-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auskragen von dünnwandigen
Blechen unter Benutzung eines Gegenhalters und eines Stempels.
-
Das
Kragenziehen in ebenen Blechen findet in der industriellen Praxis
breite Anwendung. Beispielsweise wird das Verfahren im Automobilbau
für die
Herstellung von Versteifungen an Rohbauteilen, von Aufnahmen für Achslager
oder von Naben für
Lamellenträger
eingesetzt.
-
Das
Kragenziehen gehört
zu den Zugdruckumformverfahren. Die Formänderungen werden durch tangentiale
und radiale Zugspannungen hervorgerufen. Während des Umformvorganges kommt
es innerhalb der Umformzone zu unterschiedlichen Beanspruchungen
der Werkstückelemente. Beim
Aufstellen des Kragens sind in der Blechkante im Wesentlichen Zugspannungen
wirksam. Umformen unter Zugspannungen führt zu einem geringen Umformvermögen und
damit zu vergleichsweise frühzeitigem
Werkstoffversagen. Die erreichbare Kragenhöhe ist somit durch das Bauteilversagen
am Rand begrenzt.
-
Die
Dissertation „Untersuchung
zum Aushalsen von Rohren mit starrem Werkzeug unter besonderer Berücksichtigung
der Vorlochgeometrie”/2002 von
Herrn Cornelius Hentrich/Uni Magdeburg zeigt eine Verfahrensanalyse
zum Kaltaushalsen von Rohren, wobei der Schwerpunkt in der Entwicklung
einer Berechnungsvorschrift für
das Vorlochformen zum Aushalsen und die Berechnung der Aushalshöhe liegt.
Das Kragenziehen in ebenen Blechen wird auf Seite 17 bis 23 der
Dissertation beschrieben. Der Umformprozess des Aushalsens von Rohren
ist mit dem des Ziehens von Kragen in ebenen Blechen vergleichbar,
welcher in der Literatur als Bördeln,
Tütenziehen,
Biegen von Innenborden oder Durchziehen beschrieben wird. Da die
Randbedingungen beim Umformen von Rohren auch mit dem Verfahren
des Auskragens von Blechen verwandt sind, wird im Folgenden auch
auf den Stand der Technik für
das Aushalsen von Rohren eingegangen. Die Besonderheit beim Aushalsen
von Rohren gegenüber
dem Kragenziehen in Blechen stellt nur die gewölbte Ausgangsform des Rohres
dar.
-
Die
DE 202 20 397 U1 zeigt
eine Aushalsvorrichtung zum Biegen der Ränder eines Loches in einem
Rohr. Ein Rohr, das mit einem Kragen versehen werden soll, wird über einen
Aufnahmekörper
geschoben. Das Rohr wird zuvor mit einem vorgeformten Loch versehen,
welches gleichzeitig zur Ausrichtung im Formwerkzeug dient. Während ein
Keil gezwungen wird, sich mit seinem breiteren Ende in Richtung
auf das Formwerkzeug zu bewegen, wird das Formwerkzeug nach oben
bewegt, um die Rohrwandung um das vorgeformte Loch herum nach außen zu drücken. Die
Rohrwandung weitet sich um den Rand der vorgeformten Öffnung und
bildet einen Abzweigkragen, dessen Gestalt und Richtung mit denen
des nach außen
tretenden Formwerkzeugs übereinstimmen.
Diese Ausführungsform
wird zur Vermeidung von Abrieb und Kratzern mit einem elliptischen
Loch realisiert. Nachteilig sind die Verformungen und Verbeulungen
im Bereich der erhöhten
Aushalsung, die sich auch bei der Weiterverarbeitung und beim späteren Einsatz
nachteilig auswirken.
-
Weiter
beschreibt die
US 2,368,394
A eine Vorrichtung zum Aushalsen von Rohren, bei der das auszuhalsende
Rohr auf einen Aufnahmedorn von etwa gleichem Durchmesser aufgesetzt
ist, und bei der das auszuhalsende Rohr in weiterer Umgebung der
Aushalsstelle von Niederhaltern, die formschlüssig auf dem Rohr aufsitzen,
gehalten ist. Zum Aushalsen wirkt ein Aushalskegel mit einer Aushalsmatrize zusammen,
wobei der Aushalskegel in Art eines Tiefziehwerkzeugs das im Bereich
des Aushalsens vorliegende Material spanlos verformt. Damit der
Aushalskegel mit der Aushalsmatrize in der beschriebenen Art zusammenwirken
kann, ist am Ort des Aushalsens eine Öffnung vorgesehen, deren Durchmesser
kleiner ist, als der Durchmesser des durch das Aushalsen zu bildenden
Ansatzstutzens. Bei dieser Vorrichtung, die für starkwandige Rohre vorgesehen ist,
ist die Aushalsmatrize zweiteilig ausgebildet. Diese Ausbildung
ist für
eine wirtschaftliche Anwendung bei dünnenwandigen Rohren ungeeignet.
