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Die
Erfindung betrifft ein Pressverfahren zur Herstellung von Pressteilen
mit einem zwischen einem Stempel und einem Gegenstempel oder einer gravurtragenden
Matrize verpressten Bereich.
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Pressteile
werden in mannigfaltiger Weise hegestellt. Limitierend für Gestaltung
der Pressteile sind unter anderem die aufzuwendende Presskraft und
die Stabilität
der Presswerkzeuge. Dabei nimmt die Pressdruckkurve mit abnehmender
Materialstärke
des Pressteils zu. Auf der einen Seite sind daher zur Darstellung
dünner
Böden oder
Stege große Druckkräfte, die
entsprechend groß dimensionierte Pressen
erfordern, notwendig, gleichzeitig werden die Presswerkzeuge extrem
belastet. Auf der anderen Seite können mit der vorhandenen Technik
unter wirtschaftlich vertretbarem Aufwand nur Böden und Stege mit nach unten
begrenzter Materialstärke
hergestellt werden.
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Um
eine Gewichtsreduzierung von derart hergestellten Pressteilen zu
erreichen, werden die überdimensionierten
Bereiche häufig
spanend zur Verringerung der Materialstärke bearbeitet oder es wird
bei zu lochenden Teilen ein unerwünscht dicker Materialanteil
in Form des Lochbutzens zu Abfall. Aufgabe der Erfindung ist daher,
ein Verfahren zur Herstellung von Pressteilen vorzuschlagen, das
geringere Materialstärken
und/oder geringere Presskräfte
ermöglicht.
Weiterhin sollen Nachbearbeitungsschritte vermieden werden und/oder
Pressteile bei gleicher Festigkeit und geringerem Gewicht dargestellt
werden können.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Pressteilen
mit zumindest einem Bereich mit einer zwischen Stempel und Gegenstempel vorgegebenen
Material stärke
gelöst,
wobei die Materialstärke
in einem zweistufigen Prozess eingestellt und zwischen den beiden
Stufen zumindest eine Öffnung
eingebracht wird. Dabei kann in der ersten Stufe eine vorgegebene
Materialstärke
eingestellt werden. Anschließend
wird entweder mit demselben Werkzeug beziehungsweise bei einem mehrstufigen Pressprozess
in einer weiteren Prozessstufe, beispielsweise in einem Folgewerkzeug
eine oder mehrere Öffnungen
eingebracht, beispielsweise eingestanzt oder gelocht. Die Anzahl
und Größe der Öffnungen
kann dabei abhängig
von der gewünschten Festigkeit,
der Materialstärke
und der Größe des Pressteils
vorgesehen werden. In der zweiten Stufe des Pressvorgangs wird der
Bereich auf Endmaß der Materialstärke verpresst,
wobei das verdrängte
Material in die Öffnung
oder Öffnungen
gepresst und durch den dadurch ermöglichten Werkstofffluss bei vermindertem
Druck geringe Materialstärken
darstellbar sind. Durch den Fließprozess werden die Öffnung oder Öffnungen
in ihrem Durchmesser verringert. Der Prozessschritt kann dabei ebenfalls
in einem Folgewerkzeug einer Mehrstufenpresse, beispielsweise während des
nächsten
Pressenhubs erfolgen. Die Mehrstufenpresse kann dabei eine liegende
Mehrstufenpresse sein.
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Das
vorgeschlagene Verfahren eignet sich für Bereiche, die als Böden oder
Stege eines Pressteils ausgebildet sind. Durch das Einfügen von Öffnungen
in Boden- oder Stegfläche
kann eine erhebliche Gewichtseinsparung der Pressteile erzielt werden,
da die Materialstärke
um einen großen
Anteil, beispielsweise bei Verwendung eines Warmpressverfahrens
für Massivteile
um 40% vermindert werden kann.
