DE102008008469B4

DE102008008469B4 - Vorrichtung zum Lochstanzen

Info

Publication number: DE102008008469B4
Application number: DE200810008469
Authority: DE
Inventors: Mike M. Lake Orion Ghiran; Kevin R. Durand Marks
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2008-02-11
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2028-02-12
Also published as: CN101259503A; US7503197B2; US20080190163A1; CN101259503B; DE102008008469A1

Abstract

Es ist eine Vorrichtung zum Stanzen von Löchern durch die gegenüberliegenden ersten und zweiten Rohrwände eines hydrogeformten Rohrs vorgesehen, während sich das Rohr in dem Formhohlraum befindet, der durch ein Paar von Hydroformgesenken gebildet ist. Ein Stempel ist innerhalb einer Stempelbohrung angebracht, welche den Formhohlraum schneidet. Ein Stempelstellglied schiebt den Stempel vor, um ein erstes Loch in die erste Rohrwand zu stanzen und dann durch den Formhohlraum zu laufen und ein zweites Loch in der zweiten Rohrwand herzustellen. Ein Stützmechanismus zum Stützen der zweiten Wand des Rohrs gegen Brechen durch den Hydroformdruck umfasst eine Feder, die eine Stützseite einer Stützstange in Eingriff mit der zweiten Wand vorspannt und während des Stanzens des zweiten Lochs nachgibt. Erück, um die Stützseite von der zweiten Wand weg zu tragen, nachdem das zweite Loch gestanzt ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Stanzen von Löchern durch die gegenüberliegenden Wände eines Rohrs, während sich das Rohr in einem Hydroformhohlraum befindet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen ist bekannt, rohrförmige Strukturen wie Dachrahmen, Längsträger und andere Teile zu formen, indem ein Rohr in einem Formhohlraum gefangen wird, die Enden des Rohrs versiegelt werden und unter Druck gesetztes Fluid eingebracht wird, um das Rohr in eine Gestalt auszudehnen, die durch den Formhohlraum definiert ist. Im Interesse von Herstellungseinsparungen ist erwünscht, zusätzliche Operationen an dem hydrogeformten Teil durchzuführen, wie das Stanzen von Löchern, während das Teil noch innerhalb des Gesenks gefangen ist und dem Innendruck durch das unter Druck gesetzte Fluid unterworfen ist.
Beispielsweise wird in der DE 100 29 319 C1 ein Verfahren zur Herstellung einer Durchführung in einem Hohlprofil beschrieben, wobei die Durchführung gebildet wird, indem an zwei gegenüberliegenden Stellen des Hohlprofils jeweils ein Stempel angesetzt wird, mit denen das Hohlprofil an den beiden gegenüberliegenden Stellen eingestülpt wird. Einer der beiden Stempel ist innen hohl ausgebildet, so dass der andere Stempel während des Einstülpprozesses in diesen eintauchen kann, wodurch in der Durchführung ein Durchführungsloch in das eingestülpte Material des Hohlprofils gestanzt wird.
Ferner wird beispielsweise in der DE 600 02 726 T2 ein Verfahren zum Schneiden gegenüberliegender Löcher in eine Seitenwand eines rohrförmigen, unter Druck gesetzten Werkstücks beschrieben, bei dem mit Hilfe eines Stempels die gegenüberliegenden Löcher erzeugt werden, indem der Stempel vollständig durch das Werkstück unter Druck hindurch geschoben wird, wodurch an zwei gegenüberliegenden Stellen des rohrförmigen Werkstücks, in der gewünschten Weise jeweils ein Loch in dasselbe gestanzt wird.
