DE102007052584A1

DE102007052584A1 - Werkzeug und Verfahren zum gezielten Beeinflussen der Zipfelbildung bei Rundteilen beim Tiefziehen von Hohlkörpern

Info

Publication number: DE102007052584A1
Application number: DE200710052584
Authority: DE
Inventors: Gerd Reitter
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-11-03
Filing date: 2007-11-03
Publication date: 2009-05-07

Abstract

Verfahren und Werkzeug zum Tiefziehen und Penetrieren eines Formteils (10, 13) zu einem Hohlkörper welches einem Ziehring (21), einem Penetranten (63) und einen Tiefziehstempel (62) umfasst dadurch gekennzeichnet, dass die Prägegeometrie (61) im Ziehstempel (62) und im Penetranten (65) so gestaltete ist, dass in unterschiedlichen Bereichen (80, 81) des Ziehteilbodens (31) unterschiedliche Dehnraten im Blech erzeugt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Das Tiefziehen stellt eine rationelle Fertigungsmethode zur Herstellung von Hohlkörpern (10) dar. Hierbei wird eine Blechplatine fest eingespannt und durch Erzeugung einer Relativbewegung von Tiefziehstempel (20) und Tiefziehmatrize (21) zu einem Hohlkörper (10) umgeformt. Hohlkörper dieser Art können sein: Bierfass, Gasflasche, Spüle, Gastronorm-Behälter, Automobilteile u. s. w.
Nachteilig beim Tiefziehen von Rundteilen ist ein ungleichmäßiger Blechfluss in Abhängigkeit der Winkellage. Grund hierfür ist die planare Anisotropie welche durch eine Textur der Blechmoleküle während des Walzprozesses hervorgerufen wird. Das Blech weist unterschiedliches mechanisches Fliessverhalten in Abhängigkeit der Winkelrichtung auf. Dies führt zu einer Zipfelbildung (11) beim durchgezogenen Ziehteil (10) oder einem verformten Flansch (12) beim Anschlagzug mit Flansch (13).
Es sind nun Verfahren bekannt um diesen Effekt zu kompensieren. Eine Möglichkeit besteht darin, die geschnittene Blechplatine nicht rund auszuführen, sondern den erwarteten fehlerhaften Flanscheinlauf zu antizipieren und die Geometrie der Platine dahingehend zu korrigieren.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Blechhalterkraft lokal zu erhöhen, um ein unterschiedliches Einfließverhalten zu erreichen.
Des Weiteren ist ein Verfahren bekannt bei dem durch mehrfaches Wölben (Deformieren) (30) und Rückwölbens (Reformieren) (40) des Ziehteilbodens (31) eine entstehende Oberflächenvergrößerung im Boden erzielt wird. Diese Oberflächenvergrößerung wird Verfahrensbedingt während des Reformierens (40) des Ziehteilbodens durch Überlagerung von Zugspannungen in die Blechteilzarge (41) überführt, wodurch

a) die Einsatzplatine verkleinert werden kann
b) die Zargenhöhe gesteigert werden kann oder
c) die Festigkeit im Boden gesteigert werden kann
d) die Formhaltigkeit des Ziehteiles verbessert werden kann

