DE102006043643B3

DE102006043643B3 - Verfahren zum Tiefziehen

Info

Publication number: DE102006043643B3
Application number: DE200610043643
Authority: DE
Inventors: Reinhard Mauermann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2006-09-18
Filing date: 2006-09-18
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2026-09-19

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Tiefziehen einer Platine in einem Werkzeug mit zumindest einem Ziehstempel und zumindest einem Niederhalter, wobei der Ziehstempel mit einer Ziehkraft beaufschlagt wird, und der Niederhalter mit einer Niederhalterkraft beaufschlagt wird, und beide Kräfte zumindest in einem Teilbereich des Tiefziehvorgangs derart gesteuert werden, dass Kräfteverläufe der Ziehkraft und der Niederhaltekraft zwischen lokalen Maxima und Minima schwingen, und eine phasenverschobene Überlagerung der Kräfteschwingungen erfolgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Tiefziehen einer Platine in einem Werkzeug mit zumindest einem Ziehstempel und zumindest einem Niederhalter, wie beispielsweise in der Metallindustrie zum Einsatz kommt.
Tiefziehteile werden hauptsächlich in der blechverarbeitenden Metallindustrie hergestellt, z.B. in den Bereichen Fahrzeugbau, Gerätebau oder weiße Waren. Jedoch werden auch Kunststoffteile aus plastisch verformbaren Kunststoffplatinen tiefgezogen.
In 1 ist eine Tiefziehvorrichtung dargestellt, wie sie beispielsweise aus Lange, K.; Umformtechnik, Handbuch für Industrie und Wissenschaft; Band 3 Blechbearbeitung; 2. Auflage; Berlin u.a. Springer bekannt ist. Die auftretende axiale Zugspannung sigma_Z in der Zarge im Bereich des Bodenradius hängt proportional von der Ziehkraft ab und stellt eine versagensrelevante Kenngröße dar. Erreicht diese Zugspannung einen kritischen Wert, tritt eine bekannte lokale Einschnürung auf und kann im weiteren Prozessfortschritt zum vollständigen Versagen (Riss) führen. Die zweite wesentliche versagensrelevante Kenngröße ist die Niederhalterkraft bzw. die auf die gedrückte Fläche bezogene Niederhalterpressung. Unterschreitet sie einen kritischen Wert, kommt es zur bekannten Faltenbildung.
Da Niederhalterkraft F_NH und auftretende Zugspannung sigma_Z proportional zusammenhängen, besteht der Zielkonflikt zwischen gewünschter minimaler Niederhalterkraft für das Unterschreiten der kritischen Zugspannung sigma_Z und gewünschter großer Niederhalterkraft zur Vermeidung von Falten. Diese Figur ist aus hausinternen Untersuchungen der Anmelderin abgeleitet worden.
2 basiert auf eigenen Untersuchungen der Anmelderin. In 2 ist die Ziehkraft F_Z des Ziehstempels über dem Ziehweg dargestellt, wobei die Kurven die als bekannt angesehenen Tiefziehprozesse „klassisch" und „zyklisch" charakterisieren. Die Niederhalterkraft der zwei als bekannt angesehenen Prozesse ist nicht dargestellt und wird im Folgenden diskutiert.
Beim klassischen Tiefziehprozess wird üblicherweise eine konstante Niederhalterkraft realisiert. Die Kurve in 2 stellt diesen Fall dar. Bekannt ist die Variation der Niederhalterkraft über den Ziehweg mit dem Ziel, ja nach Prozessfortschritt die minimal not wendige Niederhalterkraft einzustellen, um Faltenbildung zu vermeiden. Mit diesem zyklischen Ziehen kann eine geringe Erhöhung der Ziehtiefe erreicht werden.
Beim bekannten Tiefziehen mit zyklischer Kraftbeaufschlagung kann die Schwingung über den Niederhalter oder Stempel/Ziehmatrize aufgebracht werden. Üblich sind Frequenzen von 5–20 Hz. Ziel der schwingenden Werkzeuge ist eine zyklische Verringerung der in der Zarge auftretenden Zugspannung sigma_Z. Durch die Reduktion dieser lokalen Zugspannungen steigt die erreichbare Ziehtiefe.
