DE102012107842B4 - Device for producing a 3D structuring component having an edge region - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Herstellung eines eine 3D-Strukturierung aufweisenden Bauteils mit einem Randbereich, aus einem Halbzeug (12), wobei der Randbereich des Bauteils keine Strukturierung aufweist und im Wesentlichen gerade oder eben ausgebildet ist,
- mit zumindest einem ersten Werkzeugelement (1) mit einer Gravur (2) zur Ausbildung einer 3D-Strukturierung in dem Halbzeug (12), wobei sich an die Gravur (2) des ersten Werkzeugelementes (1) eine dem Randbereich des herzustellenden Bauteils im Wesentlichen entsprechende Randfläche (5) anschließt und
- dem ersten Werkzeugelement (1) gegenüberliegend ein zweites Werkzeugelement angeordnet ist, mit dem durch einen Energieeintrag das Material des Halbzeuges (12) in die Gravur (2) des ersten Werkzeugelementes (1) einformbar ist und
- sich an das zweite Werkzeugelement umfangsseitig zumindest bereichsweise ein drittes Werkzeugelement anschließt und
- das Halbzeug (12) in Form einer ebenen Blechronde ausgebildet ist und in die Vorrichtung derart einlegbar ist, dass es auf dem ersten Werkzeugelement (1) aufliegt (Seite 17, Zeile 19) oder dass das Halbzeug (12) in Form eines gekrümmten Halbzeuges (12) ausgebildet ist, wobei die Krümmung der Kontur des ersten Werkzeugelements (1) der Krümmung des Halbzeuges (12) entspricht und das Halbzeug (12) am ersten Werkzeugelement (1) anliegt (Seite 20, Zeile 18) derart, dass die Anlageflächen von dem Halbzeug (12) und dem erstem Werkzeugelement (1) eine gleiche zueinander korrespondierende Kontur mit einem Radius R1 aufweisen und das zweite Werkzeugelement in Richtung zum Halbzeug (12) mit einem Radius R2 gekrümmt ist, der geringer als der Radius R1 ist wodurch sich zuerst der mittlere Bereich des zweiten Werkzeugelementes an das Halbzeug (12) anlegt, so dass im mittleren Bereich des Halbzeuges (12) der Strukturierungsprozess einleitbar und bei einer weiteren Hubbewegung des zweiten Werkzeugelementes in Richtung zum ersten Werkzeugelement (1) nach außen in Richtung zum Randbereich (5) des ersten Werkzeuges (1) fortführbar ist (Seite 21 Zeile 1 bis 22) und
- das dritte Werkzeugelement relativ zum ersten und zum zweiten Werkzeugelement bewegbar ist und dadurch das Halbzeug (12) mit seinem Randbereich gegen die Randfläche (5) des ersten Werkzeugelementes (1) mit einer Haltekraft fixierbar und/oder pressbar ist und
- dabei ein Nachfließen des Materials aus dem Randbereich bei der Umformung realisiert oder den Randbereich klemmt derart, dass kein Material nachfließt oder erst ab einer bestimmten Umformung das Nachfließen des Materials freigebbar ist und dass
- durch die randseitige Fixierung oder Klemmung des Bauteils das Nachfließen des Werkstoffs steuerbar ist und trotz einer randseitigen Fixierung oder Klemmung eine Umformkraft erhöhbar ist.
Device for producing a component having a 3D structuring with an edge region, of a semifinished product (12), wherein the edge region of the component has no structuring and is substantially straight or planar,
- With at least a first tool element (1) with an engraving (2) for forming a 3D structuring in the semifinished product (12), wherein the engraving (2) of the first tool element (1) a the edge region of the component to be produced substantially corresponding edge surface (5) connects and
- The first tool element (1) opposite a second tool element is arranged with which by an energy input, the material of the semifinished product (12) in the engraving (2) of the first tool element (1) can be formed and
- At the periphery of the second tool element at least partially a third tool element connects and
- The semi-finished product (12) is designed in the form of a flat sheet metal sheet and in the device is inserted so that it rests on the first tool element (1) (page 17, line 19) or that the semifinished product (12) in the form of a curved semifinished product (12) is formed, wherein the curvature of the contour of the first tool element (1) corresponds to the curvature of the semi-finished product (12) and the semi-finished product (12) on the first tool element (1) is applied (page 20, line 18) such that the contact surfaces of the semifinished product (12) and the first tool element (1) have a corresponding mutually corresponding contour with a radius R1 and the second tool element is curved in the direction of the semifinished product (12) with a radius R2 which is less than the radius R1 whereby first the middle region of the second tool element to the semi-finished product (12) applies, so that in the central region of the semifinished product (12) the structuring process can be introduced and in a further stroke movement of the second Werkz eugelementes in the direction of the first tool element (1) outward in the direction of the edge region (5) of the first tool (1) can be continued (page 21 line 1 to 22) and
- The third tool element is movable relative to the first and the second tool element and thereby the semi-finished product (12) with his Edge region against the edge surface (5) of the first tool element (1) can be fixed and / or pressed with a holding force and
- It realizes a Nachfließen the material from the edge region during the forming or clamps the edge region such that no material flows or only after a certain transformation, the Nachfließen the material is releasable and that
- By the edge-side fixation or clamping of the component, the Nachfließen the material is controllable and despite a marginal fixation or clamping a forming force can be increased.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines eine 3D-Strukturierung, insbesondere eine Wölbstrukturierung, aufweisenden Bauteils mit einem Randbereich, der keine Strukturierung aufweist und im Wesentlichen gerade bzw. eben ausgebildet ist.The invention relates to a device for producing a 3D structuring, in particular a Völbstrukturierung having component with an edge region having no structuring and is substantially straight or flat.