Ein Aushalsen eines dünnwandigen
Rohres führt
dazu, dass eine nachteilige Ausbeulung im Material während des
Aushalsvorganges eintritt. Das Material verformt sich in ungewollter
Weise, und bei nicht ausreichend abgerundeten Ecken der Haltebacken
besteht zusätzlich
die Gefahr des Einreißens,
wodurch wiederum ein noch größerer Raum
zur ungewollten Verformung des Bleches während des Aushalsens gegeben
ist.
-
Die
DE 42 13 490 C1 bezieht
sich auf einen zusammengesetzten Formkörper einer Vorrichtung zum
Streckziehen eines sphärisch
gekrümmten
Bleches auf einem aus unmittelbar aneinandergrenzend zusammengesetzten
Formelementen bestehenden Formkörper,
dessen Elemente eine die Fertigform des Bleches aufweisende Oberflächenkontur
bilden, wobei ihre Lage im Formkörper
durch axial verstellbare Stempel einstellbar ist. Der Stützkopf des
Stempels ist in einer kalottenförmigen
Ausnehmung des Stempels angeordnet und ist nach allen Richtungen sich
selbst einstellend schwenkbeweglich gehalten. Der Gegenhalter ist
daher kein einzelnes Formelement sondern nur ein Teil des formgebenden
Werkzeuges und dient somit nicht zur Auskragung eines Bleches.
-
Beim
Kragenziehen in ebenen Blechen treten vergleichbare Beanspruchungen
wie beim Aushalsen von Rohren auf. Der Unterschied liegt in den durch
das Ausgangsteil Rohr bedingten quantitativ abweichenden Werten
für die
Blechdickenverringerung, das Aushalsverhältnis und den Kraftbedarf.
-
Die
JP 62 183 916 A zeigt
eine Gegenplatte und einen Stempel, wobei die Gegenplatte in einer Flüssigkeitskammer
steht und als Dichtstempel ausgebildet ist, der gegen ein Vorloch
bzw. einen Rand eines sich aufstellenden Kragens abdichtet, damit keine
Flüssigkeit
zwischen Kragen und Stempel austreten kann. Der beschriebene Dichtstempel
besitzt eine plane Oberfläche
und bewegt sich linear auf einer vorgegebenen Bahn. Die Seitenwände des
sich aufstellenden Kragens werden während des Kragenziehvorgangs über den
Flüssigkeitsdruck
abgestützt.
-
Die
JP 63 260 631 A beschreibt
ein Verfahren in zwei Schritten, wobei in einem ersten Verfahrensschritt
ein Kragen gezogen und in einem zweiten Verfahrensschritt der gezogene
Kragen aufgestaucht wird. Dabei findet das Tiefziehen ohne Gegenhalter statt.
Erst beim Aufstauchen wird ein Kontakt des Kragens mit einer unteren
Anschlagfläche
hergestellt.
-
Der
in der
US 1 613 961
A gezeigte Gegenhalter kann linear verfahren, sich aber
nicht selbständig
anpassen. Dies entspricht einem Zugdruckumformverfahren. Laut der
US 1 613 961 A klemmt
der Gegenhalter ein Blech, welches über die Reibung zum Einziehen
des Blechs führt.
Damit werden ein Kragenziehen und ein Tiefziehen kombiniert. Die Kragenhöhe ist konstruktiv
vorgegeben. Bei Überschreitung
der Bruchdehnung des Materials entstehen zwangsläufig Anrisse am Kragenrand.
-
Die
DE 102 23 637 A1 zeigt
ein Biegewerkzeug mit einem Schwenk-Biegestempel. Die
DE 102 23 637 beschreibt daher auch
einen Biege- und keinen Tiefziehvorgang. Der Schwenk-Biegestempel dient
zum Überbiegen,
dass heißt
zur Kompensation der Rückfederung
beim Biegen von Blechen. Die Lehre der
DE 102 23 637 A1 besteht
darin, dass an einem der Werkzeuge ein Biegebacken und am Gegenwerkzeug
ein Schwenk-Biegestempel vorhanden sind, die eine Überbiege-Gegenfläche bzw.