Ein Arbeitszyklus besteht aus Deformieren (30) und Reformieren (40) des Ziehteilbodens und wird als Penetration bezeichnet. Das Ziehverfahren nennt sich "Penetration-Tiefziehen".
Der Ziehteilboden (31) kann einmalig oder mehrmalig während eines Tiefzuges penetriert werden. Da sowohl die Anzahl der Penetrationen als auch die Eindringtiefe (35) des Penetranten (32) variiert werden kann ergeben sich variable Parameter für den Prozess. Hierdurch wird die Prozesskontrolle verbessert.
Nachteilig im Hinblick auf die Zipfelbildung ist nun, dass beim Penetrieren die erzeugten Blechanteile in alle Richtungen (50) gleich in die Zarge (41) überführt werden. Hierdurch wird die Zipfelbildung (11) nicht beeinflusst und kann sich genauso ausbilden wie beim herkömmlichen Tiefziehen ohne penetrieren auch.
Aufgabenstellung
Wird nun dieses Verfahren des Penetrierens derart ausgeführt, dass das entstehende Blechvolumen aus dem Ziehteilboden (31) gezielt in die Bereiche der Zarge (41) gelenkt wird wo sich die Zipfeltäler (14) ausbilden, kann die Zipfelbildung (11) kompensiert werden.
Um einen winkelabhängigen (80, 81) Blechfluss zu erzeugen, muss die Hohlprägegeometrie während der Phase der Deformation (60) des Ziehteilbodens unterschiedliche lokale Dehnungsraten aufweisen. Vorteilhaft wird in den Zonen wo sich die Täler (14) ausbilden eine höhere Dehnrate, und dort wo sich die Zipfel (11) ausprägen eine niedrige Dehnrate gewählt.
Die Eindringtiefe und die Anzahl der Penetrierzyklen kann nun auf das praktische Einfließverhalten des Bleches abgestimmt werden. Hierdurch kann die Zipfelbildung komplett austariert also geregelt werden. Dies führt zu einem geringeren Materialverbrauch, da die Einsatzplatine kleiner gestaltet werden kann. Hierdurch wird die Materialeffizienz gesteigert.
Ausführungsbeispiele
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
1: Ein rundes Ziehteil in Seitenansicht (10) mit Zipfeln (11)
2: Ein Ziehteil (13) in Draufsicht und Seitenansicht im Anschlagzug mit unrundem Flansch (12)
3: Ein Werkzeug während des Tiefziehens mit überlagerter Penetration des Ziehteilbodens in der Phase der Deformation (30) ohne unterschiedliche Dehnrate
4: Ein Werkzeug während des Tiefziehens mit überlagerter Penetration des Ziehteilbodens in der Phase der Reformation (40) ohne unterschiedliche Dehnrate
5: Ein Werkzeug während des Tiefziehens mit überlagerter Penetration des Ziehteilbodens in der Phase der Deformation (50) mit unterschiedlicher Dehnrate
6: Ein Werkzeug während des Tiefziehens mit überlagerter Penetration des Ziehteilbodens in der Phase der Reformation (60) mit unterschiedlicher Dehnrate
7: Draufsicht des Ziehteiles mit Schnittverlauf für 5 und 6
Beispielhaft wird das Verfahren anhand eines Werkzeuges für Rundteile (10, 13) näher erläutert. Das Werkzeug besteht wie beim penetrieren bekannt, aus Blechhalter (22), Ziehmatrize (21), Tiefziehstempel (62) und Penetrant (63). Die Neuerung dieses Werkzeuges besteht nun in einer Ringsicke (61) mit variabler Tiefe im Ziehstempel (62) und als Negativform (65) im Penetranten (63). Zweckmäßig wird die Tiefe der Sicke im Ziehstempel (62) so gewählt, dass bei den Winkeln von 0°, 90° (81), 180° und 270° die Ringsicke am tiefsten ist und diese bei den Winkeln von 45° (80), 135°, 225°und 315° die geringste Sickentiefe aufweist.
Der Penetrant (63) muss in seiner Ausgestaltung der Negativform abzüglich der Blechstärke des Ziehstempels entsprechen.
Wird nun der Tiefziehvorgang begonnen wird zunächst das Blech zwischen Matrize (21) und Blechhalter (22) fest eingespannt. Danach dringt der Tiefziehstempel (62) in das Blech ein um den Tiefziehvorgang einzuleiten und das Blech allseits unter Spannung zu bringen.
Im weiteren Verlauf des Ziehvorganges dringt nun der Penetrant (63) in das Blech ein, sodass sich gemäß der Ringsickenausgestaltung (61) zwischen Penetrant (63) und Ziehstempel (62) im Ziehteilboden (31) des Bleches lokale Dehnungsraten ausbilden.
Dies führt zu lokalen Blechanspeicherungen, wobei die hohen Dehnungen vorzugsweise unter den Winkeln von 0°, 90° (81), 180° und 270° und die geringen Dehnungen unter den Winkeln von 45° (80), 135°, 225° und 315° zu legen sind.
Im weiteren Tiefzug, in der Phase der Deformation (60), also wenn das Blech noch unter ausreichend Zugspannung steht, wird die Stützwirkung des Penetranten (63) entfernt. Die Zugspannung führt zu einem Blechfluss des angespeicherten Bleches vom Boden in die Zarge (64).
Hierbei fließt das Blech dort am stärksten wo die Dehnrate in der Phase der Deformation am höchsten ist (64). Der Blechfluss in den Zonen geringer oder keiner Dehnrate (66) ist sehr viel kleiner.
Ist die Blechplatine in Ihrer Winkelausrichtung so eingelegt worden, dass sich ohne penetrieren die Zipfeltäler in 0°, 90° (81), 180° und 270° abgebildet hätten, sorgt nun der zusätzliche Blechfluss aus dem Boden (31) für ein Ausfüllen der Täler (14). Daraus folgt dass die Zipfelbildung (11) kompensiert wird.
Der Vorgang des Deformierens (50) und Reformierens (60) des Ziehteilbodens (31) kann mehrfach in einem Tiefzug ausgeführt werden. Ebenso lässt sich die Eindringtiefe (51) des Penetranten (63) in das Blech variieren, wodurch die Dehnraten verändert werden können. Wird nun eine andere Blechcharge verwendet bei der die Anisotropiewerte verändert sind, kann durch ein Anpassen der Eindringtiefen (51) und Zyklenanzahl die Zipfelbildung ebenso unterdrückt werden.

Claims

Verfahren und Werkzeug zum Tiefziehen und Penetrieren eines Formteils (10, 13) zu einem Hohlkörper welches einem Ziehring (21), einem Penetranten (63) und einen Tiefziehstempel (62) umfasst dadurch gekennzeichnet, dass die Prägegeometrie (61) im Ziehstempel (62) und im Penetranten (65) so gestaltete ist, dass in unterschiedlichen Bereichen (80, 81) des Ziehteilbodens (31) unterschiedliche Dehnraten im Blech erzeugt werden.
Verfahren und Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die unterschiedlichen Dehnungsraten (64, 66) durch eine Ringsicke (61) mit unterschiedlicher Eindringtiefe (51) verursacht wird.
Verfahren und Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass vorzugsweise in den Bereichen (81) in der sich Zipfeltäler (14) ausbilden (53) die Dehnrate der Prägegeometrie (61, 65) im Ziehstempel (62) und im Penetranten (63) am höchsten ist.
Verfahren und Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass vorzugsweise in den Bereichen (80) in der sich Zipfelberge (11) ausbilden die Dehnrate der Prägegeometrie (61, 65) im Ziehstempel (62) und im Penetranten (63) am geringsten ist.
Verfahren und Werkzeug nach oben stehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet dass die Eindringtiefe (51) des Penetranten (63) in das Blech durch die entstehende Zipfelausprägung gesteuert wird.
Verfahren und Werkzeug nach oben stehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet dass die Eindringtiefe (51) des Penetranten (63) in das Blech durch die entstehende Zipfelausprägung geregelt wird.
Verfahren und Werkzeug nach oben stehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet dass die Zyklenanzahl des Penetrierens durch die entstehende Zipfelausprägung geregelt wird.
Verfahren und Werkzeug nach oben stehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet dass die Zyklenanzahl des Penetrierens durch die entstehende Zipfelausprägung gesteuert wird.