Es sind zahlreiche Lösungen bekannt, bei welchen so genannte Wölbstrukturen, zum Beispiel im Fahrzeugbereich eingesetzt werden. Diese werden bisher meist als energieabsorbierende Elemente im Bereich der Karosserie bzw. der Bodengruppe verwendet.Numerous solutions are known in which so-called arch structures, for example in the vehicle sector, are used. These have hitherto mostly been used as energy-absorbing elements in the area of the body or the floor assembly.
Eine Motorhaube, deren Innenschale mit einer Wölbstruktur als Versteifungsbereich versehen ist, wird in
Eine Formschale mit hoher Biegesteifigkeit als Teil der Karosserie ist aus
Die Ränder der Materialbahn enthalten gem.
Auch in der Druckschrift
Auch in der Druckschrift
Dabei sollen die Wanddicken der Materialbahn im Bereich der entstehenden Falten und Wülste erhalten bleiben und keine Zugspannungen und Ausdünnungen in der Wand auftreten. Gerade im Zuge der Gewichtseinsparung ist es jedoch häufig gewünscht, dass sich bei dem Umformvorgang die Wanddicke verringert und dadurch das Material verfestigt wird. Nachteilig ist auch, dass aufgrund der nicht wirkenden Zugspannungen lediglich kleine Umformgrade realisierbar sind, wodurch wiederum nur kleine Geometrien hergestellt werden können.The wall thicknesses of the material web should be preserved in the region of the resulting folds and beads and no tensile stresses and thinning in the wall should occur. Especially in the course of weight saving, however, it is often desired that the wall thickness is reduced in the forming process and thereby the material is solidified. Another disadvantage is that due to the non-acting tensile stresses only small degrees of deformation can be realized, which in turn only small geometries can be produced.
Dabei ist ein elastomeres Wirkmedium wie in der vorgenannten Druckschrift von einem Druckkasten umgeben. Auch hier ist der Druckkasten umfangsseitig und oben geschlossen. Zum Herstellen einer strukturierten Schale, als konvex gekrümmter Boden einer tiefgezogenen Wanne, wird zunächst ein elastomeres Wirkmedium, das von dem Druckkasten umgeben wird, etwas gegen die glatte Schale bewegt, so dass sich zuerst der mittlere Bereich der glatten Schale an die Stützelemente anlegen kann. Nun bewirkt eine über den Druckkasten auf das elastische Wirkmedium wirkende Druckkraft, dass die konvex gekrümmte glatte Schale vorzugsweise in ihrem mittleren Bereich zu einer schwach eingebeulten Schale umgebildet wird und sich dabei an die Stützelemente des Werkzeuges anlegt.In this case, an elastomeric active medium as in the aforementioned document is surrounded by a pressure box. Again, the pressure box is circumferentially and closed at the top. For producing a structured shell, as a convexly curved bottom of a deep-drawn tub, an elastomeric active medium, which is surrounded by the pressure box, first moves slightly against the smooth shell, so that first the middle region of the smooth shell can rest against the support elements. Now causes acting on the elastic active medium via the pressure box compressive force that the convex curved smooth shell is preferably transformed in its central region to a weakly dented shell and thereby applies to the support elements of the tool.
Um einen Beulvorgang zu unterstützen, wird die konvex gekrümmten Schale an ihrem Rand fixiert. Das geschieht durch Formschluss zwischen der Zarge und dem Druckkasten sowie zwischen dem Flansch und der starren Aufnahme. Für das Bilden weiterer Strukturen wird der Wirkdruck weiter erhöht, wodurch die konvex gekrümmte, glatte Schale in ihrem seitlichen Bereich teilweise eingebeult wird wodurch sie sich vorzugsweise örtlich an die Stützelemente anlegt, und ferner wird die Schale in ihrer Mitte durch ihre Auflage an den Stützelementen bereits etwas eingeformt. Ferner können die Radbereiche der glatten Schale weiter konvex gekrümmt bleiben. Dann wird der Wirkdruck noch weiter gesteigert, damit sich die Strukturen in der vorgeformten Schale tiefer ausbilden können. Dabei soll bei dem gesamten Umformvorgang der Werkstoff der Schale von ihren Rändern in den mittleren Bereich der Schale quasi hineingeschoben werden, wodurch Druck-Membran-Kräfte in der Schale aufgebaut werden können. Mit Hilfe dieser sich angeblich aufbauenden Druck-Membran-Kräfte in der Schale soll erreicht werden, dass im Bereich der Falten bzw. Wülste im Wesentlichen Druck- und Biegespannungen aufrechterhalten werden.In order to support a buckling process, the convexly curved shell is fixed at its edge. This is done by a positive connection between the frame and the pressure box and between the flange and the rigid receptacle. For the formation of further structures, the effective pressure is further increased, whereby the convexly curved, smooth shell is partially dented in its lateral area, whereby it preferably locates locally on the support elements, and further the shell is already in its center by its support on the support elements something molded. Furthermore, the wheel portions of the smooth shell may continue to remain convexly curved. Then the working pressure is further increased so that the structures in the preformed shell can form deeper. In this case, in the entire forming process, the material of the shell is quasi pushed from its edges in the central region of the shell, whereby pressure-membrane forces can be built up in the shell. With the help of these allegedly building pressure-membrane forces in the shell to be achieved that in the area of the folds or beads substantially compressive and bending stresses are maintained.
