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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Tiefziehteils aus einem plattenförmigen, verformbaren Werkstück
sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Tiefziehvorrichtung mit
einem Tiefziehstempel und einem Gegenhalter, der dem Tiefziehstempel
gegenüberliegend angeordnet ist und mit einer Ziehmatrize
und einem Ziehkissen, das der Ziehmatrize gegenüberliegend
angeordnet ist sowie eine Tiefziehvorrichtung zur Herstellung eines
Tiefziehteils aus einem plattenförmigen, verformbaren Werkstück.
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Tiefziehteile
werden in der blechverarbeitenden Metallindustrie bei großem
Stückzahlbedarf hergestellt und beispielsweise im Fahrzeugbau
oder Gerätebau verwendet. Beim Tiefziehen von plattenförmigen,
verformbaren Werkstücken, wie beispielsweise Metallblechen,
wird mit dem üblichen Verfahren ein feststehender Stempel
und eine bewegliche Ziehmatrize verwendet, wobei das Blech durch
die Ziehmatrize über den Stempel gezogen wird und so zu
einem Tiefziehteil umgeformt wird. Ein üblicherweise ebenes
Ziehkissen gewährleistet die Herstellung eines ebenen Flansches,
so dass eine unerwünschte Faltenbildung verhindert wird.
Im Zargenbereich und in dem Bereich der Ziehstempelstirn wird das
Ziehteil räumlich verformt. Prinzipiell ist auch das umgekehrte
Verfahren mit einem feststehenden Ziehkissen und einem beweglichen
Stempel bekannt und wird bei Bedarf eingesetzt. Unabhängig
von dem prinzipiellen Verfahrensablauf beim Tiefziehen, wird der
Bereich zwischen Ziehstempelradiusauslauf und Ziehmatrizenradius
als Zarge bezeichnet und der ebene Bereich zwischen Ziehmatrize
und Ziehkissen als Flansch bezeichnet.
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Bei
der Umformung des Werkstücks zum Ziehteil liegen im Zargenbereich
Kaltverfestigungseffekte vor. Hierbei kommt es durch die Biegung
um den Ziehstempelradius, die radiale Dehnung und durch die Verfestigung
des Materials, welches aus dem Flansch in die Zarge einläuft,
zu entsprechender Kaltverfestigung des Materials. Dieses in die
Zarge fließende Material wird durch die doppelte Biegung über
die Kante der Ziehmatrize (Biegung aus der Flanschebene in den Matrizenradius
und Rückbiegung in die Zargenebene) und die tangentiale
Stauchung im Flanschbereich kalt verfestigt. Im Zargenbereich, in
der Nähe des Ziehstempelradiusauslaufs, wird im We sentlichen
nur durch die einfache Biegung um den Ziehstempelradius und eine
radiale Dehnung kalt verfestigt. Weitere Kaltverfestigungseffekte
treten erst in einiger Entfernung vom Ziehstempelradiusauslauf in
Richtung des Blechrandes auf.
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Zusätzlich
ist die Blechdickenveränderung im Bereich des Ziehstempelradiusauslaufs
am stärksten negativ. Im Material, welches aus dem Flanschbereich
stammt, ist üblicherweise eine Blechaufdickung erfolgt.
Je nach Prozessablauf liegt hier gegenüber dem Ziehstempelradiusauslauf
eine höhere Blechdicke vor.
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Ein
Standardtiefziehvorgang wird üblicherweise mit monotonen
Bewegungen für das Ziehkissen und die Ziehmatrize realisiert
Bei bekannten Verfahrensvarianten werden in entsprechende Tiefziehpressen
das Ziehkissen oder das Ziehkissen und die Ziehmatrize mit variabler
Kraft beaufschlagt. Hierdurch sollen Zugspannungen im Ziehstempelradiusauslauf
und der Zarge reduziert werden, um lokales Materialversagen zu verhindern
und damit die erreichbare Ziehtiefe und das Prozessfenster für
eine gesicherte Produktion zu vergrößern (
EP 438 774 ,
DE 37 44 177 und
DD 28 97 23 ). Durch eine synchronisierte
Bewegung der Aktivwerkzeuge im Verlauf des Ziehvorgangs können
die aus dem Flanschbereich resultierenden Lastanteile gemindert
werden (
DE 10 2006 043 643 ).
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Eine
Erhöhung der Beulfestigkeit von Blechteilen durch lokale
Vorverfestigung der Werkstücke durch zyklische Hydroformvorgänge
wurde ebenfalls vorgeschlagen.