Es stellt sich jedoch als nachteilig heraus, dass die auftretenden Zugspannungen sigma_Z durch den schwingenden Kraftverlauf nur im Moment der Verringerung der Niederhalterpressung herabgesetzt werden. Mit dem Maximalwert der zyklisch veränderlichen Kräfte tritt auch der Maximalwert der Niederhalterpressung und damit der versagensrelevanten Zugspannungen sigma_Z in der Zarge auf. Damit werden die erreichbare Ziehtiefe der Teile und das Prozessfenster für eine gesicherte Produktion beschränkt.
DE 44 34 419 A1 und EP 1 593 443 A1 offenbaren eine pulsierende Niederhalterkraft in Zusammenhang mit einer Umformpresse. Die DE 102 15 008 A1 offenbart, Reibung im Bereich kleiner Formradien zwischen einem Umformwerkzeug und einem umzuformenden Werkstück durch impulsweise dynamische Druckbeaufschlagung des Werkstücks zu verringern.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Tiefziehen einer Platine anzugeben, um Tiefziehteile mit größeren Ziehtiefen prozesssicher herzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Tiefziehen einer Platine in einem Werkzeug mit zumindest einem Ziehstempel und zumindest einem Niederhalter, wobei der Ziehstempel mit einer Ziehkraft beaufschlagt wird, und der Niederhalter mit einer Niederhalterkraft beaufschlagt wird, und beide Kräfte zumindest in einem Teilbereich des Tiefziehvorgangs derart gesteuert werden, dass die Kraftverläufe der Ziehkraft und der Niederhalterkraft zwischen lokalen Maxima und Minima schwingen und eine phasenverschobene Überlagerung der Kräfteschwingungen erfolgt.
Dadurch, dass die Ziehkraft, mit der der Ziehstempel beaufschlagt wird und die Niederhalterkraft, mit der der Niederhalter beaufschlagt wird, zwischen lokalen Maxima und Minima derart schwingen, dass eine phasenverschobene Überlagerung der Kräfte schwingungen erfolgt, liegt ein Zustand nahe dem niederhalterlosen Tiefziehen vor und es verringern sich die lokalen Zugspannungen, die in der Zarge des Tiefziehteils auftreten. Hierdurch können größere Ziehtiefen erreicht werden, ohne dass es zu Einschnürungen oder Rissen in der Zarge kommt, insbesondere in einem Bereich, in dem die Zarge in einen Bodenabschnitt des Tiefziehteils übergeht. Die Prozesssicherheit des Tiefziehverfahrens wird somit erhöht.
Vorzugsweise werden die Niederhalterkraft und die Ziehkraft derart gesteuert, dass ein lokales Maximum der Niederhalterkraft auf ein lokales Minimum der Ziehkraft fällt. Hierdurch wird die Zugspannung in der Zarge des Tiefziehteils weiter reduziert.
Vorzugsweise werden die Niederhalterkraft und die Ziehkraft derart gesteuert, dass ein lokales Minimum der Niederhalterkraft auf ein lokales Maximum der Ziehkraft fällt. Auch hierdurch wird die Zugspannung in der Zarge des Tiefziehteils weiter reduziert.
Vorzugsweise wird die Niederhalterkraft in ihrem lokalen Minimum auf Null abgesenkt und/oder die Ziehkraft wird in ihrem lokalen Minimum auf Null abgesenkt. Hierbei kann auch ein minimaler Rückhub des Ziehstempels oder Niederhalters auftreten.