Dabei ist jedoch unklar, um wie viel größer oder kleiner die Krümmung der glatten Schale in Bezug auf die Krümmung der lichten Kontur der Stützelemente, sein soll. Ist die Krümmung der glatten Schale beispielsweise größer und übergreift der umfangsseitige abgewinkelte Randbereich der Schale nicht zentrierend über einen Randbereich des Werkzeuges, kann die glatte Schale, die dann lediglich auf einem geringen Bereich aufliegt, unkontrolliert seitlich kippen bzw. abrollen, wodurch sich dann wiederum ein unkontrolliertes Umformergebnis einstellt. Auch wenn die Krümmung der Schale kleiner ist, wird ein zentrierender mehrfach gebogener Randbereich benötigt. Oftmals ist es jedoch erforderlich, einen im Wesentlichen glatten Randbereich zu erzeugen, der sich im Wesentlichen im Bereich der ursprünglichen Blechdicke des Ausgangsbleches befindet. Dies ist mit dem vorgenannten Stand der Technik nicht möglich.However, it is unclear how much larger or smaller the curvature of the smooth shell should be in relation to the curvature of the clear contour of the support elements. If, for example, the curvature of the smooth shell is greater and the peripheral angled edge region of the shell does not center over an edge region of the tool, the smooth shell, which then rests only on a small area, can tilt or roll uncontrollably laterally, as a result of which, in turn sets uncontrolled forming result. Even if the curvature of the shell is smaller, a centering multi-curved edge area is needed. Often, however, it is necessary to produce a substantially smooth edge region, which is substantially in the region of the original sheet thickness of the starting sheet. This is not possible with the aforementioned prior art.
Ein weiterer entscheidender Nachteil der beiden vorgenannten Lösungen besteht darin, dass bei Anlage der Unterseite des umlaufenden Randes des Formkastens an der Auflagefläche des Werkzeuges keine weitere Umformung des Bauteils mehr möglich ist. Neben der Verwendung eines Werkzeugelementes mit einem Elastomer zur Erzeugung der Wölbstruktur ist es bekannt, diese mittels magnetischer Kräfte zu erzeugen.Another significant disadvantage of the two solutions mentioned above is that when the underside of the peripheral edge of the molding box bears against the bearing surface of the tool, no further deformation of the component is possible. In addition to the use of a tool element with an elastomer for producing the arch structure, it is known to produce these by means of magnetic forces.
Dazu zeigt die Druckschrift
In der Druckschrift
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektromagnetischen Umformen von Werkstücken, bei dem eine das Werkstück verformende Umformkraft ausschließlich auf eine Hauptumformzone des Werkstückes aufgebracht wird, ist aus
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Herstellung eines 3D-strukturierten Bauteils mit einem Randbereich, der keine Strukturierung aufweist, zu entwickeln, mit welcher eine geringe Anzahl von Prozessschritten erforderlich sind, eine große Formenvielfalt an Bauteilen realisierbar ist und wobei die Vorrichtung einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist.The object of the invention is to develop a device for producing a 3D-structured component with an edge region, which has no structuring, with which a small number of process steps are required, a large variety of shapes of components can be realized, and wherein the device is a simple has constructive structure.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.This object is achieved with the features of the first claim. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
Verfahrensgemäß erfolgt die Herstellung eines eine 3D-Strukturierung aufweisenden Bauteils mit einem Randbereich aus einem Halbzeug in Form eines im Wesentlichen ebenen oder zumindest bereichsweise vorgeformten Bleches
- - unter Verwendung eines ersten Werkzeugelementes mit einer Gravur zur Ausbildung einer 3D-Strukturierung in dem Bauteil, wobei sich an die Gravur des ersten Werkzeugelementes eine dem Randbereich des herzustellenden Bauteils im Wesentlichen entsprechende Randfläche anschließt und
- - dem ersten Werkzeugelement gegenüberliegend ein zweites Werkzeugelement angeordnet ist, mit dem durch einen Energieeintrag das Material des Bleches in die Gravur des Formstempels einformbar ist und
- - sich an das zweite Werkzeugelement umfangsseitig zumindest bereichsweise ein drittes Werkzeugelement anschließt
- - und das dritte Werkzeugelement relativ zum ersten und zum zweiten Werkzeugelement bewegbar ist und vor und/oder während der Betätigung des zweiten Werkzeugelementes das Bauteil/Blech in dessen Randbereich gegen die Randfläche des ersten Werkzeugelementes mit einer sich ändernden oder gleichbleibenden Kraft fixiert bzw. presst.