Es wäre wünschenswert, eine neue und verbesserte Vorrichtung vorzusehen, um einen einzigen Stempel dazu zu verwenden, ein erstes Loch in eine Wand des Rohrs zu stanzen, und den gleichen Stempel über das Innere des Rohrs laufen zu lassen und ein zweites Loch in die andere Wand des Rohrs zu stanzen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Vorrichtung zum Stanzen von Löchern durch die gegenüberliegenden ersten und zweiten Rohrwände eines hydrogeformten Rohrs vorgesehen, während sich das Rohr in dem Formhohlraum befindet, der durch ein Paar von Hydroformgesenken gebildet. Ein Stempel ist innerhalb einer Stempelbohrung angebracht, welche den Formhohlraum schneidet. Ein Stempelstellglied schiebt den Stempel vor, um ein erstes Loch in die erste Rohrwand zu stanzen und dann durch den Formhohlraum zu laufen und ein zweites Loch in die zweite Rohrwand zu stanzen. Ein Stützmechanismus zum Stützen der zweiten Wand des Rohrs gegen Brechen durch den Hydroformdruck umfasst eine Feder, die eine Stützseite einer Stützstange in Eingriff mit der zweiten Wand vorspannt und während des Stanzens des zweiten Lochs nachgibt. Ein Stützstangenstellglied zieht die Stützstange zurück, um die Stützseite von der zweiten Wand weg zu tragen, nachdem das zweite Loch gestanzt ist.
Die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele darin geben zwar beispielhafte Ausführungsform an, sind aber nur für Zwecke der Veranschaulichung gedacht und nicht dazu, den Umfang der Erfindung zu begrenzen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird besser aus der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen zu verstehen sein, worin:
1 eine Schnittansicht durch ein Rohr ist, das in einem Hydroformwerkzeug mit einer Stanzvorrichtung nach der Erfindung gefangen ist;
2 eine Ansicht ähnlich 1 ist, die aber zeigt, dass das Rohr durch unter Druck gesetztes Fluid ausgedehnt wird;
3 eine Ansicht ähnlich 1 ist, die aber einen Stempel zeigt, der vorgeschoben worden ist, um ein Loch in eine Wand des Rohrs zu stanzen;
4 eine Ansicht ähnlich 1 ist, die aber zeigt, dass der Stempel weiter vorgeschoben worden ist, um ein Loch in die zweite Wand des Rohrs zu stanzen; und
5 eine Ansicht ähnlich 1 ist, die aber zeigt, dass Metallabfälle entsorgt werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen ist lediglich beispielhafter Natur und soll nicht die Erfindung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen begrenzen.
Unter Bezug auf 1 umfasst ein Hydroformwerkzeug, das allgemein bei 10 angegeben ist, ein Untergesenk 12 und ein Obergesenk 13, die zusammenwirken, um einen Hohlraum 14 zu definieren, in welchem ein Rohr 16 positioniert ist. Wie bei Hydroformprozessen üblich, werden die Enden des Rohrs 16 abgedichtet, und dann wird das Rohr 16 mit Fluid gefüllt. Das Fluid wird unter Druck gesetzt, und die Wände des Rohrs 16 werden nach außen in die Gestalt gezwungen, die durch die Gestalt des Formhohlraums 14 definiert ist.
In 1 ist auch zu sehen, dass ein Stempel 20 innerhalb einer Stempelbohrung 22 verschiebbar ist, die in dem Untergesenk 12 vorgesehen ist. Die Stempelbohrung schneidet den Hohlraum 14 an der linken Wand 26 des Hohlraums 14 und geht auch weiter an der anderen Seite des Hohlraums 14 und in die rechte Hohlraumwand 28 des Hohlraums 14, so dass der Stempel den ganzen Weg über den Hohlraum 14 laufen und dadurch ein Loch sowohl in die linke Rohrwand 30 des Rohrs 16 als auch in die rechte Rohrwand 32 des Rohrs 16 stanzen kann. Der Stempel 20 ist an einem Hydraulikzylinder 36 oder einem anderen Stellglied angebracht. Der Hydraulikzylinder 36 wird den Stempel normalerweise an der in 1 gezeigten Position stützen, in welcher die Stempelstirn 38 bündig mit der linken Wand 26 des Hohlraums 14 ist, um die linke Rohrwand 30 gegen den Fluiddruck zu stützen. Die Stempelstirn 38 hat eine Gegenbohrung 40, die mit einem Entlüftungsloch 42 in Verbindung steht, das in dem Stempel 20 vorgesehen ist, was im Folgenden erläutert wird.