Vorzugsweise wird die Niederhalterkraft derart gesteuert, dass eine Flächenpressung der Platine im Verlauf des Tiefziehvorganges proportional zu einer Kaltverfestigung der Platine ansteigt und proportional zu einer Flanschflächenverringerung der Platine abfällt. Hierdurch ist es möglich, die Ziehtiefe des Tiefzieherzeugnisses weiter zu erhöhen, ohne dabei die kritische Zugspannung im Bereich der Zarge zu erreichen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Niederhalterkraft und/oder die Ziehkraft derart gesteuert, dass ihre Kraftverläufe im Wesentlichen sinusförmig sind. Ein sinusförmiger Kraftverlauf des Ziehstempels und des Niederhalters ist besonders leicht steuerbar.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Niederhalterkraft in dem ersten Zeitintervall bis zu einem Zeitpunkt t1 derart gesteuert, dass die Niederhalterkraft am Beginn ein lokales Minimum einnimmt, bis auf ein lokales Maximum zum Zeitpunkt t1 steigt und danach in einem zweiten Zeitintervall bis zu einem Zeitpunkt t2 auf ein lokales Minimum abfällt. Der Abfall erfolgt vorzugsweise langsamer als der Anstieg der Niederhalterkraft.
Vorzugsweise werden in einem dritten Zeitintervall, das mit dem Zeitpunkt t2 beginnt, die Niederhalterkraft und die Ziehkraft derart gesteuert, dass ein lokales Maximum der Niederhalterkraft auf ein lokales Minimum der Ziehkraft fällt, und umgekehrt. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Niederhalterkraft und die Ziehkraft derart gesteuert, dass die Kräfteschwingungen zwischen ihren lokalen Maxima und Minima im dritten Zeitintervall zwischen 5 und 50 Mal wiederholt werden. Hierdurch wird, eine vergleichbare Ziehtiefe des tiefgezogenen Werkstückes vorausgesetzt, die Zugspannung im Bereich der Zarge weiter reduziert.
Vorzugsweise nach Abfall der notwendigen maximalen Ziehkraft auf einen geringeren Wert als das Ziehkraftmaximum am Ende des zweiten Zeitintervalles beim Zeitpunkt t2 beginnt beim Zeitpunkt t3 ein viertes Zeitintervall ohne die synchrone Schwingungsüberlagerung von Ziehkraft und Niederhalterkraft. Da die Ziehkraft unter den kritischen Wert für eine Einschnürung gesunken ist, kann bis zu einem Zeitpunkt t4 schnell weitergezogen werden.
Vorzugsweise wird der Tiefziehvorgang derart gesteuert, dass das dritte Zeitintervall, in dem die Überlagerung der Kräfteschwingungen erfolgt, maximal 25% der gesamten Zeit des Tiefziehvorganges ausmachen. Obwohl sich durch die zuvor beschriebenen Kräfteschwingungen der Tiefziehvorgang im Vergleich zum monotonen Kraftverlauf der Ziehkraft und der Niederhalterkraft verlängert, fällt gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Verlängerung so kurz wie möglich aus. Vorzugsweise erfolgt die Überlagerung der Kräfteschwingungen daher nur im kritischen Bereich der maximalen Ziehkraft, d.h. im Bereich, in dem üblicherweise die kritischen Spannungen auftreten.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Tiefziehen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den zugehörigen Figuren näher erläutert. In diesen zeigen:
1 eine Schnittansicht einer Tiefziehvorrichtung in einem Ausgangszustand und einem Zwischenzustand,
2 Ziehkraft über Ziehweg für die Tiefziehprozesse „klassisch" und „zyklisch",
3 Ziehkraft über Prozesszeit für die Tiefziehprozesse „klassisch", „zyklisch" und „synchronisiert", und
4 Ziehkraft (obere Kurve) und Niederhalterkraft (untere Kurve) über Prozesszeit für den synchronisierten Tiefziehprozess.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Tiefziehvorrichtung gezeigt. Auf der linken Seite der Figur ist diese Tiefziehvorrichtung in einem Ausgangszustand dargestellt, während auf der rechten Seite die besagte Tiefziehvorrichtung in einem Zwischenzustand während des Tiefziehvorganges dargestellt ist. Im Ausgangszustand wird von einer ebenen Platine 4, beispielsweise einer Ronde ausgegangen, die zwischen einem Ziehstempel 1 und einem Niederhalter 3, bzw. einem Ziehkissen, auf der unteren Seite und einer Ziehmatrize 2, bzw. einem Ziehring, auf der oberen Seite eingelegt wird. Vorzugsweise ist die Platine 4 eben und weist eine einheitliche Dicke über ihre gesamte Fläche auf. Jedoch ist es auch denkbar, eine Platine mit unterschiedlichen Dickenbereichen und/oder eine bereits vorgeformte Platine zu verwenden.
