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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Durchzügen mit
nach innen gerichteten Kragen in Schenkeln von im Querschnitt U-förmig konfigurierten
Blechblechbauteilen.
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Die
DE 10 2006 028 713
B3 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines im Querschnitt
U-förmigen
Lenkers aus Blech für
eine PKW-Mehrlenkerachse. Dabei wird ein schlanker Lenker mit großflächigen Lagertragflächen ausschließlich durch
Umformen geschaffen. Zuerst wird das Blechteil mit seinen späteren Schenkeln
im Blechband frei geschnitten, danach wird der Rücken mit U-förmigem Querschnitt geformt,
wobei die Schenkel in der Blechebene verbleiben. Es erfolgt ein
Umbiegen des ersten Schenkels um 90° und die Lochung des ersten
Schenkels mit anschließendem
Umbiegen der Ränder
der Löcher.
Der zweite Schenkel wird ebenfalls um 90° umgebogen, so dass er parallel
zum ersten Schenkel liegt. Danach erfolgt die Lochung des zweiten
Schenkels und das Umbiegen der Ränder
der Löcher über die
Löcher
im ersten Schenkel.
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Aus
der
EP 2 000 335 A2 ist
ein Verfahren zur Herstellung einer Achskomponente bekannt, bestehend
aus einem Längsprofil
aus Metallblech, welches an seinen beiden Enden jeweils eine Lageraufnahme
aufweist. Das Längsprofil
ist eine einstückige, U-förmig konfigurierte
Press-Schale, mit einer von den Lageraufnahmen durchsetzten ersten
Wandseite und einer der ersten Wandseite gegenüberliegenden, von Lageraufnahmen
durchsetzten zweiten Wandseite. Bei dem Verfahren zur Herstellung
einer solchen Achskomponente wird das Metallblech zunächst zugeschnitten
und zur Ausbildung einer ersten Wandseite um 90° gegenüber einem zuvor ausgebildeten
Randsteg abgewinkelt. Die erste Wandseite wird im Bereich der späteren Lageraufnahme gelocht.
Anschließend
werden die Durchzüge
an den Lochungen ausgebildet. Hierauf folgt ein Abwinkeln der zweiten
Wandseite um 90° gegenüber dem Randsteg,
so dass sich die Wandseiten unmittelbar gegenüberliegen. Anschließend wird
die zweite Wandseite im Bereich der späteren Lageraufnahmen gelocht
und mit einem Durchzug versehen. In diese Löcher wird später ein
Gummi-Metall-Lager eingesetzt. Bei dieser Fertigungsreihenfolge
wird der erste Durchzug hergestellt, bevor die zweite Wandseite
um 90° abgewinkelt
wird und der ersten Wandseite gegenüberliegt. Herstellungsbedingt
weisen die Durchzüge
bzw. die Kragen nach außen,
d. h. voneinander weg. Wenn sich die Wandseiten jedoch schon vor dem
Herstellen der Durchzüge
gegenüberliegen
und insbesondere, wenn die Durchzüge bzw. die Kragen der Durchzüge nach
innen, d. h. auf die jeweils gegenüberliegende Wandseite, weisen
sollten, ist der Bauraum für
die hierzu notwendigen Werkzeuge durch den Abstand der Wandseiten
stark reduziert. Das Herstellen von Durchzügen mit nach innen gerichteten
Kragen, so genannten Innendurchzügen,
ist daher nur mit Sondermaschinen möglich. Hierbei ist zu berücksichtigen,
dass die in Rede stehenden Blechbauteile, insbesondere Lenker von
PKW-Mehrlenkerachsen, in Massenproduktionsverfahren hergestellt
werden. Ab einer gewissen Mindeststückzahl ist eine kostengünstige und
schnelle Teileherstellung für
den wirtschaftlichen Erfolg wesentlich. Daher kommen insbesondere
Folgeverbund- und Transferwerkzeuge zum Einsatz.