Ein Stützmechanismus, der allgemein bei 46 angegeben ist, ist in dem Untergesenk 12 angrenzend an die rechte Hohlraumwand 28 des Hohlraums 14 vorgesehen. Das Untergesenk 12 hat eine große Bohrung 50, die mit der Stempelbohrung 22 in Verbindung steht und den Stützmechanismus 46 aufnimmt. Eine Buchse 52 sitzt in der großen Bohrung 50 des Untergesenks 12. Die Buchse hat eine Buchsenbohrung 54, und eine Welle 56 ist innerhalb der Buchsenbohrung 54 verschiebbar. Die Welle 56 ist an einem Hydraulikzylinder 58 oder einem anderen Stellglied angebracht.
Eine Stützstange 62 ist an der Welle 56 angebracht und umfasst einen Lagerabschnitt 64, der in der Buchsenbohrung 54 gleitet, einen Schaft 66, der innerhalb einer Wellenbohrung 68 der Welle 56 gleitet, und einen Stützabschnitt 70, der innerhalb der Stempelbohrung 22 gleitet. Der Stützabschnitt 70 der Stützstange 62 hat eine Stützseite 72, die genau in die Stempelbohrung 22 passt. Das Gleiten des Schafts 66 in der Wellenbohrung 68 ist durch eine Anschlagscheibe 76 begrenzt, die an dem Ende des Schafts 66 durch einen Bolzen 80 angebracht ist. Die Anschlagscheibe 76 wird mit einer Schulter 82 der Wellenbohrung 68 in Eingriff gelangen, so dass die Welle 56 die Stützstange 62 nach rechts zurückziehen kann, was im Folgenden erläutert wird.
Wie in 1 zu sehen ist, ist eine Kammer 84 in dem Raum zwischen dem Lagerabschnitt 64 der Stützstange 62 und der Stirnfläche 88 der Antriebswelle 56 definiert. Eine Druckschraubenfeder 92 ist innerhalb der Kammer 84 angeordnet und sitzt gegen den Lagerabschnitt 64 und die Wellenstirnfläche 88, um die Stützstange 62 an einer ausgefahrenen Position relativ zu der Welle 56 festzulegen, wie dies durch den Eingriff der Anschlagscheibe 76 mit der Schulter 82 der Wellenbohrung 58 bestimmt ist.
In 4 ist am besten zu sehen, dass das Untergesenk 12 einen Wegwerfschacht 96 hat, der durch eine Bohrung 98 gebildet ist, welche die Stempelbohrung 22 und die Buchsenbohrung 54 schneidet.
BETRIEB
Unter Bezug auf 1 ist das Rohr 16 in dem Formhohlraum 14 gefangen. Die Stempelstirn 38 des Stempels 20 ist durch die Kraft des Hydraulikzylinders 36 bündig mit der linken Hohlraumwand positioniert. Die Stützseite 72 der Stützstange 62 ist durch die Kraft der Druckschraubenfeder 92 bündig mit der rechten Hohlraumwand positioniert.
Unter Bezug auf 2 wird Fluiddruck auf die Innenseite des Rohrs 16 aufgebracht, und es ist gezeigt, dass dieser Fluiddruck, typischerweise im Bereich von 5000 psi bis 25000 psi, die linke Rohrwand 30 nach außen in die Gegenbohrung 40 des Stempels 20 aufgeweitet hat. Ebenso hat der Fluiddruck die rechte Rohrwand 32 aufgeweitet, da die Druckschraubenfeder 92 etwas nachgibt und zuläßt, dass die Stützstange 62 nach rechts geschoben wird. Die Druckschraubenfeder hält jedoch genügend Kraft auf der Stützstange 62 aufrecht, damit die Stützseite 72 die rechte Rohrwand 32 stützt, so dass der Fluiddruck nicht ein Loch in die rechte Rohrwand 32 an der Plunger-Bohrung 22 brechen kann.