In Bewegungsrichtung der Ziehmatrize 2 und des Niederhalters 3 ist der Ziehstempel 1 gegenüberliegend angeordnet, so dass die Platine 4 zwischen der Ziehmatrize 2 und dem Niederhalter 3 gehalten werden kann.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Ziehmatrize 2 und der Niederhalter 3 mit Aktuatorelementen (nicht gezeigt) verbunden und durch diese in axialer Richtung, d.h. entlang einer in 1 durch die gestrichelte Linie dargestellten Stempelachse bewegbar. Die Aktuatorelemente werden durch eine Steuereinrichtung (nicht gezeigt) gesteuert, beispielsweise eine CNC-Steuerung, in der ein Steuerprogramm läuft.
Durch Vorsehen entsprechender Sensorelemente (nicht gezeigt), die mit der Steuereinrichtung verbunden sind, und die entsprechende Parameter während dem Tiefziehvorgang aufnehmen, kann durch die Rückführung der Sensorparameter und deren Einfließen in den Steuerprozess vorzugsweise ein Regelkreis gebildet werden. Beispielsweise kann dieser Regelkreis eine Kraftregelung enthalten, um die Bewegung des Ziehsternpels 1 und/oder der Ziehmatrize 2 und/oder des Niederhalters 3 nach gemessenen Sensorsignalen zu regeln. Diese Sensorsignale können auftretende Kraftverläufe sein, aber auch Kennwerte der Faltenbildung und/oder der Blecheinzugsgeschwindigkeit, die optisch, akustisch, mechanisch oder thermisch erfasst werden können.
Jedoch ist auch eine Wegregelung oder eine Kombination aus beiden Regelungen denkbar. Selbiges gilt für Steuerverfahren ohne Parameterrückführung.
In dem folgenden Ausführungsbeispiel wird die Ziehmatrize 2 durch ihren Aktuator mit einer Kraft beaufschlagt, die im Ziehstempel 1 zur Ziehkraft F_Z führt. Der Niederhalter 3 wird durch seinen Aktuator mit einer Niederhalterkraft F_NH beaufschlagt. Die Summe von Ziehkraft F_Z und Niederhalterkraft F_NH ergibt die Kraft, die vom Aktuator der Ziehmatrize 2 aufgebracht werden muss.
Im Beispiel werden nur Niederhalter 3 und Ziehmatrize 2 bewegt und Ziehstempel 1 steht ortsfest. Es ist auch denkbar, Ziehstempel 1 und Niederhalter 3 zu bewegen und Ziehmatrize 2 ortsfest zu halten.
Durch die Relativbewegung zwischen dem Ziehstempel 1 und der Ziehmatrize 2 wird die Platine 4 tiefgezogen. Ein Bodenbereich 4a der Platine 4 wird nur minimal umgeformt. Der Werkstoff der Platine 4 fließt in einen Ziehspalt zwischen Ziehstempel 1 und Ziehmatrize 2 und bildet eine Zarge 4b aus, während zwischen Ziehmatrize 2 und Niederhalter 3 ein Flansch 4c der Platine 4 einer Flächenpressung unterliegt, durch radialen Zug und tangentiale Stauchung plastisch wird und im Prozessfortschritt eine kleiner werdende Fläche aufweist.
Im Zwischenzustand von 1 bezeichnet sigma_Z die Zugspannung in der Zarge 4b in der Nähe zum Bodenbereich 4a. Dort ist die Zugspannung am höchsten, so dass es in diesem Bereich am ehesten zu Einschnürungen oder Rissbildungen kommt.
Die kritische Zugspannung sigma_Z wird im Beispiel bei einer Ziehkraft von 250 kN erreicht.
In 2 ist sichtbar, dass der klassische Prozess einen Ziehweg von 17 mm ermöglicht. Mit zyklischer Kraftüberlagerung wird eine Erhöhung der Ziehtiefe auf 23 mm erreicht.
