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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug zur Herstellung von metallischen Pressbauteilen, insbesondere Karosseriebauteilen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein zugehöriges Herstellungsverfahren.
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Aus der
DE 10 2008 034 636 A1 ist ein Umformwerkzeug und ein dazugehöriges Verfahren zur Herstellung von metallischen Pressbauteilen, insbesondere von Verstärkungsrahmen, bekannt. Das Umformwerkzeug weist einen Niederhalter und eine Matrize auf, die zumindest ein metallisches Pressbaubauteil in dem Umformwerkzeug fixieren. Dabei ist ein solcher Niederhalter mit einem Hinterschnitt im Anschluss an den Abkantungsrand ausgestattet. Ein erster Stempel kantet ein in dem Umformwerkzeug fixiertes metallisches Pressbauteil in einem ersten Schritt konventionell ab und ein zweiter Stempel, in Zusammenwirkung mit dem Hinterschnitt des einen Niederhalters, überbiegt die Abkantung unter einem vorbestimmten Überbiegewinkel. Nach öffnen des Umformwerkzeuges springt der Überbiegewinkel um das Rückspringmaß zu einem vorbestimmten Sollwinkel der Abkantung zurück.
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Nachteilig an einem solchen konventionellen Abkanten in einem Umformwerkzeug ist die Begrenzung des Biegeradius der Abkantung durch werkstoffspezifische, geometrie- und blechdickenabhängige Parameter. Werden diese nicht berücksichtigt, so tritt an der Abkantung eine Rissbildung an der Außenseite der Abkantung ein. Da bei einer Abkantung jeweils die Innenseite der Abkantung gestaucht wird, während die Außenseite der Abkantung gedehnt wird, kann ein Einstellen eines zu kleinen Biegeradius der Abkantung das Pressbauteil über gebühr dehnen und dadurch ein Biegeversagen begünstigen. Ein Biegeversagen kann auch dann vorliegen, wenn die Abkantung gewisse Beanspruchungseigenschaften nicht mehr aufweist.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Umformwerkzeug der gattungsgemäßen Art sowie für ein zugehöriges Verfahren zur Herstellung einer Abkantung an einem metallischen Pressbauteil, eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die insbesondere die Ausbildung geringerer Biegeradien an der Abkantung erlaubt.
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Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Umformwerkzeug zur Herstellung von abgekanteten, metallischen Pressbauteilen, insbesondere von Karosseriebauteilen, den Abkantungsbereich während des Abkantens zu Stauchen und dadurch geringere Biegeradien zu ermöglichen. Das Umformwerkzeug weist zumindest einen Niederhalter und eine Matrize auf, zwischen denen das zu bearbeitende Pressbauteil eingespannt wird, wobei das Umformwerkzeug mit zumindest einem ersten Stempel zur Ausformung zumindest einer einen ersten Biegeradius aufweisenden Abkantung ausgestattet ist. Der erste Biegeradius wird durch Drucküberlagerung mittels eines der Abkantung nachfolgenden Stauchvorganges mit einem gegenüber einem solchen ersten Stempel angeordneten zweiten Stempel unter Ausbildung eines zweiten Biegeradius der Abkantung verkleinert. Diese Drucküberlagerung durch Abkantung und nachfolgender Stauchung der Abkantung gelingt durch Zusammenwirkung der Stempel und des Niederhalters. Durch eine solche Drucküberlagerung kann aufgrund des größeren ersten Biegeradius der Abkantung, die Dehnung der Außenseite verringert werden. Somit ist die Materialbeanspruchung aufgrund der geringeren Dehnung ebenfalls reduziert und ein Biegeversagen kann dadurch verringert bzw. verhindert werden. Durch die nachfolgende Stauchung der Abkantung ist es möglich, den ersten Biegeradius der Abkantung unter Ausbildung eines zweiten Biegeradius nach der Stauchung zu verkleinern.
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Unter Drucküberlagerung versteht man üblicherweise das Einwirken mehrerer Kräfte unter einem unterschiedlichen Winkel auf ein Bauteil bzw. auf einen Bauteilabschnitt. Bei einer Abkantung und einer nachfolgenden Stauchung wirken zumindest auf den Bauteilabschnitt der Abkantung durch den Abkantvorgang selbst und durch die nachfolgende Stauchung zumindest zwei Krafteinwirkungen unter einem unterschiedlichen Winkel ein. Durch eine solche Drucküberlagerung ist es aufgrund des reduzierten zweiten Biegeradius möglich, trotz erstem großen Biegeradius, unter Berücksichtigung werkstoffspezifischer wie auch geometrie- und blechdickenabhängiger Parameter, eine nahezu rechtwinklige bzw. scharfkantige Abkantung des Pressbauteils zu erreichen, ohne dass ein Biegeversagen zu befürchten ist. Aufgrund der aufeinander folgenden Arbeitsschritte Abkantung und Stauchung, wird das Blech zudem in seiner Umformbarkeit in Folge der dabei stattfindenden Drucküberlagerung, erheblich geringer beansprucht und zudem werden Materialspannungen reduziert. Damit sind scharfe Kanten, auch bei schwer umformbaren Pressbauteilen, realisierbar. Im Falle von Karosseriebauteilen ist somit eine Verbesserung der Fahrzeugoptik durch erhöhte Abkantungs- und Falzqualitäten mit kleineren Kantenradien und engerem Fugebild möglich.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
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1 einen abkantseitigen Ausschnitt des Umformwerkzeuges mit zwischen den Niederhaltern fixiertem Pressbauteil,
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2 das Umformwerkzeug nach Abkantung des Pressbauteils,
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3 das Umformwerkzeug nach Stauchen des eingelegten Pressbauteils.