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Besonders
vorteilhaft hat sich das Verfahren für die Anwendung geschlossener
Gravuren erwiesen, bei denen beispielsweise der Bereich eines Pressteils
bezüglich
seines Umfangs von einer Matrize begrenzt wird. In derartigen Pressteilen
wird der laterale Materialfluss quer zur Druckrichtung durch die
Matrize begrenzt, so dass lediglich ein Material rückfluss,
der gegebenenfalls minimal sein kann, entgegen der Druckrichtung
möglich
ist. Eine dünne Ausformung
der Materialstärke
in einem Boden oder Stegbereich zwischen dem Druckstempel und dem Gegendruckstempel
gestaltet sich unter Verwendung von eingebrachten Öffnungen
daher besonders vorteilhaft.
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Die
zweite, die endgültige
Materialstärke
einstellende Pressstufe kann vorteilhafterweise als Kalibriervorgang
oder Kalibrationsschritt ausgeführt
werden. Durch entsprechende Steuerung des Stempeldrucks, einer Wegbegrenzung
des Werkzeugs, einer Kontrolle des Pressweges oder dergleichen kann
dabei eine Größe zur kalibrierten
Durchführung
des Pressvorgangs in dieser Stufe bilden.
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Das
Verfahren kann als Warm-, Halbwarm- oder Kaltumformverfahren durchgeführt werden,
wobei sich bei herkömmlichen
Prozessen typische Materialstärken
von 10 mm bei warmumgeformten Massivteilen, 6 bis 8 mm bei halbwarm
umgeformten Rohteilen und 4 mm von kalt umgeformten Rohteilen bei
vergleichbaren Pressdrücken
ohne Weiteres durch ein zweistufiges Pressverfahren unter Einbringung
von Öffnungen
zwischen den beiden Stufen unterbieten lassen.
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Die
Erfindung wird anhand der 1 und 2 näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
eines mittels des Verfahrens hergestellten Pressteils nach der ersten
Stufe und
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2 das
Ausführungsbeispiel
der 1 vor und nach der zweiten Stufe.
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1 zeigt
ein Pressteil 1 in Form von zwei um die Mittellinie 2 angeordneten
Teilschnitten. Die linke Seite der Mittellinie 2 zeigt
das Pressteil 1 nach Durchführung einer ersten Stufe eines
Pressverfahrens, bei dem in einem ersten Hub einer Presse in ein zylindrisches
Rohteil beidseitig Einformungen 3, 4 durch ein
Eintauchen des Pressenstempels eingebracht wurden. Infolge eines
Quer- und Rückflusses des
Rohmaterials wird eine Kontur wie beispielsweise eine Ringwulst 5 und
ein Bereich 6, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel
als Boden 8 und in weiteren Ausführungsbeispielen auch ein Steg
sein kann, dargestellt, der unter vertretbaren Presskräften und
Werkzeugbelastungen eine erste Materialstärke 7, beispielsweise
10 mm aufweist.
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Die
rechte Seite der Mittellinie 2 zeigt das Pressteil 1 nach
dem Einbringen zumindest einer Öffnung 9.
Es können
beispielsweise runde oder Öffnungen
anderer Form vorgesehen werden. Durchmesser und/oder Fläche sowie
die Anzahl der Öffnungen 9 können der
geforderten Festigkeit und/oder der Menge des zu verdrängenden
Materials angepasst werden. In vorteilhafter Weise wird die Fläche der Öffnungen
so eingestellt, dass nach Einstellung der endgültigen Materialstärke ein
zumindest geringes Öffnungsvolumen
verbleibt, so dass auch in der Endphase des Pressvorgangs die Presskräfte gering gehalten
werden können.
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2 zeigt
links der Mittellinie 2 das Pressteil 1 entsprechend
der rechten Seite der 1. Die rechte Seite zeigt das
Pressteil nach Durchführung der
zweiten Stufe, bei dem der Boden 8 auf die endgültige Materialstärke 10 geformt
wird. Die Materialverdrängung
erfolgt dabei in die Öffnung 9 und/oder weitere
nicht dargestellte Öffnungen,
so dass der Pressdruck in bevorzugter Weise den Pressdruck der ersten
Stufe nicht wesentlich überschreitet.
