schneideinrichtung umfasst.
Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die zumindest eine Schneideinrichtung an der zumindest einen Matrize und/oder dem zumindest einen Stempel der Vorrichtung innerhalb der Vorrichtung angeordnet ist. Da beim Warmumformvorgang die Matrize in Richtung des Stempels verfahren wird, kann durch Anordnen der Schneideinrichtung an Matrize und Stempel auf einfache Weise bei deren Bewegen zum Umformen zugleich auch ein Abscheren bzw. Abtrennen von abzutrennenden Stücken des Bauteils erfolgen. Besonders vorteilhaft ist die zumindest eine Matrize mit zumindest einem Schneidmesser oder einer Schneidkante versehen. Als weiter vorteilhaft erweist es sich, wenn der zumindest eine Stempel ebenfalls mit zumindest einer Schneidkante oder einem Schneidmesser versehen ist, so dass beim Zusammenfahren von Matrize und Stempel ein Abtrennen von überstehenden Abfallstücken von dem Bauteil erfolgen kann.
Ferner kann der Niederhalter gegenüber dem Stempel und/oder der Matrize beweglich gelagert sein. Der Niederhalter kann außerdem mit dem Stempel verbunden, insbesondere federnd verbunden sein. Vorzugsweise ist der Niederhalter zwischen Matrize und Stempel so positioniert, dass er beim Zusammenfahren von Matrize und Stempel zu dem Schneidmesser oder der Schneidkante der Matrize zum Halten des Bauteils in einer nicht trennenden Position mit einem vorbestimmbaren Abstand anordbar oder angeordnet ist. Zum Einhalten eines gleich bleibenden Abstandes zwischen Niederhalter, Halbzeug und Schneidmesser ist der Niederhalter vorteilhaft über ein Distanzstück an der Matrize befestigt oder kann dort befestigt werden. Das Distanzstück kann mit der Matrize verbunden sein, wobei beim Verfahren der Matrize der Niederhalter verdrängt bzw. vor der Matrize her geschoben wird. Hierdurch ist es möglich, den Niederhalter in einem vorbestimmbaren Abstand zu der Matrize zu halten und zugleich zusammen mit dieser zu bewegen. Ferner ist vorteilhaft zumindest eine Distanzeinrichtung zum Einhalten eines Abstandes zwischen Stempel und Matrize mit Niederhalter zwischen diesen angeordnet einzubringen, um eine Kraftübertragung zwischen Niederhalter und Stempel zu vermeiden. Die Matrize wird dabei vorteilhaft zu Beginn des Warmumformvorgangs in Richtung gegen das Halbzeug gefahren, wobei der Niederhalter mitgenommen wird, und der Niederhalter verbleibt jedoch mit einem Abstand zu diesem, so dass das Halbzeug nicht durch den Niederhalter eingeklemmt wird, sondern ein definiertes Spiel zwischen Niederhalter, Halbzeug und Schneidmesser verbleibt, beispielsweise ein Spiel von 1 mm. Der Niederhalter soll das Halbzeug vor Beschädigungen schützen, die dieses durch die Schneidkante der Schneideinrichtung erfahren könnte. Wäre der Niederhalter nicht vorgesehen, würden sich die Enden des Halbzeugs nach dem ersten Zusammenfahren von Stempel und Matrize an die Schneidkanten anlegen. Im weiteren Verlauf des Formgebungsvorgangs würde das Halbzeug, insbesondere in Form einer Blechplatine, an der Schneidkante vorbeilaufen, bis das Bauteil seine endgültig ausgeprägte Form aufweist. Dies würde in jedem Falle aufgrund der Relativbewegung zwischen Halbzeug und Schneidkante zu einer Beschädigung des Halbzeugs führen. Bei zinkbeschichteten Platinen hätten die Beschädigungen besonders gravierende Folgen, da es dort zu Korrosion aufgrund der Beschädigung der Korrosionsschutzschicht käme. Durch das Vorsehen eines definierten Spiels zwischen Niederhalter, Halbzeug und Schneidmesser wird ein Beschädigen des Halbzeugs beim Umformvorgang vermieden. Zum Ende des Warmumformvorgangs hin kann in diesem Bereich ein Abtrennen der nicht umgeformten Randbereiche problemlos erfolgen.
