-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen von Platinen durch Ziehen
in einem Werkzeug mit einem Stempel, einer Matrize und einem Niederhalter.
-
Die
Maßhaltigkeit
von Halbschalenteilen, welche durch Ziehen einer Platine hergestellt
werden, ist regelmäßig Gegenstand
von Qualitätsproblemen
in der Fertigung. Hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit werden insbesondere
im Kraftfahrzeugbau gestellt, da die Halbschalenteile häufig mit anderen
Bauteilen oder Halbschalenteilen zusammenwirken oder mit diesen
gefügt
werden müssen. Die
Maßhaltigkeit
von umgeformten Platinen wird wesentlich dadurch beeinflusst, dass
durch Umformprozesse Spannungen in die Platinen eingebracht werden,
welche sich durch eine Rückfederung
der umgeformten Platine nach dem Umformen bemerkbar machen. Dies
verringert die Maßhaltigkeit
der umgeformten Platine deutlich und erschwert den Herstellungsprozess
für hoch
präzise
Bauteile erheblich. Bislang wurde dieses Problem gelöst, indem eine
Vorform hergestellt wurde, um diese in einem weiteren Werkzeug zur
Endform umzuformen. Durch den Zwischenschritt der Vorformerstellung
sind einerseits die pro Umformschritt eingebrachten Dehnungen nicht
so groß.
Andererseits hingegen entstehen aufgrund des Zwischenschrittes der
Herstellung einer Zwischenform relativ hohe Kosten. Vor allem die
Umformwerkzeuge für
die Vorform aber auch die Verlängerung
der Herstellzeiten durch zwei getrennte Arbeitsschritte führen zu
einer Kostenbelastung des Gesamtprozesses bis zur Herstellung des
fertigen Bauteils.
-
Aus
der deutschen Offenlegungsschrift
DE 197 42 818 A1 ist daneben die Herstellung
eines Strukturbauteils für
Kraftfahrzeuge bekannt, welches ein Verstärkungsblech aufweist, das durch
Vertiefungen und Erhöhungen
eine Verformungsreserve bei der Verformung des Grundblechs und des
Verstärkungsblechs
bereitstellt. Das mit Erhöhungen
und Vertiefungen versehene Verstärkungsblech
soll eine Faltenbildung bzw. eine Rissbildung während der gemeinsamen Umformung
mit dem Grundblech verhindern. Die genannte deutsche Offenlegungsschrift
beschäftigt
sich also mit der Umformung verstärkter bzw. „gepatchter" Platinen. Zwar können für das Verstärkungsblech
Risse und Faltenbildung während
der Umformung durch Bereitstellen von Verformungsreserven in Form
der Aufwölbungen
verhindert werden. Die Maßhaltigkeit
der umgeformten Platine außerhalb
des verstärkten
Bereichs wird allerdings nicht verbessert.
-
Die
europäische
Patentschrift
EP 1
708 832 B1 offenbart ein Innenhochdruckumformen einer Platine
mit Aufwölbungen
und/oder Vertiefungen, wobei durch die Aufwölbungen/Vertiefungen der maximale Umformgrad
erhöht
werden soll. Innenhochdruckumformung ist nur in Kombination mit
geschlossenen Hohlprofilen anwendbar. Daher werden keine Halbschalen
mit diesem Verfahren hergestellt. Zudem ist die wirkmedienbasierte
Umformung sehr aufwändig und
verhältnismäßig teuer
gegenüber
dem konventionellen Tiefziehen.
-
Von
diesem Stand der Technik ausgehend hat sich die vorliegende Erfindung
zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren zum Umformen von Platinen durch
Ziehen in einem Werkzeug mit einem Stempel, einer Matrize und einem
Niederhalter zur Verfügung zu stellen,
mit welchem hochmaßhaltige,
umgeformte Platinen erzeugt werden können, die aufgrund der hohen
Maßhaltigkeit
besonders gut im Kraftfahrzeugbau verwendbar sind.
-
Gemäß einer
ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte
Aufgabe für
ein gattungsgemäßes Verfahren
dadurch gelöst,
dass eine Platine mit einer Vielzahl eingebrachter Aufwölbungen
in ein Werkzeug, beispielsweise ein Gesenk, eingebracht wird, der
Niederhalter in den Flanschbereichen der Platine in einem ersten
Verfahrensabschnitt in eine erste Position gebracht wird, welche der
Höhe der
Aufwölbungen
der Flanschbereiche der Platine addiert zur Platinendicke entspricht,
der Niederhalter die Flanschbereiche der Platine in dieser Position
niederhält,
die Platine unter Verwendung des Stempels im ersten Verfahrensabschnitt
im Werkzeug vorgeformt wird und in einem zweiten Verfahrensabschnitt
der Niederhalter und der Stempel in die Endlagen gebracht werden,
so dass die Platine durch den Stempel zur Endform umgeformt wird
und der Niederhalter die Aufwölbungen
der Flanschbereiche der Platine glättet.