In 3 ist zusätzlich der Ziehkraftverlauf über die Zeit bei einem verbesserten synchronisierten Tiefziehverfahren gezeigt. Die erreichbare Ziehtiefe liegt bei 29 mm.
Hierbei wird das Verfahren beispielsweise durch ein Computerprogramm mittels der eingangs beschriebenen Steuereinrichtung ausgeführt. Bei den Aktuatoren handelt es sich vorzugsweise um Elektromotoren oder Piezoelemente. Jedoch sind auch hydraulische oder pneumatische Aktuatoren verwendbar, wenn diese eine ausreichendes Ansprechverhalten aufweisen, um die entsprechenden Schwingungsverläufe durch ihre Bewegungen abbilden zu können.
Im Beispiel in 4 wird die Niederhalterkraft F_NH in dem ersten Zeitintervall bis zu einem Zeitpunkt t1 derart gesteuert, dass die Niederhalterkraft F_NH am Beginn minimal ist um ein sanftes Klemmen der Platine 4 zwischen Ziehmatrize 2 und Niederhalter 3 zu ermöglichen. Damit wird ein schlagartiges Aufsetzen der Werkzeuge und die dadurch verursachten dynamischen Kraftreaktionen des Gesamtsystems Maschine/Werkzeug/Werkstück vermieden, welche eine Anfangseinschürung der Platine und damit einen Schädigungsstart verursachen können. Die Niederhalterkraft F_NH steigt auf ein absolutes Maximum, welches mit der maximalen Flanschfläche am Beginn korreliert.
Nach dem Erreichen der maximalen Niederhalterkraft fällt diese in einem zweiten Zeitintervall bis zu einem Zeitpunkt t2 entsprechend der abnehmenden Flanschfläche wieder ab, so dass in diesem Bereich die Zugspannung sigma_Z in der Zarge 4b des tiefzuziehenden Werkstückes weniger stark ansteigt, d.h. dass der Gradient der Zugspannungssteigerung abnimmt. Durch die Kaltverfestigung im Werkstoff tritt eine zur Flanschflächenverringerung gegenläufige Tendenz auf, welche in der Bestimmung der Niederhalterkraft F_NH berücksichtigt werden kann.
Vorzugsweise werden Ziehkraft F_Z und Niederhalterkraft F_NH derart gesteuert, dass der zwischen dem Zeitpunkt t2 und einem Zeitpunkt t3 beschriebene Kurvenverlauf ca. 5 bis 50 Mal wiederholt wird. Mit zunehmender Wiederholanzahl sinkt der Vorschubweg der Ziehmatrize 2, die Faltenbildung kann besser unterdrückt werden und Prozesszeit und erreichbare Ziehtiefe steigen.
Vorzugsweise steigen dabei die lokalen Minima der Ziehkraft F_Z entlang einer Grenzkurve c. Die lokalen Ziehkraftmaxima ergeben eine Grenzkurve d. Die lokalen Minima der Niederhalterkraft steigen entlang einer Grenzkurve b, während die lokalen Maxima der Niederhalterkraft F_NH entlang einer Grenzkurve a vorzugsweise flanschflächenproportional fallen.
Nach Überschreiten des Maximums der notwendigen Ziehkraft beginnt beim Zeitpunkt t3 ein viertes Zeitintervall ohne die synchrone Schwingungsüberlagerung von Ziehkraft und Niederhalterkraft. Dieser Übergang zum vierten Zeitintervall kann eingeleitet werden, wenn die Ziehkraft auf einen geringeren Wert gesunken ist als das erste Ziehkraftminimum im dritten Zeitintervall. Da die Ziehkraft unter den kritischen Wert für eine Einschnürung gesunken ist, kann bis zu einem Zeitpunkt t4 schnell weitergezogen werden.
Vorzugsweise beträgt der Zeitanteil bis zum Zeitpunkt t1 2–5% der Prozesszeit, der Zeitanteil vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 50–80%, der Zeitanteil vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 10–25% und der Zeitanteil vom Zeitpunkt t3 bis zum Zeitpunkt t4 10–15%.