Unter Bezug auf 3 ist der Hydraulikzylinder 36 betätigt worden, um den Stempel 20 in die Stempelbohrung 22 zu treiben, so dass die Stempelstirn 39 durch die linke Rohrwand 30 gestochen und ein Loch 100 sowie Metallabfall 102 geschaffen hat. Die Lüftung 42 steht mit Atmosphärendruck in Verbindung, wodurch ein Differentialdruck über den Metallabfall 102 geschaffen wird, so dass der Metallabfall 102 an seinem Platz gehalten und von dem Stempel 20 getragen wird, während der Stempel 20 fortschreitet. Außerdem zeigt 3, dass die rechte Rohrwand 32 aufgrund der Federkraft der Druckschraubenfeder 92 weiter von der Stützseite 72 der Stützstange 62 gestützt wird.
4 zeigt, dass der Stempel 20 über das Innere des Rohrs 16 fortgeschritten ist und den Metallabfall 102 angetrieben hat, um ein Loch 104 durch die rechte Rohrwand 32 zu stechen, wodurch Metallabfall 106 geschaffen wird. Wenn der Stempel weiter fortschreitet, darf sich die Stützstange 62 weiter nach rechts bewegen, wie dies durch ein weiteres Nachgeben und Zusammendrücken der Druckschraubenfeder 92 zugelassen ist, da die Kraft der Druckschraubenfeder 92 nicht der höheren Kraft widerstehen kann, die dem Stempel 20 von dem Hydraulikzylinder 36 auferlegt wird. Die Metallabfälle 102 und 106 bleiben zwischen der Stempel stirn 38 des Stempels 20 und der Stützstangenseite 72 der Stützstange 62 gefangen und werden in die Stempelbohrung 22 geschoben.
Unter Bezug auf 5 ist zu sehen, dass der Hydraulikzylinder 58 betätigt worden ist, um die Druckschraubenfeder 92 ausfahren zu lassen und auch die Schulter 82 der Welle die Anschlagscheibe 76 fangen zu lassen und die Stützseite 72 der Stützstange 62 von der Stempelbohrung 22 sowie von den Metallabfällen 102 und 106 weg zurückzuziehen, so dass die Metallabfälle gelöst werden und durch den Wegwerfschacht 96 fallen, um entsorgt zu werden. In manchen Fällen kann der Metallabfall 102 an der Stempelstirn 38 haften bleiben. Aber in 5 ist zu sehen, dass das Entlüftungsloch 42 in Verbindung mit dem Inneren des Rohrs 16 gekommen ist, so dass der Fluiddruck durch die Stempelgegenbohrung 40 übermittelt wird und den Metallabfall 102 von der Stempelstirn 38 auswirft. Bevorzugt ist das Ablassen des Fluiddrucks innerhalb des Rohrs 16 mit der Steckoperation koordiniert, so dass genügend Fluiddruck in dem Rohr 16 bleibt, um die Metallabfälle wirksam auszuwerfen.
Danach werden die Hydraulikzylinder 36 und 58 betätigt, um den Stempel 20 und die Stützstange 62 in ihre Positionen von 1 zurückzubringen, so dass die Gesenke geöffnet werden können und das Rohr 16 aus dem Formhohlraum 14 entnommen werden kann.
Die Federkonstante der Druckschraubenfeder 92 ist derart ausgewählt, dass das gewünschte Stützniveau für die Stützstange 62 vorgesehen ist und dennoch auch der Grad von Nachgiebigkeit und Verfahrung der Stützstange 62 vorgesehen ist, der benötigt wird, wenn der Stempel 20 durch die rechte Rohrwand 32 zu stechen beginnt. Als solche wird die Federkonstante in Abhängigkeit von Faktoren wie der Größe des zu stechenden Lochs und der Dicke der Rohrwand bestimmt und danach variieren.