Zum Abtransport von Abfallstücken, die von dem Bauteil abgetrennt wurden, weist der Niederhalter vorteilhaft zumindest eine schräg verlaufende Außenfläche auf. Als vorteilhaft erweist es sich ferner, wenn die vom Bauteil abgetrennten Abfallstücke seitlich aus der Vorrichtung heraus abgeführt werden. Da innerhalb der Vorrichtung nach oben und nach unten zumeist Stempel und Matrize angeordnet sind, erweist sich ein seitliches Abführen von Abfallstücken, insbesondere über eine an dem Niederhalter gebildete Rampe, hier als besonders einfach und zweckmäßig. Vorzugsweise ist der Niederhalter mit dem Stempel bzw. einer Basisplatte des Stempels verbunden, insbesondere federnd verbunden, und gegenüber diesem bzw. der Matrize beweglich, so dass beim Absenken des Niederhalters nach dem Beschnittvorgang ein Abführen der Abfallstücke seitlich nach unten aus der Vorrichtung heraus problemlos möglich ist.
Um zu bewirken, dass ein störungsfreier und korrekter Beschnitt vorgenommen werden kann, erweist es sich als vorteilhaft, wenn der an dem Stempel angeordnete Teil der Schneideinrichtung in Bezug auf den an der Matrize angeordneten Teil der Schneideinrichtung so angeordnet ist, dass die Schneidkanten fluchten und beim Zusammenfahren von Stempel und Matrize der an dem Stempel angeordnete Teil der Schneideinrichtung an dem Bauteil zur Anlage kommt. Der eine Teil der Schneideinrichtung (z.B. der an dem Stempel vorgesehene) wird an dem anderen Teil der Schneieinrichtung (z.B. dem an der Matrize vorgesehenen) und dem Niederhalter zum Beschneiden des Bauteils vorbeigeführt. Der Niederhalter wird dabei vorteilhaft so positioniert, dass er mit einem endseitigen Teilstück ebenfalls mit dem Teil der Schneideinrichtung fluchtet, gegen den er mit Spiel gegen den Randbereich des Bauteils positioniert ist. An dem anderen Teil der Schneideinrichtung, beispielsweise dem an dem Stempel vorgesehenen, können dann problemlos Niederhalter und Matrize und kann zum Trennen der andere Teil der Schneideinrichtung, beispielsweise der an der Matrize vorgesehene, vorbeigeführt werden.
Der Schritt des Beschneidens des Bauteils beginnt vorteilhaft vor dessen Endformgebung und erfolgt dabei besonders bevorzugt mit einer Beschnittzugabe gegenüber der endgültigen Formgebung des Bauteils. Die Beschnittzugabe kann beispielsweise etwa 1 mm betragen. Die endgültige Formgebung erfolgt dann erst in diesem letzten Hub von 1 mm, was zur Folge hat, dass das Material des Halbzeugs im Bereich der Schnittkante noch etwas einrückt, also nach innen gezogen wird. Dies wird vorteilhaft zuvor bei dem Beschnitt berücksichtigt, so dass das Bauteil bei Beendigung des Umformvorgangs auch fertig geschnitten ist und direkt der Vorrichtung entnommen werden kann. Hierdurch treten keine weiteren Verzögerungen bei der Fertigung des Bauteils auf. Der Schritt des Beschneidens des Bauteils wird erst kurz vor der Beendigung des Umformvorgangs des Bauteils vorgenommen, so dass auch die Maßhaltigkeit des Bauteils mit den gewünschten Toleranzen sicher gewährleistet werden kann.