Der zeitliche Abstand zwischen den synchronisierten Kraftänderungen im dritten Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 ist im gezeigten Beispiel konstant. Vorzugsweise wird er aber zum Ende des Prozesses geringer. Die Frequenz der synchronisierten Kraftänderungen ist durch die Möglichkeiten des Gesamtsystems Maschine/Aktuator/Werkzeug/Werkstück bestimmt. Anzustreben sind hohe Frequenzen bis 50 Hz.
Vorzugsweise werden die Ziehkraft F_Z und/oder die Niederhalterkraft F_NH derart gesteuert, dass ihre Kurvenverläufe im Wesentlichen sinusförmig sind. Jedoch sind auch beispielsweise dreiecksförmige oder rechteckförmige Kraftverläufe denkbar. Auch ist es denkbar, dass lokale Maxima der Ziehkraft F_Z nicht immer auf lokalem Minima der Niederhaltekraft F_NH fallen, und umgekehrt, sondern dass die beiden Kräfte derart gesteuert werden, dass zwischen ihnen eine Phasenverschiebung ungleich 180° vorliegt.
Die Grenzkurven für die lokalen Niederhalterkraftextrema im dritten Zeitintervall können auch steigend für Grenzkurve a und fallend für Grenzkurve b ausgeführt werden. Für sehr schwierige Ziehaufgaben wird die synchronisierte Niederhalterkraft immer auf 0 reduziert und auf einen konstanten maximalen Wert angehoben.
In 4 ist ein kombinierter Ziehkraft- und Niederhalterkraftverlauf bei dem verbesserten synchronisierten Tiefziehverfahren in einem gemeinsamen Diagramm dargestellt. Die Niederhalterkraft F_NH bewegt sich hierin beispielsweise zwischen 0 und 100 kN, während sich die Ziehkraft F_Z beispielsweise zwischen 0 und 220 kN bewegt. Auch ist ersichtlich, dass die synchrone Schwingungsüberlagerung zum Zeitpunkt t2 beginnt, dass während der Schwingungsüberlagerung bis zum Zeitpunkt t3 das Minimum der Niederhalterkraft F_NH variabel sein kann, während bei der Ziehkraft F_Z Maxima und Minima im Verlauf des Tiefziehvorganges ansteigen. Die Schwingungsüberlagerung kann auch mit veränderlichen Minima der Niederhalterkraft F_NH im Prozessfortschritt realisiert werden. Während der Schwingungsüberlagerung liegt das Verhältnis zwischen maximaler Ziehkraft F_Z und maximaler Niederhalterkraft F_NH vorzugsweise zwischen 2:1 und 4:1.
Vorzugsweise wird der Aktuator der Ziehmatrize wegabhängiggesteuert. Im dritten Zeitintervall kann dabei auch ohne zeitaufwändigen Rückhub des Ziehkissens gearbeitet werden. Das Ziehkissen wird also nur zum Ziehen verfahren bei reduzierter Niederhalterkraft, hält dann an, und die kurzzeitige Niederhalterkraftsteigerung zum Niederdrücken der entstandenen Falten wird durchgeführt. Bei der vorliegenden Steifigkeit in üblichen Gesamtsystemen Maschine/Werkzeug/Werkstück wird dabei die Ziehkraft entlastet und es entsteht wieder der synchronisierte Ziehvorgang.
Um unstete Kraftübergänge zu vermeiden werden vorzugsweise am Beginn und am Ende des dritten Zeitintervalles, also des Bereiches mit synchroner Schwingungsüberlagerung, Amplitude und Frequenz der Ziehkraft F_Z und/oder der Niederhalterkraft F_NH stetig verändert. Dadurch werden Spannungsspitzen in der Zarge beseitigt und frühzeitige Schädigungen durch Ausdünnung verhindert.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante wird vom Beginn des dritten Zeitintervalles an die Amplitude der Niederhalter- und Ziehkraftschwingungen von Null beginnend langsam ansteigend gestaltet bis zu einem Amplitudenmaximum zum Zeitpunkt des Ziehkraftmaximums, und zum Ende des dritten Zeitbereiches wird diese Amplitude langsam auf Null abklingend eingestellt. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wird im dritten Zeitintervall die Frequenz der Niederhalter- und/oder Ziehkraftschwingungen mit zunehmender Maximalziehkraft erhöht und mit abnehmender Maximalziehkraft abgesenkt.