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Bei
dem zitierten Stand der Technik besteht durch die Beschränkung
der Verfestigung und der Blechdicke im Bereich des Ziehstempelradiusauslaufs
die Gefahr von Einschnürungen, wodurch Materialversagen
im Herstellungsprozess auftritt.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
von Tiefziehteilen aus einem plattenförmigen, verformbaren
Werkstück sowie ein Verfahren zur Steuerung einer Tiefziehpresse
mit einem Ziehstempel und einem Gegenhalter, der dem Ziehstempel
gegenüber liegen angeordnet ist und mit einer Ziehmatrize
und einem Ziehkissen, das der Ziehmatrize gegenüberliegen
angeordnet ist sowie eine Tiefziehpresse zur Herstellung von Tiefziehteilen
aus einem plattenförmigen, verformbaren Werkstück
anzugeben, wobei das Tiefziehverfahren mit hoher Prozessstabilität
bei großen Ziehverhältnissen und Ziehtiefen und
geringen Kosten durchführbar ist.
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Erfindungsgemäß gelöst
wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Tiefziehteilen
aus einem plattenförmigen, verformbaren Werkstück
mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1. Bevorzugte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.
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Weiterhin
wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst
durch ein Verfahren zur Steuerung einer Tiefziehvorrichtung mit
einem Ziehstempel und einem Gegenhalter, der dem Ziehstempel gegenüberliegend
angeordnet ist und mit einer Ziehmatrize und einem Ziehkissen, das
der Ziehmatrize gegenüberliegend angeordnet ist mit den
Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 17. Bevorzugte Weiterbildungen
sind in den Unteransprüchen dargelegt.
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Weiterhin
wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst
durch eine Tiefziehvorrichtung zur Herstellung von Tiefziehteilen
aus einem plattenförmigen, verformbaren Werkstück
mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 31.
Eine bevorzugte Weiterbildung ist in dem Unteranspruch dargelegt.
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Durch
die erfindungsgemäßen Verfahren bzw. die erfindungsgemäße
Vorrichtung wird das Ziehteil im gefährdeten Zargenbereich
gezielt lokal kalt verfestigt. Durch Aufdickung oder Faltenbildung wird
der Aufbau einer Ziehreserve ermöglicht. Die örtlich
im Bereich des Ziehstempelradiusauslauf durchgeführte lokalisierte
Kaltverfestigung, Blechdickenvergrößerung sowie
der lokale Faltenwurf, führen zu einer deutlichen Verbesserung
des Verfahrens. Hierbei können größere
Ziehverhältnisse und Ziehtiefen, bessere Prozessstabilität,
Einsparungen bezüglich der Tribologie z. B. Beölen
der Bleche oder dem aufwändigen Einarbeiten der Werkzeuge
erreicht werden.
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Nachfolgend
wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher
beschrieben und erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 die
Herstellung eines Tiefziehteils gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel,
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2 die
Herstellung eines Tiefziehteils gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel,
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3 die
einzelnen Schritte im Ablauf der Herstellung des Tiefziehteils gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel, wobei die wesentlichen
Teile der Tiefziehvorrichtung dargestellt sind. Bei dem Ausführungsbeispiel
wird ein feststehender Stempel 1 in Verbindung mit einem bewegbaren
Gegenhalter 2 verwendet. Der Gegenhalter kann mit einer
vorgegebenen bzw. regelbaren Kraft FGH auf den feststehenden Stempel 1 gedrückt werden,
wobei das plattenförmige, verformbare Werkstück 5,
beispielsweise ein Stahlblechteil, zwischen dem Gegenhalter 2 und
dem Stempel 1 eingespannt wird. Im eingespannten Zustand
liegt das Werkstück 5 am Stempelstirnbereich 8 an.
Der Stempel 1 und der Gegenhalter 2 sind an ihren
gegenüberliegenden Stirnflächen mit einer Kontur
ausgebildet, wobei das Werkstück 5, wie in 1 gezeigt, über die
Kante mit dem Radius an dem Stempel 1 gezogen wird.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird weiterhin eine Ziehmatrize 3 in
Verbindung mit einem Ziehkissen 4 verwendet. Das Werkstück 5 ist
in seinem Flanschbereich 9 zwischen der Ziehmatrize 3 und
dem Ziehkissen 4 festgeklemmt.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die einander gegenüberliegenden
Flächen des Ziehstempels 1 und des Gegenhalters 2 sowie
der Ziehmatrize 3 und des Ziehkissens 4 jeweils
im Wesentlichen gleich groß.
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Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Stempel 1 und
das Ziehkissen 4 ”oben” und der Gegenhalter 2 und
die Ziehmatrize 3 ”unten” angeordnet
dargestellt. Alternativ zu der dargestellten Anordnung ist jedoch
jede beliebige Lage des Stempels und des Ziehkissens sowie des Gegenhalters
und der Ziehmatrize möglich. Weiterhin ist in dem Ausführungsbeispiel
der Ziehstempel 1 feststehend angeordnet. Alternativ zu
dieser Ausführung können auch die Ziehmatrize
bzw. das Ziehkissen feststehend angeordnet werden und der Ziehstempel
in Verbindung mit dem Gegenhalter bewegbar angeordnet werden. Die
nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf die in 1 beispielhaft
gezeigte Anordnung. Für den Prozessablauf ist jedoch lediglich
die relative Bewegung der Teile zueinander von entscheidender Bedeutung.