-
Es
hat sich gezeigt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren beim Umformen
der Platinen Verformungsreserven zur Verfügung gestellt werden können und
die Platine während
des Umformens auf ihrer gesamten Querschnittslänge gestaucht werden kann.
Durch die verbesserten Verformungsreserven aufgrund der Materialbereitstellung in
den Aufwölbungen,
sind größere Umformgrade beim
Ziehen erzielbar. Es können
durch die Stauchung der Platine auf ihrer gesamten Querschnittslänge vorhandene
Spannungen ausgerichtet werden. Dies führt zu besonders maßhaltigen
Bauteilen, da eine Rückfederung
oder eine Rückumformung
der Bauteile dann hauptsächlich
in eine Richtung erfolgt. Erfindungsgemäß wird im ersten Verfahrensabschnitt die
Verformungsreserve insbesondere in den Übergangsbereichen zwischen
Stempel und Ziehradius, welche durch die Aufwölbungen zur Verfügung gestellt
werden, genutzt. Im zweiten Verfahrensabschnitt, welcher eher einem
Prägen
entspricht, erfolgt dann die Stauchung der Aufwölbungen und damit des nahezu
fertig geformten Bauteils über
seine gesamte Querschnittsfläche.
Beide Verfahrensabschnitte finden vorzugsweise im gleichen Werkzeug, beispielsweise
im gleichen Gesenk statt, so dass gegenüber dem bisher bekannten Vorformen
deutliche Kosteneinsparungen ermöglicht
und gleichzeitig hochmaßhaltige
Bauteile zur Verfügung
gestellt werden können.
-
Besonders
ausgeprägt
ist der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Herstellung von
halbschalenförmigen
Bauteilen, d. h. bei Bauteilen, die beim konventionellen Herstellverfahren
häufig
von einer starken Rückfederung
betroffen sind. Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer deutlichen
Reduzierung der Rückfederung
und damit zu einer wesentlichen Steigerung der Maßhaltigkeit der
Halbschalen.
-
Gemäß einer
ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bleiben während des
ersten Verfahrensabschnitts die Aufwölbungen in der vorgeformten
Platine bestehen und in dem zweiten Verfahrensabschnitt wird zuerst
der Niederhalter und anschließend
der Stempel in die Endlagen gebracht, so dass zuerst im Bereich
des Niederhalters und dann im restlichen Bereich die Aufwölbungen
geglättet werden.
Hierdurch können
die Spannungen im gezogenen Bauteil besonders gut und prozesssicher
ausgerichtet werden.
-
Vorzugsweise
bestehen gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die Platinen aus
Stahl oder einer höher-
oder höchstfesten
Stahllegierung. Insbesondere umgeformte Bauteile aus Stahl oder
Stahllegierungen neigen zu Problemen im Hinblick auf die Maßhaltigkeit
durch Rückfederungen,
so dass das erfindungsgemäße Verfahren
bei diesen Werkstoffen besonders vorteilhaft ist. Höher- und
höchstfeste
Stahllegierungen bieten den Vorteil besonders geringe Wanddicken
bei gleichbleibender Festigkeit zur Verfügung zu stellen, so dass Gewichtseinsparungen
möglich
sind.
-
Vorzugsweise
sind gemäß einer
nächsten Ausgestaltung
des erfindungsgemäßen Verfahrens am
Ende des Ziehvorgangs alle Aufwölbungen
der Platine geglättet,
so dass die maximale Verformungsreserve der Platine ausgenutzt wird
und gleichzeitig eine Reduzierung der Rückfederung erfolgt ist.
-
Werden
die Aufwölbungen
im ersten Verfahrensabschnitt in Einlaufbereichen zwischen Flansch und
Zargen gestreckt, sind aufgrund des zusätzlich zur Verfügung gestellten
Materials besonders hohe Umformgrade des Ziehradius möglich.
-
Weist
der Stempel des Werkzeugs eine Erweiterung in Richtung des Ziehradius
auf, welche den Ziehradius am Bauteil erzeugt, kann eine unerwünschte Eckenbildung
beim zweiten Verfahrensabschnitt verhindert werden.