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In
einem Folgeverbundwerkzeug wird eine Blechplatine so lange um die
jeweilige Vorschublänge
taktweise vorgeschoben, bis eine Reihe von aufeinander folgenden
Werkzeugstationen durchlaufen worden ist. Dies geschieht üblicherweise
in einer einzigen Umformpresse mit einem hinreichend großen Werkzeugtisch.
Am Ende des Umformvorgangs wird das Werkstück von den so genannten Trägerstreifen abgetrennt
und vereinzelt.
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Bei
Transferwerkzeugen werden zuerst einzelne Blechplatinen in einer
Trennstation abgetrennt. Die aus der Blechplatine hergestellten
Einzelteile werden mittels geeigneter Greifer oder mit einer mit der
Presse gekoppelten Transfereinrichtung von Arbeitsschritt zu Arbeitsschritt
bzw. von Werkzeugsatz zu Werkzeugsatz transportiert. In Staaten
mit niedrigem Lohnniveau kommen auch Handeinlegewerkzeugsätze zum
Einsatz, bei welchen das Werkstück per
Hand von Werkzeugsatz zu Werkzeugsatz verlagert wird.
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Unabhängig davon,
ob Transferwerkzeuge oder Folgeverbundwerkzeuge zum Einsatz kommen, ist
das Herstellen von Durchzügen
von im Querschnitt U-förmig
konfigurierten Blechbauteilen sehr problematisch, so dass die Herstellung
der Durchzüge üblicherweise
in einem separaten Fertigungsschritt auf einer Sonderwerkzeugmaschine
erfolgt. Dies bedingt höhere
Produktionskosten.
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Hiervon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die Möglichkeit
einer prozesssicheren Herstellung von Durchzügen aufzuzeigen, die sowohl
mittels eines Transferwerkzeugsatzes als auch mittels eines Folgeverbundwerkzeugsatzes oder
alternativ auch mittels eines Handeinlegewerkzeugsatzes kostengünstig möglich ist.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird zunächst
ein mit Löchern
versehenes, U-förmig
konfiguriertes Blechbauteil bereitgestellt, dessen gegenüberliegende und über einen Steg miteinander
verbundene Wandabschnitte als Schenkel bezeichnet werden und mit
Durchzügen
versehen werden sollen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einer Umformpresse
zunächst
das mit Löchern
versehene und zur U-Form abgekantete Blechbauteil bereitgestellt,
das insbesondere in einem Transferwerkzeugsatz oder auch Folgeverbundwerkzeugsatz
relativ zu einem ersten Innenkern positioniert wird, der im Bereich
der Löcher
zwischen den gegenüberliegenden Schenkeln
angeordnet wird. Im nächsten
Fertigungsschritt wird ein Abstützstempel
durch das erste Loch in das Blechbauteil eingeführt, um die Rückseite
des Innenkerns abzustützen.
Der Innenkern wird zuvor bzw. parallel verfahren. Anschließend wird
ein erster Durchstellstempel durch das dem ersten Loch gegenüberliegende
Loch unter Ausbildung des ersten Kragens in den von den Schenkeln
begrenzten Innenraum eingeführt,
so dass der Kragen nach innen, d. h. in Richtung des ersten Lochs,
ausgestellt wird.
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Während der
Durchstellstempel das formgebende Innenwerkzeug für den Kragen
ist, dient der erste Innenkern als formgebendes Außenwerkzeug um
insbesondere den zylindrischen Bereich des Kragens exakt ausbilden
zu können.
Der erste Innenkern muss aber auch die Innenseite des Schenkels
gegen die von dem ersten Durchstellstempel aufgebrachte Kraft abstützen. Dadurch
wird ein Kragen geschaffen, der mit entsprechend kleinem Biegeradius
in den Schenkel mündet.
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Nach
dem Herstellen des ersten Kragens werden der erste Durchstellstempel
und der Abstützstempel
zurückgefahren.
Natürlich
muss auch der erste Innenkern von dem im ersten Innenkern ausgebildeten
Kragen zurückgefahren
werden.