Die vorhergehende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur, und demnach sollen Variationen davon innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen. Obwohl die Zeichnungen eine Druckschraubenfeder 92 zeigen, die in der Kammer 84 untergebracht ist, versteht sich, dass andere gegenüber Kraft nachgiebige Einrichtungen verwendet werden können. Beispielsweise kann ein Block aus viskoelastischem Material wie Urethan oder eine hydraulische oder pneumatische Druckeinrichtung wie eine Stickstofffeder verwendet werden, um eine nachgiebige Stütze für die Stützstange 62 vorzusehen.

Claims

Vorrichtung (10) zum Stechen eines Lochs (100, 104) durch die gegenüberliegenden ersten und zweiten Rohrwände (30, 32) eines hydrogeformten Rohrs (16), während sich das Rohr (16) in einem Formhohlraum (14) befindet, der durch ein Paar von Hydroformgesenken (12, 13) gebildet ist; aufweisend: eine Stempelbohrung (22) in einem der Hydroformgesenke (12), welche den Formhohlraum (14) schneidet; einen Stempel (20), der in der Stempelbohrung (22) benachbart zu der ersten Wand (30) des Rohrs (16) angebracht ist; ein Stempelstellglied (36) zum Vorschieben des Stempels (20), um ein erstes Loch (100) in der ersten Rohrwand (30) herzustellen und dann durch den Formhohlraum (14) zu laufen und ein zweites Loch (104) in der zweiten Rohrwand (32) herzustellen; und einen Stützmechanismus (46) zum Stützen der zweiten Wand (32) mit einer Feder (92), die eine Stützseite (72) einer Stützstange (62) in Eingriff mit der zweiten Wand (32) vorspannt und während des Stanzens des zweiten Lochs (104) nachgibt, sowie ein Stützstangenstellglied (58) zum Zurückziehen der Stützstange (62), um die Stützseite (72) von der zweiten Wand (32) weg zu tragen, nachdem das zweite Loch (104) gestanzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner aufweist, dass die Feder (92) eine ausreichende Vorspannkraft hat, um zu verhindern, dass Hydroformfluiddruck die zweite Wand (32) des Rohrs (16) bricht, und dennoch ausreichend nachgiebig ist, um von der Kraft über wunden zu werden, die der Stempel (20) während des Stanzen des zweiten Lochs (104) auf die zweite Wand (32) des Rohrs (16) aufbringt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner aufweist, dass die die Stützseite (72) vorspannende Feder (92) eine Schraubendruckfeder ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner aufweist, dass die die Stützstange (62) vorspannende Feder (92) ein Block aus viskoelastomerem Material ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner aufweist, dass das Stempelstellglied (36) und das Stützstangenstellglied (58) Hydraulikzylinder sind.