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Gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel in der gezeigten Anordnung wird
zunächst das Werkstück 5 in einer Ausgangslage
(nicht gezeigt) der Ziehmatrize 3 und des Ziehkissens 4 eingelegt,
wobei sich das Werkstück 5 in einer Ebene erstreckt. Die gezeigte
Tiefziehpresse wird geschlossen, wobei der Gegenhalter 2 gegen
den feststehenden Stempel 1 gefahren wird und das Werkstück 5 am
Stempelstirnbereich 8 festklemmt. Weiterhin wird die Ziehmatrize 3 und
das Ziehkissen 4 im Bereich des Flansches 9 ebenfalls
gegen das Werkstück 5 gefahren, um das Werkstück 5 am
Flanschbereich 9 zu halten. Die Ziehmatrize 3,
das Ziehkissen 4 und der Gegenhalter 2 sind jeweils
einzeln steuerbar, so dass jeweils eine definierte Kraft auf das
Werkstück 5 durch die genannten Werkzeugelemente
aufgebracht werden kann.
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Nach
dem Schließvorgang wird in einem ersten Schritt (linke
Hälfte der 1) von der Ziehmatrize 3 ein
vorgegebener Weg SM in die Ursprungsziehrichtung nach unten zurückgelegt.
Die Ziehmatrize 3 wird bei dieser Bewegung weggeregelt.
Bei dieser Bewegung der Ziehmatrize 3 im ersten Schritt
wird das Ziehkissen 4 synchron mit nach unten bewegt und
mit einer definierten Kraft FK beaufschlagt, die das Ziehkissen 4 gegen
das Werkstück 5 in dessen Flanschbereich 9 drückt.
Diese Kraft FK wird dabei so gewählt, dass keine Falten
entstehen und eine maximale Werkstoffmenge radial aus dem Flansch 9 in
die Zarge 6 nachfließen kann. In dem ersten Schritt erfolgt
eine Kaltverfestigung des Materials des Werkstücks 5 speziell
im Stempelradiusauslaufbereich 7 hauptsächlich
durch einfache Biegung. Bei dem ersten Schritt wird in allgemein
bekannter Weise das Werkstück über die Kante des
Ziehstempels 1 gezogen. Alternativ zu dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist auch die Umkehrung der Regelung möglich, wobei die
Ziehmatrize kraftgeregelt und das Ziehkissen weggeregelt wird. Die
zwei Partner, Ziehmatrize und Ziehkissen, sind jeweils in der entgegen
gesetzten Regelart.
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In
einem zweiten Schritt (rechte Seite der 1) wird
die Bewegungsrichtung der Ziehmatrize 3 umgekehrt. Durch
diese Bewegungsumkehr erfolgt eine Rückbiegung des Werkstücks 5 im
Zargenbereich 6. Durch diese Rückbiegung wird
das Werkstück 5 im Stempelauslaufzargenbereich 7 weiter
kalt verfestigt. Bei der Bewegungsumkehr erfolgt die Bewegung der
Ziehmatrize 3 nach oben kraftgeregelt durch die Gegenkraft
FM der Ziehmatrize 3. Die Ziehmatrize 3 übernimmt
in dem zweiten Schritt die Funktion der Faltenvermeidung. In dem
zweiten Schritt wird das Ziehkissen 4 mit einem vorgegebenen
Weg SK synchron mit der Ziehmatrize 3 nach oben bewegt.
Diese synchrone Bewegung von Ziehmatrize 3 und Ziehkissen 4 realisiert
die Rückbiegung des Zargenbereichs 6.
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Die
Rückbiegungsbewegung kann in Abhängigkeit des
Weges der Ziehmatrize 3 im ersten Schritt festgelegt werden.
Es ist beispielsweise vorteilhaft, die Rückbewegung im
zweiten Schritt so weit auszuführen, bis die Ausgangslage
der Werkzeugelemente zu Beginn des ersten Schritts erreicht ist.
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Bereits
nach einmaliger Durchführung des ersten und zweiten Schritts
ist in vorteilhafter Weise eine entsprechende zusätzliche
Kaltverfestigung in dem Werkstück 5 erfolgt, so
dass das Werkstück 5 für eine abschließende
Tiefziehbearbeitung zur endgültigen Ausbildung der Zarge
vorgesehen werden kann.
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Gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel können sich jedoch
an den ersten und zweiten Schritt weitere Prozessschritte anschließen.
Beispielsweise können der erste und zweite Schritt mit
identischen oder veränderten Prozessparametern wiederholt werden,
so dass eine entsprechende weitere Kaltverfestigung im Zargenbereich
eintritt.
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Alternativ
oder ergänzend zu den vorangehenden Prozessschritten können
auch im Anschluss zum ersten und zweiten Schritt weitere Schritte
folgen, bei denen die Bewegungsrichtungen umgekehrt sind. Ausgehend
von dem erläuterten Ausführungsbeispiel, wobei
die Ziehmatrize im ersten Schritt nach unten und im zweiten Schritt
nach oben bewegt wurde, schließt sich bei einem weiteren
Verfahren ein dritter Schritt an, bei dem die Ziehmatrize 3 zunächst kraftgeregelt
nach oben in Verbindung mit dem weggeregelten Ziehkissen 4 bewegt
und anschließend in einem Schritt 4 die Ziehmatrize 3 sich
weggeregelt nach unten in Verbindung mit dem kraftgeregelten Ziehkissen 4 bewegt.