-
Sollen
in bevorzugter Weise die Aufwölbungen
im Zargenbereich aufrechterhalten werden, wird ein Ziehspalt zwischen
Platine und Werkzeug größer oder
gleich der Höhe
der Aufwölbungen
addiert zu der Blechdicke bereitgestellt. Dies wird insbesondere dann
benötigt,
wenn im Wesentlichen senkrechte Zargen unter Aufrechterhaltung der
Aufwölbungsstruktur
hergestellt werden sollen.
-
Ist
der Ziehspalt zwischen Platine und Werkzeug annähernd Null, kann die Glättung aller
Aufwölbungen
der Platine im zweiten Verfahrensabschnitt erfolgen.
-
Ein
Kompromiss zwischen guter Verformungsreserve, einfacher Umformbarkeit
und einem optimierten Materialfluss kann dadurch erreicht werden,
dass gemäß einer
nächsten
weitergebildeten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
die Oberfläche
der mit Aufwölbungen
versehenen Platine 0,1–10%
größer ist
als die einer ebenen Platine.
-
Bevorzugt
sind als Aufwölbungen
Noppen mit einer kreisförmigen,
elliptischen, vieleckigen und/oder lang gestreckten Öffnungsfläche vorgesehen,
die ein- oder wechselseitig angeordnet sein können. Diese können einfach
in vorgelagerten Prozessen zur Herstellung der Platinen, beispielsweise durch
bandweises Prägen
unter Verwendung von Walzen, bereitgestellt werden.
-
Um
einer ungleichmäßigen Verteilung
der Verformungsreserven der Platine während der Umformung vorzubeugen,
sind die Aufwölbungen
auf der Platine derart angeordnet, dass auf der Platine gleichverteilte
ebene Zwischenräume
zwischen den Aufwölbungen
entstehen. Besonders wichtig ist dies im Falle der Verwendung von
beispielsweise Aufwölbungen
mit elliptischen und/oder langgestreckten Öffnungsflächen.
-
Schließlich wird
die oben aufgezeigte Aufgabe gemäß einer
zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung durch die Verwendung einer
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
umgeformten Platine als Strukturbauteil, insbesondere im Kraftfahrzeugbau gelöst. Wie
bereits oben erwähnt,
zeichnen sich die entsprechenden Strukturbauteile durch eine besonders
hohe Maßhaltigkeit
aus und sind daher besonders gut für den Einsatz im Kraftfahrzeugbau
gut. Aufgrund des einfachen Verfahrens und der hohen Umformgrade,
welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
erzielt werden können,
können
dem Fahrzeugbau damit besonders komplexe, hochmaßhaltige Strukturbauteile bzw.
Halbschalen zur Verfügung gestellt
werden. Je nach Bedarf und Einbausituation kann der Flansch am Strukturbauteil
entfernt werden.
-
Es
gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung von umgeformten Platinen bzw. die erfindungsgemäße Verwendung
der entsprechend umgeformten Platinen auszugestalten und weiterzubilden.
Hierzu wird verwiesen auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten
Patentansprüche
sowie auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung
mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in
-
1 eine
perspektivische Darstellung einer gemäß einem Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zu verwendenden Platine mit Aufwölbungen,
-
2, 3 schematische
Draufsichten auf unterschiedliche Aufwölbungen einer Platine,
-
4 bis 7 eine
schematische Schnittansicht eines Werkzeugs in Form eines Gesenks während der
Durchführung
eines Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
Zunächst zeigt 1 in
einer perspektivischen Ansicht eine Platine 1, welche eine
Vielzahl von Aufwölbungen 2 aufweist.
Vorzugsweise sind die Aufwölbungen
regelmäßig angeordnet
und, wie in 1 angedeutet, mit einer kreisförmigen Öffnungsfläche versehen.
Es können
aber auch andere Aufwölbungen
auf der Platine vorgesehen sein, wie beispielsweise 2 und 3 zeigen.
In 2 ist ein Ausschnitt einer Platine in einer Draufsicht
dargestellt, wobei Aufwölbungen 2' mit einer quadratischen Grundfläche und
einer regelmäßigen Anordnung
vorgesehen sind. In 3 sind langgestreckte Wulste 2'' als Aufwölbungen vorgesehen. Die Aufwölbungen dienen
zur Bereitstellung von Verformungsreserven der Platine, wie sie
bei einer erfindungsgemäßen Umformung
in einem Werkzeug bereitgestellt werden müssen, um hochmaßhaltige
Bauteile herzustellen.