Vorzugsweise werden die Größen Amplitude und/oder Frequenz der Kraftschwingungen abhängig vom Gradienten der Ziehkraft geregelt.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Aktuator der Ziehmatrize 2 der Stößel einer servoelektrisch angetriebenen 4-Spindelpresse. Die vier Spindelachsen der Presse sind gemeinsam synchronisiert. Die Aktuatoren des Niederhalters 3 sind einzelne servoelektrisch angetriebene Ziehkissen, genannt Pinolen. Die bis zu 16 Pinolen bringen die Niederhalterkraft zeitvariabel auf. Sie können jeweils einzeln angesteuert werden und realisieren damit auch eine ortsvariable Niederhalterpressung für verschiedene Flanschbereiche des Ziehteiles.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Stößel mit der Ziehmatrize 2 weggesteuert. Dabei erfolgt keine Richtungsumkehr der Bewegung. Die Bewegung setzt sich zusammen aus weggesteuertem Hub zum Ziehen und Halten der Position. Die Pinolen werden dagegen kraftgeregelt, so dass während des Ziehhubes eine minimale Flächenpressung auftritt, dadurch mit minimal auftretender Zugspannung sigma_Z das Einschnüren verhindert wird und während des Stößelhaltens eine maximale Flächenpressung zum Zurückdrücken der Falten realisiert werden kann. Damit ist das schnelle synchronisierte Tiefziehen möglich. Bei servoelektrischen Pressen werden die realisierbaren Frequenzen bei 5 Hz liegen.

Claims

Verfahren zum Tiefziehen einer Platine (4) in einem Werkzeug mit zumindest einem Ziehstempel (1) und zumindest einem Niederhalter (3), wobei der Ziehstempel (1) mit einer Ziehkraft (F_Z) beaufschlagt wird, und der Niederhalter (3) mit einer Niederhalterkraft (F_NH) beaufschlagt wird, und beide Kräfte (F_Z, F_NH) zumindest in einem Teilbereich des Tiefziehvorganges derart gesteuert werden, dass die Kraftverläufe der Ziehkraft (F_Z) und der Niederhalterkraft (F_NH) zwischen lokalen Maxima und Minima schwingen, und eine phasenverschobene Überlagerung der Kräfteschwingungen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Niederhalterkraft (F_NH) und die Ziehkraft (F_Z) derart gesteuert werden, dass ein lokales Maximum der Niederhalterkraft (F_NH) auf ein lokales Minimum der Ziehkraft (F_Z) fällt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Niederhalterkraft (F_NH) und die Ziehkraft (F_Z) derart gesteuert werden, dass ein lokales Minimum der Niederhalterkraft (F_NH) auf ein lokales Maximum der Ziehkraft (F_Z) fällt.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Niederhalterkraft (F_NH) in ihrem lokalem Minimum auf Null abgesenkt wird und/oder die Ziehkraft (F_Z) in ihrem lokalen Minimum auf Null abgesenkt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Niederhalterkraft (F_NH) derart gesteuert wird, dass eine Flächenpressung der Platine (4) im Verlauf des Tiefziehvorganges proportional zu einer Kaltverfestigung der Platine (4) ansteigt und proportional zu einer Flanschflächenverringerung der Platine (4) abfällt.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Amplitude der Niederhalterkraft (F_NH) derart gesteuert wird, dass die Amplitude der Niederhalterkraft (F_NH) im Verlauf des Tiefziehvorganges sinkt und/oder die Amplitude der Ziehkraft (F_Z) derart gesteuert wird, dass die Amplitude der Ziehkraft (F_Z) im Verlauf des Tiefziehvorganges ansteigt.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Amplitude der Niederhalterkraft (F_NH) derart gesteuert wird, dass die Amplitude der Niederhalterkraft (F_NH) im Verlauf des Tiefziehvorganges konstant bleibt und/oder die Amplitude der Ziehkraft (F_Z) derart gesteuert wird, dass die Amplitude der Ziehkraft (F_Z) im Verlauf des Tiefziehvorganges konstant bleibt.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Niederhalterkraft (F_NH) und/oder die Ziehkraft (F_Z) derart gesteuert werden, dass ihre Kraftverläufe im wesentlichen sinusförmig sind.