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Anschließend wird
das Blechbauteil in einen weiteren Werkzeugsatz eingelegt, so dass
anstelle des ersten Innenkerns ein zweiter Innenkern angeordnet
wird. Dieser zweite Innenkern ist bezüglich seines formgebenden Bereichs
nunmehr dem ersten Loch zugewandt, durch das zuvor noch der Abstützstempel
geführt
wurde. Auch dieser zweite Innenkern soll abgestützt werden, allerdings nunmehr
von der anderen Seite her und zwar mittels eines Zentrierstempels,
welcher zugleich das Blechbauteil zentriert. Hierzu ist der Außendurchmesser
des Zentrierstempels an den Innendurchmesser des zuvor ausgebildeten
Kragens angepasst.
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In
gleicher Weise, wie bei der Ausbildung des ersten Kragens fährt nunmehr
ein zweiter Durchstellstempel in das Blechbauteil ein und bildet
am ersten Loch den in den Innenraum weisenden zweiten Kragen aus,
wobei wiederum der zweite Innenkern das formgebende Außenwerkzeug
für den
zweiten Kragen und der zweite Durchstellstempel das formgebende
Innenwerkzeug für
den zweiten Kragen ist. Abschließend werden die zuvor verlagerten Werkzeugbestandteile,
d. h. der Durchstellstempel, der Zentrierstempel und der Innenkern
in ihrer Ausgangsposition zurückgefahren,
so dass das mit Durchzügen
versehene Blechbauteil aus der zweiten Werkzeugstufe entnommen und
der weiteren Verarbeitung zugeführt
werden kann.
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Auch
wenn die erfindungsgemäßen Schritte zur
Herstellung der Durchzüge
theoretisch auf separaten Umformmaschinen durchgeführt werden
können,
wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn die Werkzeugsätze, in
denen die sich jeweils gegenüberliegenden
Kragen an den Löchern
hergestellt werden, entweder zu einem Transferwerkzeugsatz mit automatischem
oder manuellem Transfer oder zu einem Folgeverbundwerkzeugsatz einer
einzigen Umformpresse gehören.
Auf diese Weise ist eine deutlich rationellere Fertigung der Blechbauteile möglich, als
dies beim Einsatz mehrerer Umformpressen der Fall wäre.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist es selbstverständlich
möglich,
mehrere Kragen gleichzeitig herzustellen. Insbesondere ist es möglich, dass das
Blechbauteil in der Umformpresse zunächst zu der U-Form umgeformt
und auch gelocht wird, in welcher anschließend auch die Durchzüge gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens
hergestellt werden. Das Besondere ist jedoch, dass die im Querschnitt U-förmig konfigurierten Blechbauteile
mit in Hubrichtung der Umformpresse gerichteten Schenkeln auf den
jeweiligen Innenkern gesetzt werden. Mit anderen Worten weist der
Innenkern ebenfalls in Hubrichtung. Das bedeutet, dass die Durchstellstempel
bzw. Abstütz-
und Zentrierstempel quer zum Innenkern bzw. zur Hubrichtung der
Umformpresse verlagert werden. Aber auch der Innenkern selbst ist
unter Berücksichtigung
von Toleranzen und Sicherheitsangaben zumindest entsprechend der
Höhe des
ausgebildeten Kragens quer zur Hubrichtung verlagerbar. Diese Verlagerung
ist mechanisch über
Keilschieber realisierbar, die beim Schließen des Umformwerkzeugs durch
die Schließkraft
verlagert werden. Die entsprechenden Keilmechanismen sind hierbei
so konfiguriert, dass sowohl der Innenkern, als auch der Abstützstempel
bzw. der Zentrierstempel in der Abstützposition bzw. der Umformposition
verriegelt sind. Die Verriegelungsposition ist dann erreicht, wenn
der Innenkern bzw. der Abstütz-
und Zentrierstempel ihre Endlage erreicht haben und nicht weiter verlagerbar
sind. Mit anderen Worten erfolgt in dieser Position keine Abstützung mehr
an einer schrägstehenden
Keilfläche,
sondern an einer Fläche
die senkrecht zur Hubrichtung steht. Auf diese Weise ist auch eine
Verlagerung des Durchstellstempels realisierbar. Sämtliche
verlagerbaren Komponenten dieser Werkzeugstufen können durch
Keilmechanismen verlagert werden. Denkbar ist auch, dass anstelle
einer auf Keilmechanismen basierenden Verlagerungs- und Verriegelungsmechanik
eine hydraulische Verlagerung erfolgt.