Infolge der Materialverdrängung
resultieren nach Beendigung des Prozesses Öffnungen 11 mit kleinerem Durchmesser
beziehungsweise Volumen. In speziel len Ausführungsbeispielen kann vorgesehen
werden, dass die Öffnungen
auf ein Mindestmaß oder
komplett geschlossen werden.
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Durch
die Verringerung der Materialstärke kann
bei geforderter Festigkeit ein Pressteil 1 hergestellt
werden, das weniger Gewicht aufweist, da infolge der begrenzten
Möglichkeiten,
den Boden 8 ohne die Öffnungen 9 dünner auszugestalten,
typischerweise spanend Materialstärken entsprechend der Materialstärke 10 des
Bodens des fertiggestellten Pressteils mit höherem Aufwand und Materialverlust hergestellt
wurden.
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Entsprechend
den in den 1 und 2 dargestellten
Verfahrensabläufen
kann das Pressteil 1 in besonders vorteilhafter Weise in
einer Mehrstufenpresse mit Folgewerkzeugen hergestellt werden. So
kann ein erster Hub der Presse, beispielsweise einer horizontalen
Mehrstufenpresse, in einem ersten Werkzeug das Pressteil entsprechend
der linken Seite der 1 vorprägen. Nach dem Weitertransport
in ein zweites Folgewerkzeug können
die Öffnungen 9 entsprechend
der rechten Seite der 1 und der linken Seite der 2 dargestellt
werden. Die Öffnungen 9 werden
gestanzt oder gelocht. Im dritten Hub der Presse wird das Pressteil
nach dem Transport in ein weiteres Folgewerkzeug bevorzugt in einem
Kalibriervorgang auf das Endmaß der
Materialstärke 10 gebracht.
Dieser Pressvorgang stellt einen Prozess mit teilweisem Stofffluss
quer zur Hubrichtung dar, bei dem das überschüssige Material in die Öffnungen 9 verpresst
wird, die dabei zu den Öffnungen 11 mit
kleinerem Durchmesser verändert
werden. Die Öffnungen 11 können weitere
Funktionen erfüllen,
beispielsweise Entlüftungslöcher sein
oder nach weiteren Bearbeitungsschritten, beispielsweise in einem
oder mehreren Hüben
der Presse zu kalibrierten Öffnungen
zur Aufnahme von Stiften oder als kalibrierte Durchführung oder Öffnungen
zur Einbringung von Gewinden dienen. Es versteht sich, dass ein
vorteilhafter Pressvorgang auch eine andere Abfolge von Presshüben aufweisen
kann, bei dem den Anforderungen entsprechend weitere Zwischenschritte
eingefügt
werden können
und/oder Arbeitsschritte, beispielsweise erster Presshub und Darstellung
der Öffnungen
in einem Werkzeug durchgeführt werden
können.
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Die
mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne
Präjudiz
für die
Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich
vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen
offenbarte Merkmalskombinationen zu beanspruchen.
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In
Unteransprüchen
verwendete Rückbeziehungen
weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches
durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht
als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen
Schutzes für
die Merkmalskombination der rückbezogenen
Unteransprüche
zu verstehen.
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Da
die Gegenstände
der Unteransprüche
im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen
bilden können, behält sich
die Anmelderin vor, sie zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder
Teilungserklärungen zu
machen. Sie können
weiterhin auch selbständige Erfindungen
enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung
aufweisen.
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Die
Ausführungsbeispiele
sind nicht als Einschränkung
der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden
Offenbarung zahlreiche Abänderungen
und Modifikationen möglich, insbesondere
solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien,
die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzel nen, in
Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen
sowie den Ansprüchen beschriebenen
und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen beziehungsweise Elementen
oder Verfahrensschritten für
den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar
sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand
oder zu neuen Verfahrensschritten beziehungsweise Verfahrensschrittfolgen
führen,
auch soweit sie Herstell-, Prüf-
und Arbeitsverfahren betreffen.