Bei dieser wechselseitigen Biegung und Rückbiegung wird
im Zargenbereich 6 eine entsprechende Kaltverfestigung
erreicht.
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In
bevorzugter Weise werden die genannten Schritte 1 bis 4 in schneller
Abfolge bis zu 16mal mit unterschiedlichen Maximalwegen ausgeführt,
wodurch im Bereich der Zarge durch die Biegung und Rückbiegung
die gewünschte Kaltverfestigung erzielt und für
den anschließenden Ziehprozess vorbereitet wird. Neben
der Kaltverfestigung im Stempelauslaufzargenbereich 7 ist
es weiterhin vorteilhaft, dass in dem Zargenbereich 6 und
in dem Stempelauslaufzargenbereich 7 durch den erläuterten
Prozess eine lokale Blechaufdickung erfolgt.
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Gemäß dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel bei der wiederholten Abfolge
der vorangehend erläuterten Schritte 1 bis 4, erfolgt jeweils
in den geraden Schritten beim Rückbiegen ein radiales Aufstauchen
des Werkstücks 5 im Zargenbereich 6,
dadurch dass die Kraft zwischen Ziehmatrize 3 und Ziehkissen 4 so
stark erhöht wird, dass das Werkstück 5 im
Flanschbereich festgeklemmt wird und keine Relativbewegung zu der
Ziehmatrize 3 und dem Ziehkissen 4 auftritt. Es
kann kein Material aus dem Zargenbereich 6 in den Flanschbereich 9 zurückfließen.
Durch die feste Einspannung zwischen Ziehmatrize 3 und
Ziehkissen 4 einerseits und dem Stempel 1 und
dem Gegenhalter 2 andererseits erfolgt ein definierter
Stauchprozess des Zargenbereichs 6, der bis zur Knickgrenze
und darüber hinaus vorgenommen werden kann. Mit dem Ausknicken
im Zargenbereich 6 können die sich frei einstellenden
Deformationen ebenfalls zur Kaltverfestigung genutzt werden, wenn
die nach dem gesamten Ziehvorgang vorliegenden Abzeichnungen akzeptabel
sind. Dieser Stauchprozess in den geraden Schritten wird beispielsweise
für 40% des Weges der geraden Schritte durchgeführt,
um irreversible Ausknickungen im Zargenbereich 6 zu vermeiden.
Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Aufstauchprozess
bis zu 16mal zu wiederholen.
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Bei
dem Verfahren gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiels
ist die Bewegung von Ziehstempel 3 und Ziehkissen 4 schnell
und genau aufeinander abgestimmt durchzuführen. Vorzugsweise erfolgt
dies auf mehrachsigen servorelektrischen Spindelpressen, deren Achsen
synchron zueinander gesteuert werden können. Zumindest
die Ziehkissenbewegung durch den Stößel einer
derartigen Presse und die Ziehkissenbewegung durch die Tischachsen, müssen
frei programmierbar sein. Die Kraft des Gegenhalters 2 kann
durch Vorspannsysteme erzeugt werden oder der Gegenhalter 2 wird
ebenfalls von einer regelbaren Achse gesteuert. Eine Kombination aus
Vorspannsystem, aus Federn und geregelter Achse ermöglich
eine einfachere Auslegung der entsprechenden Tiefziehpresse.
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Die
Dynamik der jeweiligen Schritte ist abhängig von der Ziehbewegung.
Vorzugsweise wird bei kleinen Ziehbewegungen unter 5 mm bis Frequenzen
von 20 Hz und bei größeren Ziehwegen bis 50 mm
bis 5 Hz gearbeitet.
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Nachfolgend
wird mit Bezug auf die 2 und 3 ein zweites
bevorzugte Ausführungsbeispiel erläutert. Gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel erfolgt die Herstellung der
Tiefziehteile im Wesentlichen nach den gleichen Verfahren wie in
dem ersten Ausführungsbeispiel. Mit Bezug auf das zweite
Ausführungsbeispiel werden im We sentlichen die Unterschiede
zum ersten Ausführungsbeispiel erläutert. Diese
Unterschiede liegen im Besonderen in der Gestaltung der verwendeten
Tiefziehpresse.
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Wie
in 2 gezeigt, kommt eine Tiefziehpresse mit einem
Ziehstempel 1, einem Gegenhalter 2, einer Ziehmatrize 3 und
einem Ziehkissen 4 zum Einsatz. In der Darstellung gemäß 2 sind
der Ziehstempel 1 und das Ziehkissen 4 ”oben” und
der Gegenhalter 2 mit der Ziehmatrize 3 ”unten” angeordnet.