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Anzumerken
ist, dass die Wege, um welche der Innenkern und der zugehörige Abstütz- bzw.
Zentrierstempel verlagert werden, unterschiedlich groß sind.
Während
der Innenkern so weit in horizontaler Richtung verlagert werden
muss, dass in einer Aussparung des Innenkerns ein Kragen ausgebildet
werden kann, von dem der Innenkern anschließend wieder abgezogen wird,
muss der Abstützstempel
erst von dem dem Kragen gegenüberliegenden
Schenkel in den Innenraum des Blechbauteils eingeführt werden,
so dass der Hubweg des Abstützstempels
bzw. des Zentrierstempels größer ist
als der des Innenkerns.
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Bei
dem erfindungsgemäß hergestellten Blechbauteil
handelt es sich vorzugsweise um einen Lenker einer PKW-Mehrlenkerachse.
Die fluchtenden Durchzüge
dienen vorzugsweise als Lageraufnahme, in welche in einem nachfolgenden
Fertigungsschritt Gummi-Metall-Lager eingesetzt werden. Als Werkstoff
für derartige
Achskomponenten kommt vorzugsweise ein höherfester Stahl, insbesondere ein
Ferrit-Bainit-Dualphasenstahl, zum Einsatz, welcher sich im Umformprozess
stark kaltverfestigend verhält.
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Die
Kragen besitzen vorzugsweise eine im Wesentlichen rechtwinklige
Orientierung gegenüber den
Schenkeln.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand des in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Prinzipdarstellung des ersten Arbeitsgangs zur Herstellung eines
nach innen gerichteten Kragens an dem in der Bildebene linken Schenkel
des Blechbauteils und
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2 den
zweiten Arbeitsgang zur Herstellung des gegenüberliegenden Kragens in einem zweiten
Werkzeugsatz.
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1 zeigt
ein im Querschnitt U-förmig
konfiguriertes Blechbauteil 1 mit zwei gegenüberliegenden
Schenkeln 2, 3, die über einen gemeinsamen Steg 4 miteinander
verbunden sind. Die Schenkel 2, 3 verlaufen parallel
zueinander und gehören
zum Lenker einer PKW-Mehrlenkerachse. An den Enden dieses Lenkers
sollen Lageraufnahmen mit nach innen gerichteten Durchzügen ausgebildet
werden, um Gummi-Metall-Lager einzusetzen. Zu diesem Zweck ist das
vorgeformte und gelochte Blechbauteil 1 in die dargestellte
Werkzeugstufe eingelegt, die Bestandteil eines Transferwerkzeugsatzes
oder Folgeverbundwerkzeugsatzes sein kann. Es ist auch denkbar, dass
die Werkzeugstufe Bestandteil eines Handeinlegewerkzeugsatzes ist.
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Es
ist zu erkennen, dass zur Ausbildung eines nach innen gerichteten
ersten Kragens 6 an dem vorgelochten Schenkel 3 zum
Blechbauteil 1 relativ verlagerbare Werkzeuge vorgesehen
sind. Zu diesen Werkzeugen zählt
ein erster Innenkern 5, der sich in Hochrichtung der Bildebene
und im Wesentlichen parallel zu den Schenkeln 2, 3 erstreckt.
Diese Z-Richtung entspricht somit der Hubrichtung einer Umformpresse.
Die X- und Y-Richtungen spannen eine Bearbeitungsebene, insbesondere
die Ebene des Tisches einer Umformpresse, auf, in welcher mehrere
Transferwerkzeugsätze
bzw. Folgeverbundwerkzeugsätze angeordnet
sind.
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Bei
dem dargestellten Werkzeugsatz wird das Blechbauteil 1 in-Z-Richtung,
d. h. gewissermaßen
von oben, auf den Innenkern 5 gesetzt. Anschließend wird
der Innenkern 5 in Richtung des Pfeils P1 auf den in der
Bildebene linken Schenkel 3 verlagert, an welchem der nach
innen gerichtete erste Kragen 6 ausgebildet werden soll.