eine Überbiege-Fläche aufweisen,
die vor dem und am Beginn des Biegevorgangs parallel zur Bewegungsrichtung
der Werkzeuge angeordnet sind und die während des Biegevorgangs in
eine Überbiege-Position
verschwenkt werden, in der sie um einen Überbiegewinkel von 1° bis 5° gegenüber der
erwähnten Bewegungsrichtung
verschwenkt sind. Der Schwenk-Biegestempel wird über eine Art Wippe betätigt und
kann nur um eine Achse schwenken.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit einem
Gegenhalter zum Auskragen von Blechen dahingehend weiterzubilden,
dass die Erzeugung eines Aushalskragens hinsichtlich seiner Ausformhöhe prozesssicher
und in einfacher Weise erreicht werden kann, wobei sichergestellt wird,
dass eine ungewollte Verformung und Ausbeulung oder Einschnürung des
Bleches während
der Auskragung vermieden wird.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 in der Vorrichtung
zum Auskragen der Gegenhalter mittels eines Gelenkprinzips beweglich
zur selbstständigen
Anpassung an ein auszukragendes Blech ausgeführt ist.
-
Um
ein frühzeitiges
Bersten des Materials im Ausformbereich der Auskragung zu verhindern
ist ein Stempel verschiebbar geführt,
der während
des gesamten Ausformvorgangs an dem Blech anliegt und mit einer
entgegen der Kraft des Gegenhalters gerichteten Kraft das Blech
beaufschlagt, wobei der Gegenhalter mit dem Gegenhaltergrundkörper beweglich
gelagert ist. Gleichzeitig wird durch das Zusammenwirken des Stempels
mit dem Gegenhalter erreicht, dass sich das Blech im Auskragungsbereich nicht
lokal ausdünnt,
so dass bis zu einer bestimmten Höhe der Auskragung die Ausformung
prozesssicher ablaufen kann. Die Höhe der Auskragung ist abhängig von
der Materialausdünnung
des Bleches im Bereich der Auskragung.
-
Der
Gegenhalter ist mindestens zweiteilig aufgebaut, dass heißt, dass
aus einem Grundkörper und
einem wirksamen Gegenhalter ein Gelenkprinzip geschaffen wird. Das
Gelenkprinzip kann beispielsweise mit einer Kalotte ausgeführt sein.
Die Verbindung zwischen diesen Komponenten besteht aus entgegengesetzt
konvexen und konkaven Oberflächen,
die tangential zueinander verschiebbar sind. Entsprechend dem Radius
der Kalotte wird so eine drehende Bewegung bzw. eine Änderung
der Winkellage der Komponenten zueinander zugelassen. Somit erfolgt
eine selbstständige
Anpassung des Gegenhalters an die jeweilige Bauteillage bezüglich der Blechoberfläche. Um
ein axiales Trennen von Gegenhalter und Gegenhaltergrundkörper bzw.
ein Verlieren des Gegenhalters im Betrieb zu verhindern, sind beide
gegeneinander durch ein geeignetes Verbindungselement, z. B. eine
Schraube verbunden. Die Verbindung ist derart ausgeführt, dass
die beschriebene Bewegung innerhalb der Kalotte ermöglicht und
die Änderung
der Winkellage innerhalb vorgegebener Grenzen sichergestellt wird.
-
Die
Verfahrensgrenzen bei der Herstellung einer Auskragung werden erweitert.
Die Prozesssicherheit des Ausformvorganges wird gewährleistet und
somit wird auch die Ausschussrate bei der Herstellung von Auskragungen
an Blechen wesentlich verringert. Die größere Auskragungshöhe wird
durch eine ständig
gleichmäßige Anlage
des Gegenhalters am Kragenrand während
der Umformung in einfacher Weise ermöglicht. Die gleichmäßige Anlage
des Gegenhalters am Kragenrand gewährleistet eine gleichmäßige Druckspannung
im gesamten Kragenrand und vermeidet somit frühzeitiges Bersten im Ausformbereich.
Das Umformen unter Druckspannung verbessert das Umformvermögen und
ermöglicht
somit größere Umformgrade
und damit die Herstellung höherer
Kragen. Die Auskragung des Bleches mit Unterstützung des Gegenhalters erfordert eine
definierte Gegenhalterkraft. Die Gegenhalterkraft kann während des
Auskragens aktiv geregelt oder fest eingestellt sein.
-
Die
Gegenhalterkraft wird beispielsweise durch eine unter dem Gegenhaltergrundkörper befindliche
Stickstoffgasfeder, einen Hydraulikkolben oder ähnliches aufgebracht, wobei
der Gegenhalter während
der Umformung kontinuierlich vom Stempel über das dazwischen liegende
Blech verdrängt
wird.