- - Using a first tool element with an engraving for forming a 3D structuring in the component, wherein adjoins the engraving of the first tool element a the edge region of the component to be produced substantially corresponding edge surface and
- - The first tool element opposite a second tool element is arranged, with which by an energy input, the material of the sheet is formed in the engraving of the forming die and
- - At the periphery of the second tool element at least partially a third tool element connects
- - and the third tool element is movable relative to the first and the second tool element and before and / or during the actuation of the second tool element, the component / sheet is fixed or pressed in the edge region against the edge surface of the first tool element with a changing or constant force.
Dadurch ist es möglich, den Randbereich lediglich zu fixieren und dabei ein Nachfließen des Material aus dem Randbereich bei der Umformung zu realisieren oder den Randbereich zu Klemmen, so dass kein Material nachfließen kann oder erst ab einer bestimmtem Umformung das Nachfließen des Materials freigegeben wird.This makes it possible to fix the edge area only and thereby realize a flow of the material from the edge area during the forming or clamp the edge area, so that no material can flow or only after a certain deformation, the subsequent flow of the material is released.
Dabei wird bevorzugt zuerst durch das dritte Werkzeugelement das Bauteil gegen die Randfläche des ersten Bauteils angelegt und somit randseitig fixiert und anschließend durch den Energieeintrag des zweiten Werkzeugelementes das Material des Bauteil in die Gravur eingeformt, wobei ein Nachfließen des Bauteilwerkstoffes aus dem Randbereich gewährleistet wird oder unterbunden wird, jenachdem, wie das dritte Werkzeugelement den Randbereich des Bauteiles fixiert bzw. klemmt.In this case, the component is preferably applied by the third tool element against the edge surface of the first component and thus fixed edge and then formed by the energy input of the second tool element, the material of the component in the engraving, wherein a Nachfließen the component material is ensured or prevented from the edge region is, depending on how the third tool element fixed or clamped the edge region of the component.
Das zweite Werkzeugelement besteht vorteilhafter Weise zumindest bereichsweise aus einem elastomeren Material, dessen Wirkfläche in Richtung zum Blech/Bauteil weist, wobei das elastomere Material zum Energieeintrag relativ zum dritten Werkzeugelement in Richtung zum ersten Werkzeugelement bewegt wird.The second tool element is advantageously at least partially made of an elastomeric material, the active surface in the direction of the sheet / component, wherein the elastomeric material for energy input is moved relative to the third tool element in the direction of the first tool element.
Zur Steuerung des Umformgrades kann das elastomere Material bedarfsweise
- - in Richtung zum ersten Werkzeugelement mit bereichsweise unterschiedlichen Kräften beaufschlagt werden wobei bei geringer wirkenden Kräften geringere Unformgrade erzeugt werden und/oder
- - mit bereichsweise unterschiedlichen Elastizitäten auf das Bauteil wirken, wobei höhere Umformgrade durch Bereiche mit höherer Elastizität erzeugt werden, und/oder
- - bereichsweise unterschiedliche Höhen aufweisen, wobei durch unterschiedliche Höhen ebenfalls unterschiedliche Umformgrade erzielbar sind (eine größere Höhe realisiert einen größeren Umformgrad) und/oder
- - an seiner in Richtung zum ersten Werkzeugelement weisenden Wirkfläche mit einer Strukturierung versehen ist, wobei durch die Strukturierung ebenfalls beeinflusst werden kann, wieweit das Material des Bauteils in die Gravur des ersten Werkzeugelementes eingeformt wird.
- - Be acted upon in the direction of the first tool element with partially different forces with lower forces lower degrees of deformation are generated and / or
- act with partially different elasticities on the component, with higher degrees of deformation are generated by areas with higher elasticity, and / or
- - In some areas have different heights, with different degrees also different degrees of deformation can be achieved (a larger height realized a larger degree of deformation) and / or
- - Is provided at its pointing in the direction of the first tool element active surface with a structuring, which can also be influenced by the structuring, how far the material of the component is formed in the engraving of the first tool element.