Nach dem vollständigen Zusammenfahren der Vorrichtung und Beschneiden des Bauteils werden Stempel, Niederhalter und Matrize nachfolgend zum Entnehmen des Bauteils wieder auseinander gefahren, wobei das Bauteil innerhalb der Warmumformvorrichtung ggf. zuvor auch noch gekühlt und somit gehärtet werden kann. Alternativ ist es möglich, das Bauteil der Warmumformvorrichtung zu entnehmen und in eine entsprechende Kühlvorrichtung zum Härten einzulegen.
Neben dem Beschneiden der Außenkanten des nahezu fertig zu einem Bauteil geformten Halbzeugs können auch Schnittvorgänge an anderen Stellen von diesem erfolgen, beispielsweise ein Lochen oder Ausstanzen.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden ein Ausführungsbeispiel von dieser näher anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese zeigen in:
1 eine seitliche Schnittansicht als Skizze einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Warmumformvorrichtung mit einer Matrize, einem Stempel und einem zwischen diesen angeordneten Niederhalter sowie einem in die Vorrichtung eingeführten Halbzeug in Form einer Blechplatine in einer ersten Position vor dem Umformvorgang,
2 eine seitliche Schnittansicht der Warmumformvorrichtung gemäß 1 in einer zweiten Position, in der sich die Matrize in Richtung zu dem Halbzeug bewegt hat,
3 eine seitliche Schnittansicht der Vorrichtung gemäß 1 in einer dritten Position, in der der Teil der Schneideinrichtung, der an dem Stempel angeordnet ist, zum Ende des Umformvorgangs des Bauteils hin vor der Abtrennposition steht,
4 eine seitliche Schnittansicht der Vorrichtung gemäß 1 in der Endposition nach dem Beschnittvorgang und dem endgültigen Formvorgang des Bauteils, und
5 eine seitliche Schnittansicht der Vorrichtung gemäß 1 in der vollständig auseinander gefahrenen Position, in der Abfallstücke über die Niederhalter abgeführt werden und das fertig geformte und beschnittene Bauteil angehoben ist und entnommen werden kann.
1 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Warmumformen und Beschneiden eines Halbzeugs 2, das in Form einer Platine bzw. eines Blechs im erwärmten Zustand mit einer Temperatur von z.B. über 400°C in die Vorrichtung eingelegt ist. Die Vorrichtung umfasst eine Matrize 3 und einen Stempel 4 sowie einen Niederhalter 5. Die Matrize 3 ist als Gesenk ausgebildet und weist eine formgebende Ausnehmung 31 auf. Ferner ist die Matrize 3 mit einem Schneidmesser 6 versehen. Dieses ist über Schraubbolzen oder Schrauben 60 auf der zu dem Stempel weisenden Frontfläche 32 der Matrize befestigt. Die Matrize weist ferner eine Basisplatte 33 auf, über die die Matrize innerhalb der Vorrichtung befestigt ist. Dies ist in 1 nicht gezeigt.
Der Stempel 4 ist mit einem formgebenden auskragenden Teilstück 41 versehen, das in die formgebende Ausnehmung 31 der Matrize passt und beim Verfahren der Matrize in Richtung zu dem Stempel dort eingreift, wobei das Halbzeug zwischen der Ausnehmung und dem auskragenden Teilstück in die vorbestimmte Form gedrückt wird. Ferner weist der Stempel 4 ebenfalls eine zu der Matrize weisende Frontfläche 42 auf und ist mit einer Basisplatte 43 versehen. Zum Zusammenwirken mit dem Schneidmesser 6, das an der Matrize 3 befestigt ist, ist die Frontfläche 42 des Stempels mit Schneidkanten 44 versehen. Die Schneidkanten sind in der in 1 gezeigten Ausführungsform einteilig mit dem übrigen Material des Stempels ausgebildet. Sie können jedoch auch als separate Elemente ausgebildet werden, die mit dem übrigen Material des Stempels verbunden sind, beispielsweise über eine Schweiß- oder Schraubverbindung. Die Schneidkante 44 ist so positioniert, dass sie beim Zusammenfahren von Matrize und Stempel an der Schneidkante 61 des Schneidmessers 6 scherend angreift und mit dieser zusammenwirkt, wobei sie ein Abtrennen des umlaufenden Randbereichs des Halbzeugs, der abgetrennt werden soll, bewirkt.