Wie bereits mit Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel
erläutert, kann diese Anordnung auch in entgegengesetzten
Richtungen oder anderen Lagen erfolgen, wobei für das Verfahren
die Relativbewegung zwischen Ziehstempel und Gegenhalter auf der
einen Seite und Ziehmatrize und Ziehkissen auf der anderen Seite
von Bedeutung ist.
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Gemäß dem
zweiten Ausführungsbeispiel ist in dem Gegenhalter 2 ein
Einsatz 2.1 vorgesehen. Dieser Einsatz 2.1 ist
in Prozessrichtung bewegbar, so dass dieser in einer Position von
dem Gegenhalter vorstehen kann oder in einer weiteren Position bündig
mit der Endfläche des Gegenhalters 2 ist. Der Einsatz 2.1 im
Gegenhalter ist auf einen definierten Abschnitt an der Endfläche
des Gegenhalters begrenzt. An der Endfläche des Gegenhalters 2 können mehrere
der gezeigten Einsätze angeordnet werden, so dass diese
an begrenzten Bereichen von dem Gegenhalter 2 vorstehen
können.
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Wie
weiterhin in der 2 dargestellt, ist das Ziehkissen 4 mit
einem Einsatz 4.1 ausgebildet, der ebenfalls in einer Position
von der Endfläche des Ziehkissens vorsteht oder in einer
anderen Position bündig mit der Endfläche des
Ziehkissens ist. Dieser Einsatz 4.1 des Ziehkissens ist
ebenfalls in Prozessrichtung zwischen den genannten Positionen bewegbar.
Wie in der 2 dargestellt, sind die Einsätze 2.1 und 4.1 im
Wesentlichen auf einer gemeinsamen radialen Linien angeordnet und
in entsprechender Weise bei Verwendung mehrerer Einsätze
in Umfangsrichtung verteilt.
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Das
Herstellverfahren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
beginnt ähnlich wie das Herstellverfahren gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel nach dem Einlegen des Werkstücks
mit einem konventionellen Tiefziehschritt, bei dem eine Bewegung
der Ziehmatrize 3 in bevorzugter Weise nach 10% der Gesamtziehtiefe
angehalten wird. Diese Stoppposition kann sich jedoch auch an einem
davor oder deutlich dahinter liegenden Punkt auf dem Gesamtziehweg
befinden. Diese Position bildet die Ausgangslage für die
weiteren Verfahrensschritte. In dieser Ausgangslage werden der Gegenhalter 2 und
das Ziehkissen 4 von dem Werkstück 5 wegbewegt
und gleichzeitig mit der Bewegung des Gegenhalters 2 und
des Ziehkissens 4 werden die Einsätze 2.1 im Gegenhalter 2 und
die Einsätze 4.1 im Ziehkissen 4 auf
der jeweiligen Seite des Werkstücks 5 in Kontakt mit
diesem gebracht und mit einer vorgegebenen Gegenhalter- bzw. Ziehkissenkraft
beaufschlagt.
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Die
genannten Einsätze 2.1 und 4.1 befinden sich
am jeweiligen Rand des Ziehspaltes und sind versetzt oder gegenüberliegend
bezüglich des Spaltes angeordnet.
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In
einem zweiten Schritt wird die Werkzeuggruppe bestehend aus dem
Ziehkissen 4 mit dem vorstehenden Einsatz 4.1 des
Ziehkissens und der Ziehmatrize 3 weggesteuert nach unten
gefahren, wie dies in Schritt 2 der 3 dargestellt
ist. Hierbei erfährt das geklemmte Blech im Bereich der
Zarge zwischen den Einsätzen 2.1 und 4.1 eine
Stauchung. Es bilden sich lokale Falten und/oder Beulen aus. Eine örtliche
Kaltverfestigung des Werkstücks in dem Bereich wird mit
Fixierung der Falten bzw. Beulen erreicht.
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In
einem dritten Schritt wird die Ziehkissenkraft entfernt. Das Ziehkissen 4 zusammen
mit dem ausgefahrenen Einsatz 4.1 kann zusätzlich
zurückgesetzt werden, um die Kontaktfläche zwischen
dem Werkstück 5 und dem Einsatz 4.1 zu
verringern. Es erfolgt nun ein gemeinsames weggesteuertes Vorwärtsfahren
der Ziehmatrize 3 des Ziehkissens 4 und des Einsatzes
im Ziehkissen 4.1 in positiver Stößelvorschubrichtung.
Dieser Prozessschritt entspricht einem niederhalteriosen Tiefziehen.
Hierbei wird das Werkstück allseitig in den Flansch eingezogen.
Die dabei wirkenden Kräfte sind jedoch gering genug, um ein
vollständiges Glattziehen der Falten oder Beulen im Stauchbereich
des vorangehenden Schrittes 2 zu vermeiden.
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Der
vierte Schritt, wie er in 3 dargestellt ist,
besteht im erneuten Aufsetzen des Ziehkisseneinsatzes 4.1 auf
das Werkstück 5 sowie im Beaufschlagen des Einsatzes 4.1 des
Ziehkissens mit einer abfolgespezifischen Kissenkraft.
