DE102007029788A1

DE102007029788A1 - Verfahren zur Formgebung eines Werkstückes

Info

Publication number: DE102007029788A1
Application number: DE200710029788
Authority: DE
Inventors: Klaus Jürgen Dipl.-Ing. Beiersdorf; Andreas Dipl.-Ing. Hunold; Bernd Prof. Dr.-Ing. Hager; Lars Dipl.-Ing. Koch
Original assignee: FACHHOCHSCHULE HANNOVER
Current assignee: FACHHOCHSCHULE HANNOVER
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2009-01-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Formgebung eines Werkstückes (2) aus einem tiefziehfähigen Material, insbesondere Blech. Hierbei wird ein Stempel (4) relativ zu einer Matrize (3) bewegt und dadurch mittels eines von dem Stempel (4) druckbeaufschlagbaren, ein fließfähiges Schüttgut (6), insbesondere Kugeln, aufweisendes Druckübertragungsmedium (5) eine Verformungskraft (F<SUB>v</SUB>) auf das Werkstück (2) übertragen. Um das Verdichten des Schüttgutes (5) während des Verfahrens zu minimieren, ist vorgesehen, dass das Schüttgut (5) mit Schwingungen und/oder Vibrationen beaufschlagt wird und/oder dass das Schüttgut (5) mit einer pulsierenden Stempelkraft (F<SUB>s</SUB>) beaufschlagt wird und/oder dass der Stempel (4) eine pulsierende Bewegung ausführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Formgebung eines Werkstückes aus einem tiefziehfähigen Material, insbesondere Blech, bei dem ein Stempel relativ zu einer Matrize bewegt wird und dadurch mittels eines von dem Stempel druckbeaufschlagbaren, ein fließfähiges Schüttgut, insbesondere Kugeln, aufweisendes Druckübertragungsmediums eine Verformungskraft auf das Werkstück übertragen wird.
Aus der DE 101 51 013 A1 ist eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Formgebung eines Bleches mit einer als Matrize ausgebildeten Formhälfte in Gestalt einer die gewünschte Form enthaltene Aufnahme für das Blech und einem ebenen Stempel bekannt. Zwischen dem Stempel und dem Blech ist eine Druckverteilungsschicht aus einem fließfähigen Schüttgut, wie beispielsweise Stahlkugeln, Sand oder einem ferromagnetischen Material vorgesehen. Um Beschädigungen des Bleches durch das Schüttgut vorzubeugen, ist zwischen dem Schüttgut und dem Blech eine flexible Membran vorgesehen.
Die DE 10 2005 036 377 A1 beschreibt bereits ein Verfahren zur Formgebung eines Werkstückes aus einem tiefziehfähigen Material, insbesondere Blech, der eingangs genannten Art. Durch eine Relativbewegung zwischen einem Stempel und einer Matrize wird das tiefziehfähige Material unter Zwischenschaltung des Schüttgutes in die Matrize gedrückt. Zwischen dem Schüttgut und dem Blech ist wie auch bei der DE 101 51 013 A1 eine flexible Membran vorgesehen.
Die US 2,726,972 beschreibt ein Verfahren zur Umformung eines Werkstückes mit Wirkmedien, wie beispielsweise Sand, Granulat, Wasser oder/und Öl.
Hierbei erweist es sich sowohl bei dem in der DE 101 51 013 A1 als auch bei dem in der DE 10 2005 036 377 A1 beschriebenen Verfahren als nachteilig, dass sich das Schüttgut, insbesondere die Kugeln, während der Relativbewegung zwischen dem Stempel und der Matrize sehr stark verdichten und untereinander derart verspannen, dass nur noch ein Teil der Stempelkraft für den eigentlichen Umformvorgang zur Verfügung steht. Durch das sich ab einer bestimmten Schichtdicke verdichtende Schüttgut nimmt die Kraft mit Abstand zum Stempel immer mehr ab, was insbesondere bei großen Schüttgutschichtdicken besonders nachteilig ist.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Formgebung eines tiefziehfähigen Materials, insbesondere Blech, derart auszugestalten, dass ein Verdichten des Schüttgutes während des Verfahrens minimiert wird.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei welchem das Schüttgut mit Schwingungen und/oder Vibrationen beaufschlagt wird und/oder bei welchem das Schüttgut mit einer pulsierenden Stempelkraft beaufschlagt wird und/oder bei welchem der Stempel eine pulsierende Bewegung ausführt. Durch das Einbringen von Schwingungen und/oder Vibrationen in das Schüttgut werden die einzelnen Bestandteile des Schüttgutes untereinander in Bewegung versetzt und die Verdichtung des Schüttgutes wird minimiert bzw. ein Verspannen und Verklemmen der Kugeln untereinander kann verhindert werden. Hierdurch kann auch die für den Verdichtungsprozess des Schüttgutes erforderliche Kraft minimiert und die zur Verfügung gestellte Stempel- bzw. Pressenkraft kann für den eigentlichen Umform- bzw. Tiefziehvorgang des Werkstückes eingesetzt werden. Auch durch das Pulsieren der Stempelkraft bzw. durch die pulsierende Bewegung des Stempels erfolgt eine Entspannung zwischen den einzelnen Kugeln des Schüttgutes, durch welche eine Verdichtung des Schüttgutes reduziert bzw. minimiert wird.
Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung des vorliegenden Verfahrens wird auch dadurch erreicht, dass die Schwingungen und/oder Vibrationen in den Stempel bzw. in einen das Schüttgut aufnehmenden Behälter eingeleitet werden. Da das Schüttgut in einem von dem Stempel einer Behälterwand und dem zu verformenden Werkstück gebildeten Raum angeordnet ist, ist eine Übertragung der Schwingungen und/oder Vibrationen vom Stempel bzw. vom Behälter in das Schüttgut besonders wirkungsvoll und auch konstruktiv einfach umzusetzen, beispielsweise durch die Anordnung eines Vibrators an dem Stempel bzw. dem Behälter.
Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass das Schüttgut während einer Druckbelastung des Druckübertragungsmediums mit den Schwingungen und/oder Vibrationen und/oder der pulsierenden Stempelkraft beaufschlagt wird. Hierdurch erfolgt die durch das erfindungsgemäße Verfahren bereits minimierte Verdichtung des Schüttgutes gleichmäßig im gesamten Druckübertragungsmedium und das Schüttgut kann die das Werkstück umformende Verformungskraft optimal auf das Werkstück übertragen.
Dieser Erfindungsgedanke lässt sich dadurch ergänzen, dass das Schüttgut während einer Druckentlastung des Druckübertragungsmediums mit den Schwingungen und/oder Vibrationen und/oder der pulsierenden Stempelkraft beaufschlagt wird. Hierdurch wird erreicht, dass das Schüttgut unmittelbar nach der Verformung des Werkstückes wieder in einen drucklosen Zustand überführt wird und dadurch sofort für einen weiteren nachfolgenden Umformvorgang zur Verfügung steht.
Eine andere Weiterbildung des Verfahrens wird auch dadurch geschaffen, dass der Stempel während der Druckbelastung des Druckübertragungsmediums eine pulsierende Bewegung ausführt. Die pulsierende Bewegung des Stempels kann hierbei vorteilhafterweise über eine Steuerung einer die Stempelkraft zur Verfügung stellenden Presse festgelegt werden. Der pulsierende Stempelhub während der Druckbelastung des Druckmediums sorgt für eine minimale Verdichtung des Schüttgutes während des Aufbaus und der Übertragung der Verformungskraft auf das umzuformende Werkstück und verhindert ebenfalls ein Verspannen und Verklemmen der Kugeln untereinander.
Weiterhin ist vorgesehen, dass der Stempel während der Druckentlastung des Druckübertragungsmediums eine pulsierende Bewegung ausführt. Hierdurch wird das Schüttgut bereits bei der Rückführung des Stempels in einen drucklosen Zustand überführt.
Eine andere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Verfahren mehrstufig durchgeführt wird und jede Umformstufe einen vorbestimmten Umformgrad umfasst, wobei das Druckübertragungsmedium nach jeder Umformstufe in einen drucklosen Zustand überführt wird. Hierdurch wird die Fließfähigkeit des Druckübertragungsmediums bzw. des Schüttgutes gewährleistet, welches hierbei in jeder Umformstufe in seine Ausgangsposition zurückfließt und anschließend – in der nächsten Umformstufe – wieder mit der Verformungs- bzw. Stempelkraft beaufschlagt wird.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Formgebung eines Werkstückes aus einem tiefziehfähigen Material bei Beginn der Formgebung;
2 die Einzelheit X aus 1 nach Beendigung der Formgebung des Werkstückes in einer vergrößerten Darstellung.
1 zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung 1 zur Formgebung eines Werkstückes 2 aus einem tiefziehfähigen Material bei Beginn der Formgebung und 2 die Einzelheit X aus 1 nach Beendigung der Formgebung des Werkstückes 2 in einer vergrößerten Darstellung. Die Vorrichtung 1 weist eine Matrize 3 und einen relativ zu der Matrize 3 beweglichen Stempel 4 auf, wobei eine Verformungskraft F_v mittels eines von dem Stempel 4 mit einer Stempelkraft F_s druckbeaufschlagbaren Druckübertragungsmediums 5 auf das Werkstück 2 übertragbar ist. Das Druckübertragungsmedium 5 besteht aus einem fließfähigen Schüttgut 6, beispielsweise Stahlkugeln, und ist in einem Behälter 7 der Vorrichtung 1 angeordnet, wobei der Behälter 7 von einer Behälterwand 8 und dem Stempel 4 gebildet wird. Zwischen dem Druckübertragungsmedium 5 bzw. dem Schüttgut 6 und dem umzuformenden Werkstück 2 ist eine gegen das Werkstück 2 anlegbare flexible Membran 9 angeordnet, welche eine Beschädigung des Werkstückes 2 durch das Schüttgut 6 während des Tiefziehvorganges verhindert.
Bei einer Beaufschlagung des Stempels 4 mittels einer Stempelkraft Fs, beispielsweise durch eine in den Figuren nicht dargestellte Presse, erfolgt eine Relativbewegung zwischen dem Stempel 4 und der Matrize 3. Hierdurch wird über das Druckübertragungsmedium 5 bzw. das Schüttgut 6 eine auf das Werkstück 2 wirkende Verformungskraft F_v erzeugt, infolge welcher das Werkstück 2 in eine Ausformung 10 der Matrize 3 gedrückt wird.
Um ein Verdichten des Schüttgutes 6 während der Druckbeaufschlagung des Druckübertragungsmediums 5 durch den Stempel 4 zu minimieren, bzw. das Verspannen der Kugeln des Schüttgutes 6 unter- bzw. miteinander zu verhindern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Schüttgut 6 mit Schwingungen und/oder Vibrationen beaufschlagt wird, infolge welcher die Kugeln untereinander in Bewegung versetzt werden.
Alternativ ist vorgesehen, dass das Schüttgut 6 mit einer pulsierenden Stempelkraft F_s beaufschlagt wird und/oder dass der Stempel 4 einen pulsierenden Hub ausführt. Erfindungsgemäß wird dabei der Stempel 4 bzw. eine den Stempel 4 mit einer Kraft beaufschlagende Presse derart angesteuert, dass zunächst ein pulsierender Hub mit Stempeldruck, zwischendurch eine Entlastung und anschließend ein erneuter Hub erfolgt, bis das Werkstück 2 die gewünschte Formgebung aufweist. Der Hub sollte dabei variabel einstellbar sein, um Anpassungen an das jeweils zu fertigende bzw. umzuformende Werkstück 2 vornehmen zu können. Hierbei wäre auch denkbar, den Hub zunächst größer auszuführen und mit zunehmender Ziehtiefe zu verkleinern oder umgekehrt. Auch der Weg beim Zurückfahren des Stempels 4 sollte in gleicher oder ähnlicher Weise einstellbar sein, um eine Anpassung, beispielsweise an das umzuformende Werkstück 2, vornehmen zu können.