Alternativ ist es möglich, dass das zweite Werkzeugelement in Form wenigstens eines ersten elektromagnetischen Aktuators ausgebildet ist, der den Energieeintrag zur Umformung des Bauteils erzeugt und dass bedarfsweise durch den ersten elektromagnetischen Aktuator und/oder einen weiteren elektromagnetischen Aktuators das Blech/Bauteil zur Erhöhung des Umformvermögens vor und/oder während der Umformung erwärmt wird. Dadurch können auch schwer umformbare Werkstoffe mit einer 3D-Strukturierung versehen werden.Alternatively, it is possible that the second tool element is designed in the form of at least one first electromagnetic actuator which generates the energy input for forming the component and if necessary by the first electromagnetic actuator and / or another electromagnetic actuator, the sheet / component to increase the Umformvermögens is heated before and / or during the forming. As a result, even materials that are difficult to form can be provided with 3D structuring.
Der Randbereich des ersten Werkzeugelement und der Randbereich des dritten Werkzeugelementes können weiterhin Formelemente aufweisen, durch welche der Randbereich des Bleches/Bauteils, zumindest bereichsweise mit Formelementen versehen werden und/oder auch zumindest bereichsweise getrennt werden kann.The edge region of the first tool element and the edge region of the third tool element may further comprise mold elements, by which the edge region of the sheet / component, at least partially provided with mold elements and / or at least partially separated.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist es erstmalig möglich, ebene oder dreidimensional geformte Bauteile, die zumindest bereichsweise mit einer 3D-Strukturierung versehen sind, effektiv und in hoher Qualität herzustellen, wodurch es einfach möglich ist die Geometrie der Strukturierung im Bauteil durch Veränderung des Energieeintrages zu verändern und durch die randseitige Fixierung bzw. Spannung des Bauteils das Nachfließen des Werkstoffs zu steuern und trotz einer randseitigen Fixierung bzw. Klemmung die Umformkraft weiter zu erhöhen.With the solution according to the invention, it is possible for the first time to produce flat or three-dimensionally shaped components which are provided at least in regions with 3D structuring, effectively and in high quality, whereby it is easily possible to change the geometry of the structuring in the component by changing the energy input and to control by the marginal fixation or tension of the component, the Nachfließen the material and despite a marginal fixation or clamping to increase the forming force on.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines eine 3D-Strukturierung aufweisenden Bauteils mit einem Randbereich aus einem Halbzeug in Form eines im Wesentlichen ebenen oder zumindest bereichsweise dreidimensional vorgeformten Blechs weist zumindest ein ersten Werkzeugelement mit einer Gravur zur Ausbildung einer 3D-Strukturierung in dem Bauteil auf, wobei sich an die Gravur des ersten Werkzeugelementes eine dem Randbereich des herzustellenden Bauteils im Wesentlichen entsprechende Randfläche anschließt und dem ersten Werkzeugelement gegenüberliegend ein zweites Werkzeugelement angeordnet ist, mit dem durch einen Energieeintrag das Material des Bleches in die Gravur des Formstempels einformbar ist und sich an das zweite Werkzeugelement umfangsseitig zumindest bereichsweise ein drittes Werkzeugelement anschließt und das dritte Werkzeugelement relativ zum ersten und zum zweiten Werkzeugelement bewegbar ist und dadurch das Bauteil/Blech mit seinem Randbereich gegen die Randfläche des ersten Bauteils mit einer Haltekraft fixierbar/pressbar ist.The device according to the invention for producing a component having a 3D structuring with an edge region made from a semifinished product in the form of a substantially flat or at least partially three-dimensionally preformed sheet metal has at least one first tool element with an engraving for forming a 3D structuring in the component a second tool element is arranged opposite the first tool element, with which the material of the metal sheet can be shaped into the engraving of the molding die by an energy input, and adjoins the second tool element Tool element circumferentially at least partially connects a third tool element and the third tool element is movable relative to the first and the second tool element and thereby the component / sheet with its edge region against the edge surface of the first component with a holding force can be fixed / pressed.
Der Randbereich weist dabei bevorzugt keine Strukturierung auf und ist im Wesentlichen gerade bzw. eben ausgebildet. Der Rand kann nach der Umformung in etwa in der Ebene der ursprünglichen Erstreckung des Bleches liegen oder auch abgekantet sein. Das erste Werkzeugelement ist insbesondere in der Art eines Formstempels ausgebildet, der mit einer Gravur versehen ist, die zur Ausbildung einer 3D-Strukturierung in einem Bereich eines Halbzeuges in Form eines Bleches dient, welches auf den Formstempel auflegbar ist, wobei sich an die Gravur des Formstempels eine dem Randbereich des herzustellenden Bauteils im Wesentlichen entsprechende Randfläche anschließt und bedarfsweise zwischen der Gravur und der Randfläche eine umlaufende Sicke und/oder ein umlaufender Freiwinkel angeordnet ist und wobei dem ersten Werkzeugelement gegenüberliegend (auf der anderen Seite des Bleches) ein zweites Werkzeugelement angeordnet ist, mit dem durch einen Energieeintrag das Material des Bleches in die Gravur des Formstempels einformbar ist.The edge region preferably has no structuring and is substantially straight or flat. The edge may lie after the forming approximately in the plane of the original extent of the sheet or else be folded. The first tool element is formed in particular in the manner of a forming die, which is provided with an engraving which serves to form a 3D structuring in a region of a semifinished product in the form of a sheet, which can be placed on the forming die, wherein the engraving of the Form stamp a the edge region of the component to be produced substantially corresponding edge surface connects and, if necessary, between the engraving and the edge surface a circumferential bead and / or a circumferential clearance angle is arranged and wherein the first tool element opposite (on the other side of the sheet), a second tool element is arranged , with which by an energy input, the material of the sheet in the engraving of the forming die is einformbar.