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Wie in 1 dargestellt, weist ein Umformwerkzeug 1 zum Herstellen von metallischen Pressbauteilen 6, insbesondere von Karosseriebauteilen, einen Niederhalter 2, eine Matrize 3, einen ersten Stempel 4 und einen zweiten Stempel 5 auf. Das Pressbauteil 6 wird mittels zumindest einer Druckkraft 7 durch den beweglichen Niederhalter 2 gegen z. B. eine stationäre Matrize 3 gedrückt.
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Es ist jedoch auch denkbar, dass eine nicht in 1 gezeigte Druckkraft von einer beweglichen Matrize 3 gegen den in diesem Fall stationären Niederhalter 2 ausgeübt wird. In einer weiteren Ausführungsform üben sowohl der Niederhalter 2 als auch die Matrize 3, die in diesem Fall beide beweglich ausgebildet sind, eine Druckkraft gegeneinander aus. Zudem kann das Umformwerkzeug an zumindest einer Matrize 3 eine Kontur 8, z. B. in Form einer Abrundung, aufweisen, die dazu geeignet ist, einen dementsprechenden großen Biegeradius im nachfolgenden Abkantschritt auszubilden. Somit ist in 1 der Fixierschritt des Pressbauteils 6 im Umformwerk 1 dargestellt.
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Gemäß 2 wird durch eine Relativbewegung des ersten Stempels 4 zu dem Niederhalter 2 und der Matrize 3 eine Abkantung 9 an dem Pressbauteil 6 erzeugt. Aufgrund der Kontur 8 kann dabei die Ausbildung eines dementsprechend großen ersten Biegeradius 10 unterstützt werden. Die Kontur 8 ist optional an zumindest einem Niederhalter 2 und einer Matrize 3 ausgebildet.
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Die Relativbewegung des ersten Stempels 4 zu dem Niederhalter 2 und der Matrize 3 kann durch ein Absenken mittels einer Druckkraft 11, des in diesem Fall beweglich ausgebildeten ersten Stempels 4, durchgeführt werden. In diesem Fall verhalten sich der Niederhalter 2 und die Matrize 3 stationär, während der erste Stempel 4 beweglich ausgebildet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist es auch möglich, den ersten Stempel 4 stationär auszubilden, während der Niederhalter 2 und die Matrize 3 beweglich ausgebildet sind, sodass die Abkantung 9 durch eine Bewegung des Niederhalters 2 und der Matrize 3 ausgebildet wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist vorstellbar, sowohl den Niederhalter 2 und die Matrize 3 als auch den ersten Stempel 4 beweglich auszubilden und die Abkantung 9 durch eine gegenläufige Bewegung des ersten Stempels 4 gegen die konzertiert bewegenden Niederhalter 2 und Matrize 3 auszubilden. Somit stellt die 2 den Abkantschritt dar.
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In 3 ist die Stauchung der Abkantung 9 dargestellt. Dazu wird der zweite Stempel 5 relativ zu dem ersten Stempel 4 sowie dem Niederhalter 2 und der Matrize 3 bewegt, wobei im Verlauf der Relativbewegung durch den zweiten Stempel 5 die Abkantung 9 gegen den zumindest einen Niederhalter 2 in zur Abkantung entgegen gesetzter Richtung gedrückt und dadurch gestaucht wird. Damit lässt sich der erste Biegeradius 10 unter Ausbildung eines zweiten Biegeradius 12 reduzieren.
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Auch in diesem Stauchungsschritt sind verschiedene Bewegungen der Stempel 4, 5 und des Niederhalters 2 und der Matrize 3 zueinander, denkbar. So ist es in einer ersten Ausführungsform möglich, dass der zweite Stempel 5 stationär ausgebildet ist, während der Niederhalter 2 und die Matrize 3 zusammen mit dem ersten Stempel 4 durch die Druckkräfte 7, 11, 13 in Richtung der Abkantung 9 bewegt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform, ist es denkbar, dass der Niederhalter 2 und die Matrize 3 und der erste Stempel 4 stationär sind, während der zweite Stempel 5 beweglich ausgestaltet, sich in zur Abkantung 9 entgegen gesetzter Richtung bewegt und damit die Abkantung gegen zumindest einen Niederhalter 2 drückt und damit staucht. Auch ist es denkbar, dass sich sowohl der zweite Stempel 5 als auch der erste Stempel 4 und der Niederhalter 2 und die Matrize 3 entgegengesetzt zueinander bewegen und dadurch die Stauchung der Abkantung 9 ausgebildet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008034636 A1 [0002]