-
Ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zeigt 4 in einer schematischen Schnittansicht eines
Gesenks 3 zur Herstellung einer Halbschale aus einer Platine
durch Ziehen. Das Gesenk 3 weist einen Niederhalter 4,
einen Stempel 5 und eine Matrize 6 auf, wobei
die Platine 1 in die Matrize 6 unter Verwendung
des Stempels 5 gezogen wird. Wie 4 zu erkennen
ist, wird der Niederhalter 4, entsprechend dem ersten erfindungsgemäßen Verfahrensabschnitt,
in eine Position gebracht, die der Höhe der Aufwölbungen addiert zur Platinendicke
entspricht. In dieser Position hat der Niederhalter 4 über die
Aufwölbungen 2 Kontakt
mit der Platine 1 und hält
so die Platine 1 während
des ersten Verfahrensabschnitts in Position.
-
Der
Stempel 5 formt nun die mit den Aufwölbungen 2 versehene
Platine 1 im Bereich der Vertiefung 7 der Matrize 6 um.
Durch Einfahren des Stempels 5 in die Matrize 6 werden
die Aufwölbungen
im Bereich des Ziehradius zwischen der späteren Zarge der umgeformten
Platine 1 und dem durch die Niederhalter 4 gehaltenen
Flanschbereich der Platine 1 aufrechterhalten bzw. bleiben
bestehen, wie 5 zeigt.
-
In 5 ist
das Ende des ersten Verfahrensabschnitts des Ausführungsbeispiels
des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. Durch die Wahl der Position der Niederhalter 4 und
das Vorsehen eines Ziehspaltes 8, welcher größer oder
gleich der Höhe der
Aufwölbungen
addiert zur Platinendicke ist, wird erreicht, dass die Materialreserven
zum Richten der Spannungen durch die Aufwölbungen zu einem großen Teil
bis zum Ende des Vorformens erhalten bleiben.
-
Ein
vollständiges
Herausdrücken
der Aufwölbungen
im Bereich des Niederhalters 4, d. h. im Bereich des Flansches
der Halbschale, wird dadurch erreicht, dass der Niederhalter weiter
heruntergefahren wird, wie in 6 zu erkennen
ist.
-
7 zeigt
das Gesenk 3 aus 4 am Ende
des zweiten Verfahrensabschnitts in der Ausführung mit einem einteiligen
Stempel. Im Falle von senkrechten Zargen, wie im vorliegend dargestellte Ausführungsbeispiel,
kann der Spalt beim Vorformen bzw. Vorziehen beispielsweise auch
durch einen teleskopartigen Stempelaufbau analog zum Stempel 5' erreicht werden.
Dieser weist im Vorzug zunächst
einen entsprechenden großen
Spalt 8 auf. Durch Absenken des teleskopartigen umhüllenden
Fertig-Stempels wird letztlich der Spalt beseitigt. Eine Umformung
auf die Endform der Halbschale kann aber auch durch einen Stempel
erreicht werden, welcher beispielsweise ausfahrbare Prägeelemente
aufweist, mit welchen der Stempel die Platine zur Endform formt.
Ein Stempelwechsel im zweiten Verfahrensabschnitt ist damit nicht
unbedingt notwendig. Stempel dieser Art sind in den Figuren nicht
dargestellt.
-
Der
Stempel 5' weist
noch Erweiterungen 5a und 5b auf, die den Bereich
des Ziehradius zwischen Zarge und Flanschbereich um- bzw. ausformen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird eine Stauchung über
den gesamten Querschnitt des Bauteils erreicht, indem die Aufwölbungen
vollständig
aus der Platine 1 am Ende des zweiten Verfahrensabschnitts
herausgedrückt werden
bzw. geglättet
sind. Die umgeformte Platine, d. h. die vorliegende Halbschale,
weist deshalb eine besonders hohe Maßhaltigkeit auf, da aufgrund
des Stauchens über
die gesamte Querschnittsfläche
eingebrachte Spannungen im Wesentlichen vollständig abgebaut und gezielt gerichtet
werden können,
so dass nahezu keine Rückfederungen
auftreten. Gleichzeitig kombiniert das erfindungsgemäße Verfahren
diesen Vorteil mit der Bereitstellung sehr großer Umformgrade, welche insbesondere
bei der Verwendung von Platinen aus höher- oder höchstfesten Stählen vorteilhaft
sind.