Durch dieses Werkzeug ist es möglich, aus einem Halbzeug in Form eines Bleches (z.B. einer Blechronde), welches auch bereichsweise vorgeformt sein kann, ein Bauteil zu fertigen, welches partiell mit einer 3D-Struktur versehen ist und einen im Wesentlichen ebenen Randbereich aufweist, der es ermöglicht, an dem Bauteil mittels herkömmlicher Verbindungsverfahren andere Bauteile zu befestigen. Die 3D-Strukturierung ist dabei bevorzugt als Wölbstrukturierung ausgebildet und gewährleistet unter anderem eine höhere Steifigkeit des Bauteils.By this tool, it is possible to produce from a semi-finished product in the form of a sheet (eg a sheet metal blank), which may also be partially preformed, a component which is partially provided with a 3D structure and has a substantially planar edge region, the it makes it possible to attach other components to the component by means of conventional connection methods. The 3D structuring is preferably designed as Völbstrukturierung and ensures, inter alia, a higher rigidity of the component.
Das dritte Werkzeugelement, welches auf der Seite des zweiten Werkzeugelementes angeordnet ist und mit welchem der Randbereich des Halbzeuges in Richtung zur Randfläche des ersten Werkzeugelementes fixierbar und ggf. mit einer Haltekraft beaufschlagbar ist, wird bevorzugt umlaufend um das zweite Werkzeugelement angeordnet.The third tool element, which is arranged on the side of the second tool element and with which the edge region of the semifinished product in the direction of the edge surface of the first tool element can be fixed and optionally acted upon by a holding force, is preferably arranged circumferentially around the second tool element.
Das Halbzeug kann ein bereits über einen größeren Flächenbereich dreidimensional vorgeformtes Blech sein, wobei dann das zweite Werkzeugelement eine entsprechende dreidimensional gewölbte Kontur aufweist, in welche die Gravur eingebracht ist. Die Krümmungen des Bleches und des zweiten Werkzeugelementes sind dabei im Wesentlichen gleich ausgebildet.The semifinished product can be a metal sheet already preformed over a larger surface area in three dimensions, in which case the second tool element has a corresponding three-dimensional arched contour into which the engraving is introduced. The curvatures of the sheet and the second tool element are formed substantially the same.
Die Gravur des ersten Werkzeugelementes kann unterschiedlich ausgebildet sein. Zum einen ist es möglich, diese mit 3D-Strukturelementen als Negativ der im Halbzeug abzubildenden Struktur zu versehen. Das Halbzeug/Blech legt sich dabei im Bereich der Gravur durch den Energieeintrag des zweiten Werkzeugelementes komplett an die 3D-Strukturelemente an.The engraving of the first tool element can be designed differently. On the one hand, it is possible to provide these with 3D structural elements as a negative of the structure to be imaged in the semifinished product. The semifinished / sheet lays in the field of engraving by the energy input of the second tool element completely to the 3D structural elements.
Andererseits kann die Gravur Stützwände mit annähernd senkrechten Wänden und zwischen den Stützwänden gebildeten Ausnehmungen aufweisen, so dass sich das Halbzeug/Blech durch den Energieeintrag des zweiten Werkzeugelementes auf den Stützwänden abstützt und sich im Wesentlichen frei in die Ausnehmungen unter Bildung einer 3D-Strukturierung /Wölbstrukturierung einformt. In diesem Fall kann die Höhe der sich in den Ausnehmungen einstellenden 3D-Strukturierung des Bleches kleiner oder gleich der Tiefe der Ausnehmungen in der Gravur sein und durch den Energieeintrag des zweiten Werkzeugelementes eingestellt werden.On the other hand, the engraving may have support walls with approximately vertical walls and recesses formed between the support walls, so that the semifinished / sheet is supported by the energy input of the second tool element on the support walls and substantially free in the recesses to form a 3D structuring / Völbstrukturierung einformt. In this case, the height of the 3D structuring of the sheet which is established in the recesses can be less than or equal to the depth of the recesses in the engraving and can be adjusted by the energy input of the second tool element.
Das erste Werkzeugelement kann auch nach der Gravur vor oder in seinem Randbereich abgewinkelt sein, so dass unterschiedliche Randgeometrien im Bauteil erzeugbar sind.The first tool element can also be angled after the engraving in front of or in its edge region, so that different edge geometries can be produced in the component.
Weiterhin ist es möglich, im ersten Werkzeugelement Bereiche mit unterschiedlich ausgestalteten 3D-Strukturen vorzusehen.Furthermore, it is possible to provide areas with differently configured 3D structures in the first tool element.