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Die
genannten Schritte 2 bis 4 werden wiederholt, bis eine ausreichende
Ziehreserve 5.1 des Werkstücks im gestauchten
Bereich vorhanden ist, wie dies in den 2 und 3 dargestellt
ist.
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In
dem nachfolgenden Schritt werden die Einsätze 2.1 und 4.1 eingefahren
und der Gegenhalter 2 und das Ziehkissen 4 auf
das Werkstück aufgesetzt und die entsprechenden Gegenhalter-
und Kissenkräfte aufgebracht. Entsprechend einem im Wesentlichen
konventionellen Tiefziehen mit Niederhalter wird abschließend
die Ziehmatrize 3 entgegen der wirkenden Kissenkraft durch
das Ziehkissen 4 weggeregelt verfahren. In Folge des allseitig
aufliegenden Ziehkissens 4 wird die Ziehreserve 5.1 bei
diesem Vorgang nicht sofort aufgebraucht. Erst nachdem das umliegende
nicht gestauchte Blechmaterial 5.2. eine ausreichende Verformung
mit Dickenreduzierung erfahren hat, werden Spannungen in das Gebiet 5.1 eingeleitet,
die zum teilweisen oder vollständigen Glattziehen der Falten
bzw. Beulen führen.
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Eine
Wiederholung der Schritte 2 bis 5 nach dem letzten Tiefziehvorgang
mit Falten bzw. Beulenreservierung ermöglicht den Aufbau
weiterer Materialreserven entsprechend einer komplexen Stempelstruktur
wie z. B. eines Stempels mit Absatz.
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Alternativ
zu dem gezeigten Ausführungsbeispiel kann eine entsprechende
Vorrichtung auch ohne Einsatz 2.1 in dem Gegenhalter 2 ausgebildet werden.
In diesem Fall entfällt das Zurückfahren des Gegenhalters 2 gemäß Schritt
2 in 3 und das Werkstück wird während
des gesamten Prozesses zwischen dem Ziehstempel 1 und dem
Gegenhalter 2 gehalten.
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Gemäß der
bevorzugten ersten und zweiten Ausführungsbeispiele und
deren Varianten werden Tiefziehteile hergestellt, wobei am Beginn
des Ziehvorgangs das Werkstück bzw. das Blech einerseits im
Bodenbereich zwischen Gegenhalter, Stirn- und Ziehstempelstirn geklemmt
und andererseits im Flanschbereich zwischen Ziehmatrize und Ziehkissen
geklemmt wird. Dabei sind zumindest die Werkzeugteile – Ziehmatrize
und Ziehkissen – einzeln steuerbar. Zu Beginn des Tiefziehens
liegen der Flansch und der Bodenbereich des Ziehteils auf gleicher
Ebene. Die Blechmitte wird dabei in dem beschriebenen Verfahren
als Nullpunkt bzw. Ausgangspunkt definiert. Bezüglich dieses
Nullpunkts ist eine positive bzw. eine negative Bewegungsamplitude
mit Bezug auf die Bewegung in Ziehrichtung bzw. entgegengesetzt
definiert.
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Durch
die zyklische Bewegung von Ziehmatrize und Ziehkissen mit Richtungsumkehr
wird in dem freien Werkstoffbereich d. h. dem Zargenbereich mit
Stempelradiusauslauf eine jeweils entgegengesetzte Biegung realisiert
und dadurch eine lokale Kaltver festigung erzielt. Bei kleinen Flächenpressungen
im Flanschbereich kann Material aus dem Zargenbereich in den Flansch
zwischen Ziehmatrize und Ziehkissen zurückfließen.
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Bei
der praktischen Anwendung des Verfahrens können folgende
Prozessparameter verwendet werden:
- – Amplitude:
0,5 bis 20mal der Dicke des Werkstücks, wobei die Amplitude über
die Anzahl der Wiederholungen charakteristisch ab- oder zunehmend
verändert werden kann;
- – Startlage für positive und negative Bewegungsamplitude
befinden sich in Nullpunktnähe;
- – Entgegengesetzte Biegung mit oder ohne Nullpunktdurchgang;
- – Frequenz bis 20 Hz
- – Anzahl der Umkehrbewegungen bis 16mal, bei höheren
Frequenzen können auch mehr Umkehrbewegungen durchgeführt
werden.
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Bei
dem Verfahren kann ein lokales Aufdicken des Bleches oder eine gezielte
Materialanhäufung in der Zarge erfolgen. Dabei werden die
Flächenpressungen im Flansch zwischen Ziehmatrize und Ziehkissen
stark variiert. Beim Verlassen der Startlage, die eine deutliche
Entfernung zum Nullpunkt aufweisen kann, wirkt eine niedrige Flächenpressung
und Material kann aus dem Flansch in die Zarge fließen.