-
Durch
die weitgehend freie Beweglichkeit bzw. selbsttätige Einstellung der Winkellage
erfolgt eine optimale Anpassung des Gegenhalters an die Blechoberfläche. Dies
gewährleistet
eine gleichmäßige Krafteinleitung
auf dem gesamten Kragenumfang und damit eine gleichmäßige Ausbildung
von Druckspannungen im gesamten Kragenrand. Die Kraft, die für das Aufstellen
des Kragens notwenig ist, erhöht sich
durch den Einsatz des Gegenhalters geringfügig um den Betrag der Gegenhalterkraft,
was in der Kräftebilanz
der gesamten Presse aber keine Rolle spielt.
-
Die
Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen
näher beschrieben.
Es zeigen:
-
1 einen
Querschnitt des erfindungsgemäßen Gegenhalter
mit einem Gegenhalter-Grundkörper
vor der Umformung
-
2 einen
Querschnitt des erfindungsgemäßen Gegenhalter
mit einem Gegenhalter-Grundkörper
nach der Umformung
-
3 einen
Querschnitt des Gelenkprinzips, bestehend aus einem Gegenhalter
und einem Gegenhalter-Grundkörper
-
In
der 1 ist ein erfindungsgemäßer Gegenhalter (2)
mit einem Gegenhalter-Grundkörper (1) dargestellt.
Der Gegenhalter (2) ist mindestens zweiteilig aufgebaut,
dass heißt,
dass aus einem Gegenhalter-Grundkörper (1) und einem
wirksamen Gegenhalter (2) ein Gelenkprinzip geschaffen
wird. Der Gegenhalter (2) ist somit mit dem Gegenhalter-Grundkörper (1)
beweglich gelagert. Der Stempel (4) ist verschiebbar geführt, wobei
der Stempel (4) immer am Blech (5) anliegt. Der
Gegenhalter (2) und der Gegenhalter-Grundkörper (1)
besitzen entgegengesetzt konkave und konvexe Oberflächen, die
tangential zueinander verschiebbar sind und somit eine drehende
Bewegung bzw. eine Änderung
der Winkellage der Komponenten zueinander ermöglichen. Um ein axiales Trennen
bzw. Verlieren des Gegenhalters (2) und des Gegenhalter-Grundkörpers (1)
zu verhindern, sind beide gegeneinander durch ein geeignetes Verbindungselement,
wie hier dargestellt durch eine Schraube (3), zur axialen
Fixierung verbunden. Die Verbindung ist derart ausgeführt, dass
die beschriebene Bewegung innerhalb einer Kalotte ermöglicht und
die Änderung
der Winkellage innerhalb vorgegebener Grenzen sichergestellt ist.
-
In
der 2 wird in einem Umformwerkzeug der Stempel (4)
auf das Blech (5) verfahren. Während des gesamten Ausformvorgangs
liegt der Stempel (4) an dem umzuformenden Blech (5)
an. Mit einer Kraft entgegen der Kraft des Gegenhalters (2) wird
das Blech (5) beaufschlagt, wobei der Gegenhalter (2)
mit dem Gegenhalter-Grundkörper (1)
beweglich gelagert ist. Durch das Zusammenwirken des Stempels (4)
und des Gegenhalters (2) wird erreicht, dass sich das Blech
(5) im Auskragungsbereich nicht ungleichmäßig ausdünnt und
somit reißt. Die
Gegenhalterkraft wird beispielsweise durch eine unter dem Gegenhalter-Grundkörper (1)
befindliche Stickstoffgasfeder, einen Hydraulikkolben oder ähnliches
aufgebracht. Der Gegenhalter (2) wird während der Umformung kontinuierlich
vom Stempel (4) über das
dazwischenliegende Blech (5) verdrängt.
-
Die 3 zeigt
das zweiteilig aufgebaute Gelenkprinzip als Einzeldarstellung. Der
Gegenhalter (2) und der Gegenhalter-Grundkörper (1)
sind zueinander in ihrer Winkellage tangential drehbar frei beweglich.
Der Gegenhalter (2) ist hier in seiner Winkellage schräg zum Gegenhalter-Grundkörper (1)
verschoben. Die Verbindung zwischen dem Gegenhalter (2)
und dem Gegenhalter-Grundkörper
(1) wird mit einem Verbindungselement, z. B. eine Schraube
(3), realisiert. Das Verbindungselement ist derart mit Spiel
ausgeführt,
dass die Bewegung innerhalb des Gelenkprinzips ermöglicht ist.