Das zweite Werkzeugelement kann in einer ersten Variante in Richtung zur Gravur eine der Größe der Gravur im Wesentlichen entsprechende Elastomerplatte aufweisen und zum Energieeintrag in Richtung zum ersten Werkzeugelement bewegbar sein. Nachdem das Halbzeug auf dem ersten Werkzeugelement positioniert wurde, bewegt sich dann das zweite Werkzeugelement in Richtung zum ersten Werkzeugelement und wirkt auf das Blech mit einer Umformkraft, so dass sich das Material des Bleches durch die elastische Platte in die Gravur formt. Der am Halbzeug vorhandene Randbereich kann dabei fixiert werden. Dazu ist das dritte Werkzeugelementrelativ zum ersten Werkzeugelement in der Art eines Niederhalters bewegbar und fixiert den Randbereich bzw. wirkt auf diesen mit einer Haltekraft bzw. Niederhalterkraft.In a first variant, in the direction of the engraving, the second tool element can have an elastomer plate substantially corresponding to the size of the engraving and can be moved toward the energy input in the direction of the first tool element. After the semifinished product has been positioned on the first tool element, then the second tool element moves in the direction of the first tool element and acts on the sheet with a forming force, so that the material of the sheet formed by the elastic plate in the engraving. The edge region present on the semi-finished product can be fixed. For this purpose, the third tool element is movable relative to the first tool element in the manner of a hold-down and fixes the edge region or acts thereon with a holding force or hold-down force.
Wird ein Halbzeug mit einer dreidimensional vorgeformten Kontur verwendet, weist das erste Werkzeugelement eine korrespondierende dreidimensional geformte Gravurfläche auf und auch die Elastomerplatte des zweiten Werkzeugelementes ist in Richtung zum Blech mit einer korrespondierenden dreidimensional gewölbten Kontur versehen.If a semi-finished product with a three-dimensionally preformed contour is used, the first tool element has a corresponding three-dimensionally shaped engraved surface and the elastomer plate of the second tool element is provided with a corresponding three-dimensional curved contour in the direction of the metal sheet.
Besitzt die Gravur Stützwände und zwischen den Stützwänden gebildete Ausnehmungen, so ist es möglich, die Höhe der sich im Blech einstellenden 3D-Strukturen durch die Höhe und Härte/Elastizität der Elastomerplatte und die in Richtung zum ersten Werkzeugelement wirkende Umformkraft zu definieren. Durch eine Veränderung der Härte/Elastizität der Elastomerplatte und/oder eine Änderung der Umformkraft ist es auch möglich, die Höhe der 3D-Strukturen im Blech entsprechend zu verändern.If the engraving has supporting walls and recesses formed between the supporting walls, then it is possible to define the height of the 3D structures in the sheet metal by the height and hardness / elasticity of the elastomer plate and the forming force acting in the direction of the first tool element. By changing the hardness / elasticity of the elastomer plate and / or a change in the forming force, it is also possible to change the height of the 3D structures in the sheet accordingly.
Dabei ist es auch möglich, die Elastomerplatte aus Elastomerplattenelementen mit unterschiedlichen Elastizitäten zusammenzusetzen. Dadurch können ebenfalls unterschiedliche Strukturbereiche in der 3D-Struktur (Wölbstruktur) erzeugt werden. Damit können bei Verwendung einer Gravur, die über ihre gesamte Fläche eine gleiche Stützstruktur mit Ausnehmungen aufweist, durch unterschiedliche Elastomere, die im zweiten Werkzeugelement angeordnet sind, unterschiedlich tiefe Wölbstrukturen hergestellt werden. Selbstverständlich können zusätzlich die in der Gravur eingebrachten Strukturen unterschiedlich sein.It is also possible to assemble the elastomer plate of elastomeric plate elements with different elasticities. As a result, different structural areas in the 3D structure (arch structure) can also be generated. Thus, when using an engraving, which has a same support structure with recesses over its entire surface, by different elastomers, which are arranged in the second tool element, different deep Völbstrukturen be prepared. Of course, additionally introduced in the engraving structures may be different.
Nach einer zweiten Variante der Erfindung ist das zweite Werkzeugelement in Form eines elektromagnetischen Aktuators ausgebildet, der den Energieeintrag durch ein magnetisches Feld zur Umformung des Bleches erzeugt.According to a second variant of the invention, the second tool element is designed in the form of an electromagnetic actuator which generates the energy input through a magnetic field for forming the metal sheet.
Wird ein drittes Werkzeugelement zum Fixieren oder Klemmen des Blechrandes verwendet, können der elektromagnetische Aktuator und das dritte Werkzeugelement zueinander gestellfest angeordnet sein oder das dritte Werkzeugelement relativ zum ersten Werkzeugelement in der Art eines Niederhalters bewegbar und geeignet, den Blechrand mit einer Niederhalterkraft zu beaufschlagen oder zumindest zu fixieren.If a third tool element is used for fixing or clamping the sheet edge, the electromagnetic actuator and the third tool element can be arranged fixed to the frame or the third tool element relative to the first tool element in the manner of a hold down movable and suitable to pressurize the sheet edge with a hold-down force or at least to fix.