Nach Richtungsumkehr erfolgt die Bewegung der Ziehwerkzeuge in Richtung
zum Nullpunkt, wobei die Flächenpressungen stark erhöht werden.
Dadurch kann kein Material mehr in den Flanschbereich zurückfließen
und es ergibt sich abhängige von den geometrischen Verhältnissen
die gewünschte lokale Blechaufdickung oder eine gezielte
Materialanhäufung im Flansch in Form von Falten.
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Die
Ausführungsbeispiele offenbaren ein Verfahren zur Herstellung
von Tiefziehteilen aus einem plattenförmigen, verformbaren
Werkstück 5 , wobei in einem ersten Schritt eine
Tiefziehbewegung in eine erste Richtung zum Ziehen eines Zargenbereichs 6 des
Werkstücks erfolgt und in einem zweiten Schritt eine Rückbiegebewegung
zur Rückbiegung zumindest eines Abschnitts des Zargenbereichs 6 in eine
zweite Rich tung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, erfolgt.
In dem ersten Schritt wird das Werkstück 5 in
einem Flanschbereich 9 gehalten und Material des Werkstücks 5 fließt
aus dem Flanschbereich 9 in den Zargenbereich 6 nach.
In dem zweiten Schritt ist der Flanschbereich 9 festgeklemmt
und ein Rückfließen von Material des Werkstücks 5 aus
dem Zargenbereich 6 in den Flanschbereich 9 wird
verhindert.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel erfolgt die Tiefziehbewegung in die
erste Richtung bis zu einem vorgegeben ersten Weg SM und die Rückbiegebewegung
in die zweite Richtung bis zu einem vorgegeben zweiten Weg SK. Der
erste Weg SM der Tiefziehbewegung in die erste Richtung weist den
gleichen Betrag auf, wie der zweite Weg SK der Rückbiegebewegung
in die zweite Richtung.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel ist der zweite Weg SK der
Rückbiegebewegung in die zweite Richtung 40% des Betrages
des ersten Weges SM der Tiefziehbewegung in die erste Richtung.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel erfolgt die Rückbiegung im
gesamten Zargenbereich 6.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel ist die Rückbiegung
auf einen oder mehrere Abschnitte des Zargenbereichs 6 begrenzt.
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Gemäß der
Ausführungsbeispiele wird der erste und zweite Schritt
wiederholt für das Werkstück 5 ausgeführt.
Die Wiederholung des ersten und zweiten Schritts erfolgt mit jeweils
entgegengesetzten Bewegungsrichtungen. Eine Wiederholfrequenz für
den ersten und zweiten Schritt wird in Abhängigkeit eines Ziehweges
bestimmt. Die Wiederholfrequenz ist bei einem Ziehweg von weniger
als 5 mm 20 Hz und bei einem Ziehweg von weniger als 50 mm 5 Hz.
Der erste und zweite Schritt wird bis zu 16mal wiederholt.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel erfolgt die Wiederholung des ersten
und zweiten Schritts mit unterschiedlichen Maximalwegen der Tiefziehbewegung
in die erste Richtung und Rückbiegebewegung in die zweite
Richtung.
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Gemäß der
Ausführungsbeispiele erfolgt nach dem ersten und zweiten
Schritt oder der Wiederholung des ersten und zweiten Schritts eine
abschließende Tiefziehbearbeitung mit der Ausbildung einer
Zarge.
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Die
Ausführungsbeispiele offenbaren weiterhin ein Verfahren
zur Steuerung einer Tiefziehvorrichtung mit einem Ziehstempel 1 und
einem Gegenhalter 2 , der dem Ziehstempel 1 gegenüberliegend angeordnet
ist und mit einer Ziehmatrize 3 und einem Ziehkissen 4,
das der Ziehmatrize 3 gegenüberliegend angeordnet
ist, wobei ein plattenförmiges, verformbares Werkstück 5 zwischen
dem Ziehstempel 1 und dem Gegenhalter 2 und zwischen
der Ziehmatrize 3 und dem Ziehkissen 4 gehalten
wird und in einem ersten Schritt die Ziehmatrize 3 zusammen
mit dem Ziehkissen 4 eine Tiefziehbewegung in eine erste
Richtung relativ auf den Ziehstempel 1 zu zum Ziehen eines
Zargenbereichs 6 des Werkstücks 5 ausführt
und in einem zweiten Schritt das Ziehkissen 4 zusammen
mit dem Ziehstempel 3 eine Rückbiegebewegung zur
Rückbiegung zumindest eines Abschnitts des Zargenbereichs
in eine zweite Richtung relativ auf den Gegenhalter 2 zu
ausführt.
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In
dem Verfahren wird in dem ersten Schritt die Ziehmatrize 3 relativ
in die erste Richtung bis zu einem vorgegebenen ersten Weg SM bewegt
und das Ziehkissen 4 mit einer ersten Kraft FK gegen das Werkstück 5 gedrückt
und in dem zweiten Schritt wird das Ziehkissen 4 relativ
in die zweite Richtung bis zu einem vorgegebenen zweiten Weg SK
bewegt und die Ziehmatrize 3 mit einer vorgegebenen zweiten Kraft
FM gegen das Werkstück 5 gedrückt. Der
erste Weg SM der Tiefziehbewegung in die erste Richtung weist den
gleichen Betrag auf, wie der zweite Weg SK der Rückbiegebewegung
in die zweite Richtung.