Der Innenkern 5 wird durch einen nicht näher dargestellten
Keilmechanismus von einer Ausgangsposition, die sich im Abstand von
dem linken Schenkel 3 befindet, in die dargestellte Umformposition
verlagert, in welcher der Innenkern 5 an der Innenseite
des Schenkels 3 anliegt. Diese Umformposition des Innenkerns 5 wird
verriegelt. Zusätzlich
erfolgt eine Abstützung
des Innenkerns 5, indem ein Abstützstempel 7 durch
ein erstes Loch 8 im Schenkel 2 gegen die Rückseite 9 des
Innenkerns 5 verfahren wird. In der dargestellten Position
befindet sich der Abstützstempel 7 bereits
in der Abstützposition.
In der Ausgangsposition befindet sich das abstützseitige Ende des Abstützstempels 7 außerhalb
des Blechbauteils 1, damit dieses überhaupt in die Werkzeugstufe
eingesetzt werden kann. Der Pfeil P2 verdeutlicht die Bewegungsrichtung
des Abstützstempels 7 zur
Vorbereitung des Durchstellvorgangs. Nachdem der Innenkern 5 und
der Abstützstempel 7 in
ihrer Umform- bzw. Abstützposition verriegelt
worden sind, verfährt
ein erster Durchstellstempel 10 in Richtung des Pfeils
P3 und formt den Kragen 6 an dem ursprünglichen Loch im Schenkel 3 aus.
Der erste Durchstellstempel 10 drückt hierbei von außen gegen
den Schenkel 3 und dient als formgebendes Innenwerkzeug
für den
ersten Kragen 6. Gleichzeitig wird der Kragen 6 außenseitig
durch den Innenkern 5 geformt. Hierzu ist im Innenkern 5 eine Ausnehmung 11 in
Form einer kreisrunden Tasche vorgesehen, in welche der Durchstellstempel 10 eindringt.
Zwischen der Außenseite
des Durchstellstempels 10 und der radial nach innen gerichteten
Innenseite der Ausnehmung 11 befindet sich ein Ringraum, in
welchem der Kragen 6 ausgeformt wird.
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Nach
Fertigung des ersten Kragens 6 wird der Durchstellstempel 10 entgegen
der Pfeilrichtung P3 zurückgefahren.
Anschließend
wird auch der Abstützstempel 7 entgegen
der Pfeilrichtung P2 aus dem Blechbauteil 1 herausgefahren.
Schließlich
wird entgegen der Pfeilrichtung P1 auch der Innenkern 5 in
seine Ausgangsposition verfahren, so dass das umgeformte Blechbauteil 1 in
+Z-Richtung aus dem ersten Werkzeugsatz entnommen werden kann und zur
weiteren Bearbeitung in den in 2 dargestellten
zweiten Werkzeugsatz eingelegt werden kann, in welchem der zweite
Durchzug ausgebildet wird. Die Verlagerung des Abstützstempels 7 und
des Innenkerns 5 kann auch zeitlich parallel erfolgen,
allerdings mit unterschiedlichen Hublängen.
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In
gleicher Fertigungsreihenfolge wie zuvor wird das Blechbauteil 1 in –Z-Richtung
auf einen zweiten Innenkern 15 gesetzt, dessen formgebenden Bereiche
nunmehr dem anderen Schenkel 2 zugewandt sind. Die Abstützung des
Innenkerns 15 erfolgt in diesem Fall durch einen Zentrierstempel 17,
der in Richtung des Pfeils P5, d. h. ebenfalls in +X-Richtung, verlagert
wird. Im Unterschied zum Abstützstempel 7 in 1 ist
der Durchmesser des Zentrierstempels 17 an den Innendurchmesser
des Kragens 6 im ersten Schenkel 3 angepasst,
so dass das Blechbauteil 1 für die weitere Bearbeitung gegenüber dem
Zentrierstempel 17 ausgerichtet, d. h. zentriert, ist.