Der Niederhalter 5 ist keilförmig ausgebildet und weist einen vorderen Kantenbereich 51, eine schräg angeordnete lange Außenfläche 52, eine sich an dieser in einem spitzen Winkel anschließende zu dem Stempel gerichtete schräg verlaufende Außenfläche 53 sowie eine sich daran anschließende winklig zu dieser angeordnete weitere Außenfläche 54 auf. An dem Stempel 4 ist eine zu der Außenfläche 53 des Niederhalters weisende schräg verlaufende Außenfläche 45 vorgesehen, wobei die beiden Außenflächen 53 und 45 nicht zusammenkommen, um eine Kraftübertragung über diese zu vermeiden. Zu diesem Zweck ist eine Distanzeinrichtung zwischen Stempel und Matrize mit Niederhalter vorgesehen, die allerdings in den Figuren nicht dargestellt ist. Die schräg verlaufende Außenfläche 45 dient der Stabilisierung des die Schneidkante 44 umfassenden Teilstücks 46 des Stempels 4.
Die in 1 gezeigte Position des Halbzeugs 2 in Form einer Blechplatine ist die Position vor dem Beginn des Umformvorgangs. Die Blechplatine ist dabei bereits wärmebehandelt und wird in diesem Zustand in die Vorrichtung 1 zwischen Matrize, Niederhalter und Stempel eingelegt. Hierbei sind beispielsweise Grobeinweiser vorgesehen, die zum Positionieren des Halbzeugs bzw. der Platine dienen, in den Figuren jedoch nicht dargestellt sind. Die Matrize wird in Richtung gegen das Halbzeug gefahren, wobei der Niederhalter mitgenommen und in einem vorbestimmbaren oder vorbestimmten Abstand zu diesem gehalten wird, um dieses während des Umformvorgangs vor Beschädigung durch die Schneideinrichtung zu schützen.
Wie 2 entnommen werden kann, wird in einem zweiten Schritt die Vorrichtung zusammengefahren, d.h. Matrize, Stempel und Niederhalter werden in Richtung zueinander verfahren, entweder alle oder nur ein Teil, wobei der andere in seiner Position verbleibt. Im vorliegenden Fall wird die Matrize in Richtung zu dem Stempel verfahren und nimmt dabei den Niederhalter mit. Da an der Matrize ein Distanzstück (nicht gezeigt) angeordnet ist, wird der Niederhalter in einem definierten und gleich bleibenden Abstand zu der Matrize von dieser vor dieser her in Richtung zu dem Stempel, an dem er federnd befertigt ist, bewegt. Bei der Bewegung der Matrize kommt die Blechplatine 2 zunächst mit ihrer Oberseite 22 in Anlage an den Schneidmessern 6 bzw. ggf. einem umlaufenden Schneidmesser 6 an der Matrize 3. Der vordere Kantenbereich 51 kommt in den Bereich des Schneidmessers 6 und verbleibt mit seinem vorderen Kantenbereich 51 in einer Position mit einem eingestellten Spiel zu der Blechplatine 2 und dem Schneidmesser 6, um eine Beschädigung der Blechplatine durch die Schneidkante 44 zu vermeiden. Der Niederhalter dient also dazu, einen Kontakt der Blechplatine mit der Schneidkante 44 am Stempel während des Umformvorgangs zu verhindern. Der Abstand des vorderen Kantenbereichs 51 des Niederhalters zu dem Schneidmesser 6 beträgt beispielsweise Blechstärke plus 1 mm.