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Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel ist der zweite Weg SK Rückbiegebewegung
in die zweite Richtung 40% des Betrages des ersten Weges SM der
Tiefziehbewegung in die erste Richtung.
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Bei
dem Verfahren zur Steuerung einer Tiefziehvorrichtung wird der erste
und zweite Schritt wiederholt für das Werkstück 5 ausgeführt.
Die Wiederholung des ersten und zweiten Schritts erfolgt mit jeweils
entgegengesetzten Bewegungsrichtungen.
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Bei
dem Verfahren zur Steuerung einer Tiefziehvorrichtung wird eine
Wiederholfrequenz für den ersten und zweiten Schritt in
Abhängigkeit eines Ziehweges bestimmt.
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Die
Wiederholfrequenz in der Tiefziehvorrichtung ist bei einem Ziehweg
von weniger als 5 mm 20 Hz und bei einem Ziehweg von weniger als
50 mm 5 Hz. Der erste und zweite Schritt wird in der Tiefziehvorrichtung
bis zu 16mal wiederholt.
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In
einem Ausführungsbeispiel erfolgt die Wiederholung des
ersten und zweiten Schritts mit unterschiedlichen Maximalwegen der
Tiefziehbewegung in der Tiefziehvorrichtung in die erste Richtung und
Rückbiegebewegung in der Tiefziehvorrichtung in die zweite
Richtung. In der Tiefziehvorrichtung erfolgt nach dem ersten und
zweiten Schritt oder der Wiederholung des ersten und zweiten Schritts
eine abschließende Tiefziehbearbeitung mit der Ausbildung
einer Zarge.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel weist der Gegenhalter 2 und/oder
das Ziehkissen 4 der Tiefziehvorrichtung jeweils einen
oder mehrere Einsätze 2.1, 4.1 aufweist,
wobei diese Einsätze 2.1, 4.1 das Werkstück 5 während
des ersten und zweiten Schritts an begrenzten Halteabschnitten halten,
und die Rückbiegung auf Abschnitte des Zargenbereichs 6 benachbart
zu den Halteabschnitten des Werkstücks 5 begrenzt
ist.
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Gemäß der
Ausführungsbeispiel ist der Ziehstempel 1 feststehend,
und der Gegenhalter 2 ist mit einer Gegenhalterkraft FGH
gegen den Ziehstempel 1 bewegbar und Ziehmatrize 3 und
das Ziehkissen 4 werden in die erste und zweite Richtung
abwechselnd weg- oder kraftgeregelt bewegt.
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Die
Ausführungsbeispiele offenbaren weiterhin ein Tiefziehvorrichtung
zur Herstellung von Tiefziehteilen aus einem plattenförmigen,
verformbaren Werkstück, insbesondere zur Durchführung
eines der offenbarten Verfahren, mit einem Tiefziehstempel 1 und
einem Gegenhalter 2 , der dem Tiefziehstempel gegenüber
liegend angeordnet ist und mit einer Ziehmatrize 3 und
einem Ziehkissen 4 , das der Ziehmatrize 3 gegenüberliegend
angeordnet ist, wobei die Ziehmatrize 3 zusammen mit dem
Ziehkissen 4 relativ zu dem Ziehstempel 1 und
dem Gegenhalter 2 abwechselnd weg- oder kraftgeregelt bewegbar
ist.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel Tiefziehvorrichtung weist der Gegenhalter 2 und/oder
das Ziehkissen 4 der Tiefziehvorrichtung ein oder mehrere
Einsätze 2.1, 4.1 auf, die in Richtung
der Relativbewegung zwischen Ziehstempel 1 mit Gegenhalter 2 und
der Ziehmatrize 3 mit Ziehkissen 4 weiterhin relativ
zu dem Gegenhalter 2 und dem Ziehkissen 4 bewegbar
sind.
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Bei
den gezeigten Ausführungsbeispielen wird des Werkstück
durch die einmalige Tiefziehbewegung mit anschließender
Rückbiegung bzw. durch die Widerholung der genannten Schritte
für eine abschließende Tiefziehbearbeitung vorbereitet.
Diese abschließende Tiefziehbearbeitung kann in der selben
Vorrichtung direkt im Anschluss an diese Vorbereitung erfolgen.
Alternativ kann eine abschließende Tiefziehbearbeitung
in einer anderen Vorrichtung in einem getrennten Fertigungsprozess
durchgeführt werden. Weiterhin kann die genannte Vorbereitung des
Werkstücks auch für andere Fertigungsverfahren aus
dem Tiefziehen erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 438774 [0005]
- - DE 3744177 [0005]
- - DD 289723 [0005]
- - DE 102006043643 [0005]