Vorrichtung (10) zum Stechen eines Lochs (100, 104) durch die gegenüberliegenden ersten und zweiten Rohrwände (30, 32) eines hydrogeformten Rohrs (16), während sich das Rohr (16) in dem Formhohlraum (14) befindet, der durch ein Paar von Hydroformgesenken (12, 13) gebildet ist; aufweisend: eine Stempelbohrung (22) in einem der Hydroformgesenke (12), wobei sich die Stempelbohrung (22) in das Gesenk (12) an gegenüberliegenden Seiten (26, 28) des Formhohlraums (14) und benachbart zu der ersten und der zweiten Rohrwand (30, 32) erstreckt; einen Stempel (20), der in der Stempelbohrung (22) benachbart zu der ersten Wand (30) des Rohrs (16) angebracht ist; ein Stempelstellglied (36) zum Vorschieben des Stempels (20), um ein erstes Loch (100) herzustellen, indem ein erster Metallabfall (102) aus der ersten Rohrwand (30) gestanzt wird, und dann durch den Formhohlraum (14) zu laufen und ein zweites Loch (104) herzustellen, indem ein zweiter Metallabfall (106) aus der zweiten Wand (32) gestanzt wird, und dann die Metallabfälle (102, 106) in die Stempelbohrung (22) zu schieben; und einen Stützmechanismus (46) mit einer Stützstange (62), die in der Stempelbohrung (22) benachbart zu der zweiten Wand (32) des Rohrs (16) angebracht ist und eine Stützseite (72) zum Stützen der zweiten Wand (32) gegen Brechen durch den Hydroformdruck hat, einer nachgiebigen Feder (92), die die Stützstange (62) stützt und der Kraft des fortschreitenden Stempels (20) während des Stanzens des zweiten Lochs (104) nachgibt, und einem Stützstangenstellglied (58) zum Zurückziehen der Stützstange (62) durch die Feder (92) und um die Stützseite (72) von den Metallabfällen (102, 106) weg zu tragen, so dass die Metallabfälle (102, 106) zur Entsorgung abfallen können.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher ein Metallabfallentsorgungsschacht (96) mit der Plunger-Bohrung (54) in Verbindung steht, um den ersten und den zweiten Metallabfall (102, 106) zu seiner Entsorgung aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, die ferner aufweist, dass die Feder (92) eine Druckschraubenfeder ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, die ferner aufweist, dass die Feder (92) eine elastomere Feder ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, die ferner aufweist, dass die Feder (92) eine Fluiddruckfedereinrichtung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, die ferner aufweist, dass das Stempelstellglied (36) ein Hydraulikzylinder ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, die ferner aufweist, dass das Stützstangenstellglied (58) ein Hydraulikzylinder ist.
Vorrichtung (10) zum Stechen eines Lochs (100, 104) durch die gegenüberliegenden ersten und zweiten Rohrwände (30, 32) eines hydrogeformten Rohrs (16), während sich das Rohr (16) in dem Formhohlraum (14) befindet, der durch ein Paar von Hydroformgesenken (12,13) gebildet ist; aufweisend: eine Stempelbohrung (22) in einem der Hydroformgesenke (12), welche den Formhohlraum (14) schneidet; einen Stempel (20), der in der Stempelbohrung (22) benachbart zu der ersten Wand (30, 32) des Rohrs (16) angebracht ist und eine Stempelstirn (38) hat, die mit der ersten Rohrwand (30) in Eingriff steht, um die erste Rohrwand (30) gegen Brechen durch den Hydroformdruck zu stützen; einen ersten Hydraulikzylinder (36) zum Vorschieben des Stempels (20), um ein erstes Loch (100) durch die erste Wand (30) zu stanzen und dann durch den Hohlraum zu laufen und ein zweites Loch (104) in der zweiten Wand (32) des Rohrs (16) zu stanzen; eine Stützstange (62), die in dem Stempel (20) benachbart zu der zweiten Wand (32) des Rohrs (16) angebracht ist und eine Stützseite (72) zum Eingriff mit der zweiten Rohrwand (32) hat, um die zweite Rohrwand (32) gegen Brechen durch den Hydroformdruck zu stützen; eine Feder (92), welche die Stützstange (62) in Eingriff mit der zweiten Wand (32) drängt und nachgibt, wenn der Stempel (20) fort schreitet und das zweite Loch (104) in der zweiten Wand (32) stanzt; und einen zweiten Hydraulikzylinder (58), um die Stützstange (62) zurückzuziehen, nachdem das zweite Loch (104) gestanzt ist, um die Stützstange (62) von der zweiten Wand (32) weg zurückzuziehen und den Stempel (20) durch das zweite Loch (104) und weiter in die Stempelbohrung (22) laufen zu lassen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, die ferner aufweist, dass die Feder (92) eine Druckschraubenfeder ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, die ferner aufweist, dass die Feder (92) ein Block aus viskoelastischem Material ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, die ferner aufweist, dass die Feder (92) eine Stickstofffeder ist.