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Nachdem
der Innenkern 15 und der Zentrierstempel 17 vorzugsweise
durch Keilmechanismen in ihrer Abstütz- bzw. dargestellten Umformposition
verriegelt sind, erfolgt das Herstellen des zweiten Kragens 16 im
zweiten Schenkel 2. Hierzu wird ein zweiter Durchstellstempel 20 in
Richtung des Pfeils P6, d. h. in –X-Richtung, verlagert. Die
hierbei aufgebrachten Umformkräfte
werden von dem zweiten Innenkern 15 auf den Zentrierstempel 17 übertragen,
welcher an einer Rückseite 19 des
Innenkerns anliegt.
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Im
Unterschied zur ersten Werkzeugstufe (1) ist zu
erkennen, dass die Rückseite 19 im
Bereich des Kragens 6 etwas in Richtung des Durchstellstempels 20 zurückversetzt
ist. Es befindet sich dadurch eine Tasche 18 auf der Rückseite
des Innenkerns 15. Diese Tasche 18 ist in +Z-Richtung
offen. Der Grund für
diese Tasche 18 ist, dass der Innenkern 15 nach
Abschluss dieses Herstellungsschrittes wieder aus dem umgeformten
Blechbauteil 1 herausverlagert werden muss. Um beim Zurückfahren
des Innenkerns 15 vom Kragen 16 in –X-Richtung
nicht mit dem zuerst ausgebildeten Kragen 6 zu kollidieren,
ist die Tasche 18 mit einer entsprechenden Tiefe des Kragens 6 vorgesehen.
Auf der der Tasche 18 gegenüberliegenden Seite des Innenkerns 15,
also auf der formgebenden Seite, ist eine Ausnehmung 21 zur
Aufnahme des Kragens 16 bzw. des Durchstellstempels 20 vorgesehen.
Daher ist die Wanddicke des Innenkerns 15 zwar relativ
gering, allerdings erfolgt eine massive Unterstützung durch den rückwärtig angeordneten
Zentrierstempel 17, der die vom Durchstellstempel 20 aufgebrachten
Umformkräfte aufnimmt.
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Nach
Abschluss des zweiten Arbeitsgangs wird zunächst der Durchstellstempel 20 in
+X-Richtung aus dem fertig geformten Blechbauteil 1 herausgefahren.
Anschließend
werden der Innenkern 15 und der Zentrierstempel 17 in –X-Richtung
verlagert, so dass das fertige Blechbauteil 1 nach oben
aus der Werkzeugstufe entnommen werden kann. Anschließend können in
die Durchzüge
Gummi-Metall-Lager eingesetzt werden.
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Mit
der erfindungsgemäßen Lösung ist
es möglich,
in zwei Arbeitsgängen
Durchzüge
einzubringen, und zwar indem zunächst
eine erste Seite des gelochten Bauteils nach innen durchgestellt
wird. Anschließend
wird die erste Seite aufgenommen und zentriert, um dann die zweite
Seite des gelochten Bauteils nach innen durchzustellen. Mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren
ist eine prozesssichere und rasche Herstellung von Durchzügen mittels Transfer-
oder Folgeverbundwerkzeugsätzen
oder auch mittels Handeinlegewerkzeugsätzen möglich. Auf diese Weise entfallen
kostspielige Sondermaschinen.
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- 1
- Blechbauteil
- 2
- Schenkel
- 3
- Schenkel
- 4
- Steg
- 5
- erster
Innenkern
- 6
- erster
Kragen
- 7
- Abstützstempel
- 8
- erstes
Loch
- 9
- Rückseite
- 10
- erster
Durchstellstempel
- 11
- Ausnehmung
- 15
- zweiter
Innenkern
- 16
- zweiter
Kragen
- 17
- Zentrierstempel
- 18
- Tasche
- 19
- Rückseite
- 20
- zweiter
Durchstellstempel
- 21
- Ausnehmung
- P1
- Pfeil
- P2
- Pfeil
- P3
- Pfeil
- P5
- Pfeil
- P6
- Pfeil