Der Stempel kommt mit seinem formgebenden auskragenden Teilstück 41 gegen die Unterseite 21 der Blechplatine und drückt gegen diese. Sodann beginnt der Umformvorgang der Blechplatine. Hierzu werden Matrize und Stempel weiter zusammengefahren, wobei die Matrize mit dem gegen diese gestützten Niederhalter in Richtung zum Stempel verfahren wird.
Dies kann besonders gut 3 entnommen werden. In dieser ist der Umformvorgang der Blechplatine zu einem Bauteil bereits weiter fortgeschritten, wobei sich die Blechplatine bereits seitlich an die Fläche der formgebenden Ausnehmung der Matrize sowie noch immer an den Stempel, der gegen die Blechplatine drückt, angelegt hat. Das die Schneidkante 44 umfassende Teilstück 46 des Stempels liegt bereits mit seiner Frontfläche 47 an der Unterseite 21 des Halbzeugs 2 an. In dieser Position schützt der Niederhalter noch die Blechplatine vor einem Verletzen von deren Oberfläche.
Wird die Matrize weiter in Richtung zu dem Stempel verfahren, wirkt die Schneidkante 61 des Schneidmessers 6 an der Matrize mit der Schneidkante 44 am Teilstück 46 des Stempels 4 zusammen, so dass durch diese Relativbewegung der umlaufende Rand 23 von dem nahezu fertig geformten Bauteil 20 abgetrennt wird. Dies ist besser 4 zu entnehmen. Die Schnittkante an dem nahezu fertig geformten Bauteil ist gegenüber der Endform mit einer Beschnittzugabe versehen. Diese kann z.B. 1 mm betragen. Auch andere Werte sind möglich. Stempel und Matrize werden so weit in Richtung aufeinander zu verfahren, bis der Umformvorgang des Bauteils abgeschlossen ist, wobei der äußere Randbereich 24 des beschnittenen Bauteils 20 hierbei noch weiter nach innen einrückt, was bei der Schnittfindung zuvor berücksichtigt wird. Neben dem Beschneiden der umlaufenden Kante des Halbzeugs bzw. des nahezu fertig geformten Bauteils können auch Lochungen bzw. Stanzungen innerhalb der Fläche des Halbzeugs bzw. Bauteils beim Schnittvorgang gefertigt werden.
Die abgetrennten Abfallstücke 25 treten zwischen dem Schneidmesser 6 und dem vorderen Kantenbereich 51 des Niederhalters 5 hindurch. Über die schräg angeordneten Außenflächen 52 des Niederhalters 5 können die abgetrennten Abfallstücke 25 herabgleiten und seitlich aus der Vorrichtung austreten bzw. dort entnommen werden. Somit ist ein einfacher und unproblematischer Abtransport der abgetrennten Abfallstücke aus der Vorrichtung möglich.
Ein nicht dargestelltes Distanzstück zwischen dem Ober- und Unterteil der Vorrichtung, also zwischen der Matrize und dem Stempel, führt dazu, dass die schräg verlaufende Außenfläche 53 des Niederhalters nicht auf der schräg verlaufenden Außenfläche 45 des Stempels auflagert, um eine Kraftübertragung zu vermeiden. Die schräg verlaufende Außenfläche 45 des Stempels dient lediglich zur Stabilisierung des Teilstücks 46 des Stempels, das mit der Schneidkante 44 versehen ist.
In der Endlage des Stempels liegt das auskragende formgebende Teilstück 41 in der formgebenden Ausnehmung 31 der Matrize.
Nach dem Umformvorgang und ggf. auch nach einem Abkühlen des Bauteils innerhalb der Vorrichtung, um dieses zu härten, können Matrize, Niederhalter und Stempel wieder auseinander gefahren werden, wie in 5 gezeigt. Das fertig geformte Bauteil 20 wird angehoben und kann aus der Vorrichtung in seitlicher Richtung entnommen werden.