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Niederhalterkraft (F_NH) und/oder die Ziehkraft (F_Z) derart gesteuert werden, dass ihre Kraftverläufe im wesentlichen dreiecksförmig sind.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Niederhalterkraft (F_NH) und/oder die Ziehkraft (F_Z) derart gesteuert werden, dass ihre Kraftverläufe im wesentlichen rechteckförmig sind.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei in einem ersten Zeitintervall, das bis zu einem Zeitpunkt t1 reicht, die Ziehkraft (F_Z) derart erhöht wird, das der Verlauf der Ziehkraft (F_Z) monoton ansteigend ist.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei in einem ersten Zeitintervall bis zu einem Zeitpunkt t1 die Niederhalterkraft (F_NH) derart gesteuert wird, dass die Niederhalterkraft (F_NH) am Beginn ein lokales Minimum einnimmt, bis auf ein lokales Maximum zum Zeitpunkt t1 steigt und danach in einem zweiten Zeitintervall bis zu einem Zeitpunkt t2 auf ein lokales Minimum abfällt.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei in einem dritten Zeitintervall, das mit dem Zeitpunkt t2 beginnt und sich bis zu einem Zeitpunkt t3 erstreckt, die Niederhalterkraft (F_NH) und die Ziehkraft (F_Z) derart gesteuert werden, dass ein lokales Maximum der Niederhalterkraft (F_NH) auf ein lokales Minimum der Ziehkraft (F_Z) fällt, und umgekehrt.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Niederhalterkraft (F_NH) und die Ziehkraft (F_Z) derart gesteuert werden, dass die Kräfteschwingungen zwischen ihren lokalen Maxima und Minima im dritten Zeitintervall zwischen 5 und 50 Mal wiederholt werden.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei der Tiefziehvorgang derart gesteuert wird, dass das dritte Zeitintervall, in dem die synchronisierte Überlagerung der Kräfteschwingungen erfolgt, maximal 25% der Gesamtzeit des Tiefziehvorgangs ausmacht.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei in einem vierten Zeitintervall, dass nach dem Zeitpunkt t3 beginnt und sich bis zum Zeitpunkt t4 erstreckt, ohne synchronisierte Schwingungsüberlagerung von Niederhalterkraft (F_NH) und Ziehkraft (F_Z) weitergezogen wird, wenn die Ziehkraft (F_Z) auf einen geringeren Wert gesunken ist als das Ziehkraftmaximum zum Zeitpunkt t2.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei in einem vierten Zeitintervall, dass nach dem Zeitpunkt t3 beginnt und sich bis zum Zeitpunkt t4 erstreckt, ohne synchronisierte Schwingungsüberlagerung von Niederhalterkraft (F_NH) und Ziehkraft (F_Z) weitergezogen wird, wenn die Ziehkraft (F_Z) unter einen kritischen Wert für eine Einschnürung gesunken ist.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei von Beginn des dritten Zeitintervalles an die Amplitude der Niederhalter- und Ziehkraftschwingungen von Null beginnend ansteigend gestaltet wird bis zu einem Amplitudenmaximum zum Zeitpunkt des Ziehkraftmaximums, und zum Ende des dritten Zeitbereiches diese Amplitude auf Null abklingend eingestellt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei im dritten Zeitintervall die Frequenz der Niederhalter- und Ziehkraftschwingungen mit zunehmender Maximalziehkraft erhöht und mit abnehmender Maximalziehkraft abgesenkt wird.
Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei der Tiefziehvorgang durch einen Regelkreis gesteuert wird, der auf externe Signale reagiert.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Regelkreis auf Kennwerte der Faltenbildung und/oder Blecheinzugsgeschwindigkeit reagiert, welche optisch, akustisch, mechanisch oder thermisch erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei die Größen Amplitude und Frequenz der Kraftschwingungen abhängig vom Gradienten der Ziehkraft geregelt werden.