1: Vorrichtung
2: Werkstück
3: Matrize
4: Stempel
5: Druckübertragungsmedium
6: Schüttgut
7: Behälter
8: Behälterwand
9: Membran
10: Ausformung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10151013 A1 [0002, 0003, 0005]
- DE 102005036377 A1 [0003, 0005]
- US 2726972 [0004]

Claims

Verfahren zur Formgebung eines Werkstückes (2) aus einem tiefziehfähigen Material, insbesondere Blech, bei dem ein Stempel (4) relativ zu einer Matrize (3) bewegt wird und dadurch mittels eines von dem Stempel (4) druckbeaufschlagbaren, ein fließfähiges Schüttgut (6), insbesondere Kugeln, aufweisendes Druckübertragungsmediums (5) eine Verformungskraft (F_v) auf das Werkstück (2) übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut (6) mit Schwingungen und/oder Vibrationen beaufschlagt wird und/oder dass das Schüttgut (6) mit einer pulsierenden Stempelkraft (F_s) beaufschlagt wird und/oder dass der Stempel (4) eine pulsierende Bewegung ausführt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen und/oder Vibrationen in den Stempel (4) eingeleitet werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungen und/oder Vibrationen in einen das Schüttgut (6) aufnehmenden Behälter (7) eingeleitet werden.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut (6) während einer Druckbelastung des Druckübertragungsmediums (5) mit den Schwingungen und/oder Vibrationen und/oder der pulsierenden Stempelkraft (F_s) beaufschlagt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttgut (6) während einer Druckentlastung des Druckübertragungsmediums (5) mit den Schwingungen und/oder Vibrationen und/oder der pulsierenden Stempelkraft (F_s) beaufschlagt wird.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (4) während der Druckbelastung des Druckübertragungsmediums (5) eine pulsierende Bewegung ausführt.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (4) während der Druckentlastung des Druckübertragungsmediums (5) eine pulsierende Bewegung ausführt.
Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mehrstufig durchgeführt wird und jede Umformstufe einen vorbestimmten Umformgrad umfasst, wobei das Druckübertragungsmedium (5) nach jeder Umformstufe in einen drucklosen Zustand überführt wird.
Vorrichtung zur Formgebung eines Werkstückes (2) aus einem tiefziehfähigen Material, insbesondere Blech, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1–8 ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuereinheit aufweist, mittels derer die Schwingungen und/oder Vibrationen und/oder die pulsierenden Stempelkraft (F_s) und/oder die pulsierende Stempelbewegung steuerbar ist.