Wie insbesondere den 3 und 4 entnommen werden kann, beginnt also der Beschnittvorgang bei Erreichen eines vorbestimmten Abstandes vor dem unteren Totpunkt der Matrize bzw. Erreichen des Enddrucks, wenn diese verfahren wird bzw. des oberen Totpunkts des Stempels bzw. Erreichen des Enddrucks, wenn nur dieser verfahren wird. Es ist somit möglich, zu einem Zeitpunkt ein Beschneiden des Bauteils vorzunehmen, zu dem dieses nahezu vollständig umgeformt ist, so dass eine Veränderung des Randbereichs des Bauteils durch weiteres Recken bzw. auftretende Kräfte innerhalb des Bauteilmaterials nur noch in einem zuvor bestimmbaren Rahmen erfolgt, weswegen eine geringe Beschnittzugabe beim Schnittvorgang vorgesehen wird. Umformvorgang und Beschnittvorgang können somit zur gleichen Zeit abgeschlossen werden, so dass ein besonders effektiver und damit kostengünstiger Fertigungsvorgang hiermit möglich ist.
Neben der im Vorstehenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Warmumformen eines Halbzeugs zu einem Bauteil und dessen Beschneiden können noch zahlreiche weitere vorgesehen werden, bei denen jeweils innerhalb der Vorrichtung zum Warmumformen bereits zumindest eine Schneideinrichtung zum Beschneiden von Bauteilkanten bzw. des Bauteils vorgesehen ist. Die Schneideinrichtung kann dabei auch in einer anderen Positionierung als der in den Figuren dargestellten an den einzelnen Teilen der Vorrichtung vorgesehen werden. Als besonders effektiv erweist es sich jedoch, wenn die Schneideinrichtung so positioniert ist, dass der Warmumformvorgang und der Beschnittvorgang etwa zeitgleich enden bzw. der Beschnittvorgang kurz vor dem Umformvorgang, so dass nachfolgend nach dem Auseinanderfahren der einzelnen Teile der Vorrichtung ein Anheben und Entfernen des fertig geformten und beschnittenen Bauteils aus der Vorrichtung problemlos möglich ist.
Alternativ zu der in den Figuren dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Warmumformen ist es selbstverständlich auch möglich, dass der Niederhalter auf das Halbzeug zu bewegt werden kann. Dies kann beispielsweise durch Bolzen erfolgen, die mittels Druckluft bewegt werden. Ferner kann alternativ der Stempel in Richtung zu der Matrize bewegt werden.

1: Vorrichtung
2: Halbzeug/Blechplatine
3: Matrize
4: Stempel
5: Niederhalter
6: Schneidmesser
20: fertig geformtes Bauteil
21: Unterseite
22: Oberseite
23: umlaufender Rand
24: äußerer Randbereich
25: abgetrenntes Abfallstück
31: formgebende Ausnehmung
32: Frontfläche
33: Basisplatte
41: formgebendes auskragendes Teilstück
42: Frontfläche
43: Basisplatte
44: Schneidkante
45: schräg verlaufende Außenfläche
46: Teilstück
47: Frontfläche
51: vordere Kantenbereich
52: schräg angeordnete Außenfläche
53: schräg verlaufende Außenfläche
54: weitere Außenfläche
60: Schraube
61: Schneidkante

Claims

Vorrichtung (1) zum Warmumformen eines Halbzeugs (2) zu einem Bauteil (20) mit zumindest einer Matrize (3) und zumindest einem Stempel (4), die gegeneinander bewegbar angeordnet sind, und zumindest einem Niederhalter (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zumindest eine während des und/oder nach dem Umformvorgang aktivierbare Schneideinrichtung (6, 44, 61) umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Matrize (3) und/oder der zumindest eine Stempel (4) mit der zumindest einen Schneideinrichtung (6, 44, 61) innerhalb der Vorrichtung (1) versehen ist oder sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Matrize (3) mit zumindest einem Schneidmesser (6) oder einer Schneidkante versehen ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Stempel (4) mit zumindest einer Schneidkante (44) oder einem Schneidmesser versehen ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (5) gegenüber dem Stempel (4) und/oder der Matrize (3) beweglich gelagert ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (5) mit dem Stempel (4) verbunden ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass Niederhalter (5) und Stempel (4) federnd miteinander verbunden sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (5) zwischen Matrize (3) und Stempel (4) so positioniert ist, dass er beim Zusammenfahren von Matrize (3) und Stempel (4) zu dem Schneidmesser (60) oder der Schneidkante der Matrize (3) zum Halten des Bauteils in einer nicht trennenden Position mit einem vorbestimmbaren Abstand anordbar oder angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (5) zum Einhalten eines gleich bleibenden Abstandes zwischen Niederhalter (5), Halbzeug (2) und Schneidmesser (6) über ein Distanzstück an der Matrize (3) befestigbar oder befestigt ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Distanzeinrichtung zum Einhalten eines Abstandes zwischen Stempel (4) und Matrize (3) mit Niederhalter (5) zwischen diesen angeordnet ist, um eine Kraftübertragung zwischen Niederhalter (5) und Stempel (4) zu vermeiden.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (5) zumindest eine schräg verlaufende Außenfläche (52) zum Abtransport von den von dem Bauteil (20) abgetrennten Abfallstücken (25) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der an dem Stempel (4) angeordnete Teil (44) der Schneideinrichtung in Bezug auf den an der Matrize (3) angeordneten Teil (6, 61) der Schneideinrichtung so angeordnet ist, dass die Schneidkanten fluchten und beim Zusammenfahren von Stempel (4) und Matrize (3) ein an dem Stempel (4) angeordneter Teilbereich (47) neben dem Teil (44) der Schneideinrichtung an der Unterseite des Bauteils (20) zur Anlage kommt.
Verfahren zum Warmumformen eines Halbzeugs (2) zu einem Bauteil (20) und Beschneiden von diesem, wobei das Halbzeug (2) auf Umformtemperatur erwärmt und in eine Vorrichtung (1) zum Warmumformen und Beschneiden, die zumindest einen Stempel (4), zumindest eine Matrize (3) und zumindest einen Niederhalter (5) aufweist, eingelegt und unter Zusammenfahren von Stempel (4) und Matrize (3) umgeformt wird, wobei das Bauteil (20) in der Vorrichtung (1) durch eine Schneideinrichtung (6, 44, 61) beschnitten wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (5) in einem vorbestimmbaren oder vorbestimmten Abstand zu dem Halbzeug (2) gehalten wird und dieses während des Umformvorgangs vor Beschädigung durch die Schneideinrichtung schützt.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (5) beim Verfahren der Matrize (3) in einem gleich bleibenden Abstand zu dieser durch diese in Richtung zu dem Stempel (4) bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Beschneidens des Bauteils (20) vor dessen Endformgebung beginnt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschneiden des Bauteils (20) vor dessen Endformgebung mit einer Beschnittzugabe gegenüber der endgültigen Formgebung des Bauteils erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederhalter (5) und der eine Teil (6, 61) der Schneideinrichtung an dem anderen Teil (44) der Schneideinrichtung zum Beschneiden des Bauteils (20) vorbeigeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass vom Bauteil (20) abgetrennte Abfallstücke (25) seitlich aus der Vorrichtung (1) heraus abgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass vom Bauteil (20) abgetrennte Abfallstücke (25) über zumindest eine Fläche (52) des Niederhalters (5) abgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem vollständigen Zusammenfahren der Vorrichtung (1) und Beschneiden des Bauteils (20) Stempel (4), Niederhalter (5) und Matrize (3) auseinander gefahren werden und das fertig geformte und beschnittene Bauteil (20) entnommen wird.