Wird eine Gravur mit Stützwänden und zwischen den Stützwänden gebildeten Ausnehmungen verwendet, so wird die Höhe der sich im Blech einstellenden 3D-Strukturen durch die mit dem elektromagnetischen Aktuator erzeugte und in Richtung zum ersten Werkzeugelement wirkende Umformkraft induziert durch die magnetische Feldstärke. Durch eine Änderung der magnetischen Feldstärke des ektromagnetischen Aktuators kann die Tiefe und die Ausformung der sich im Blech einstellenden 3D-Strukturen eingestellt bzw. verändert werden.If an engraving with support walls and recesses formed between the support walls is used, the height of the 3D structures in the sheet is induced by the magnetic force generated by the electromagnetic actuator and acting in the direction of the first tool element forming force. By changing the magnetic field strength of the electromagnetic actuator, the depth and the shape of the 3D structures that adjust in the sheet metal can be adjusted or changed.
Zur Ausbildung unterschiedlicher 3D-Strukturen im Bauteil kann die Gravur unterschiedliche 3D-Strukturelemente als Negativ der im Halbzeug abzubildenden Struktur aufweisen bzw. unterschiedliche Stützwände bzw. Rasterungen und Größen und Rasterungen von Stützwänden und entsprechenden Ausnehmungen aufweisen. Die Stützwände weisen bevorzugt annähernd senkrechte Wände auf.To form different 3D structures in the component, the engraving may have different 3D structural elements as a negative of the structure to be imaged in the semifinished product or have different support walls or rasters and sizes and rasters of support walls and corresponding recesses. The support walls preferably have approximately vertical walls.
Weiterhin ist es möglich, dass das Werkzeug zumindest einen in etwa einheitlichen Strukturbereich aufweist und durch unterschiedlichen Energieeintrag im Bauteil unterschiedlich tiefe Strukturen erzeugbar sind.Furthermore, it is possible for the tool to have at least one approximately uniform structural region and to be able to produce structures of different depths by different energy input in the component.
Durch die Integration der Vorrichtung in ein Folgeverbundwerkzeug oder eine Transfereinrichtung kann die Herstellung der Wölbstrukturierung einfach in den Fertigungsprozess und in vor- oder nachgelagerte Fertigungsstufen integriert werden. Durch ein dreidimensional strukturiertes Flächenelement, insbesondere in Form eines Bleches mit Wölbstruktur, beispielsweise in einem Innenausstattungsteil eines Fahrzeuges oder in einem anderen Produkt, ergeben sich neben einem verringertem Gewicht auch verbesserte Gebrauchseigenschaften. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann dabei eine materialschonende Umformung des Halbzeuges realisiert werden.By integrating the device in a follow-on composite tool or a transfer device, the production of the vault structure can be easily integrated into the manufacturing process and in upstream or downstream production stages. By a three-dimensionally structured surface element, in particular in the form of a sheet with arch structure, for example in an interior trim part of a vehicle or in another product, resulting in addition to a reduced weight and improved performance properties. With the device according to the invention, a material-saving deformation of the semifinished product can be realized.
Es ist mit der Vorrichtung auch möglich, Werkstoffe mit hohen Festigkeiten mit einer Wölbstrukturierung zu versehen.It is also possible with the device to provide materials with high strengths with a Völbstrukturierung.
Beispielsweise können Materialien (Blech) aus Stahl, Aluminium, Magnesium usw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bearbeitet werdenFor example, materials (sheet metal) made of steel, aluminum, magnesium, etc. can be processed with the device according to the invention
Weiterhin kann der neuartige Aufbau klimatisierend wirken und die akustischen Eigenschaften verbessern, wodurch insgesamt ein verbesserter Komfort erzielt wird.Furthermore, the novel structure can act conditioning and improve the acoustic properties, whereby an overall improved comfort is achieved.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments and accompanying drawings.
Es zeigen:
-
1 ein erstes Werkzeugelement in der Draufsicht, dass 3D-Strukturelemente als Negativ aufweist, -
2 ein erstes Werkzeugelement gem.1 in dreidimensionaler Ansicht, -
3 ein erstes Werkzeugelement in der Draufsicht, wobei die Gravur Stützwände aufweist und zwischen den Stützwänden gebildete Ausnehmungen vorhanden sind, -
4 erstes Werkzeugelement gem.3 in dreidimensionale Ansicht, -
5 eine Teildarstellung eines ersten Werkzeugelementes mit einer dreidimensional gekrümmten Anlagefläche und einer Gravur mit Stützwänden, -
6 eine Teildarstellung eines mit einer Wölbstruktur versehenen Werkstücks, -
7 einen Schnitt durch ein erstes Werkzeugelement mit Stützwänden und einem eingeformten Blech, -
8 die Prinzipdarstellung eines ersten Werkzeugelementes, eines damit umzuformenden Halbzeuges, welches durch Tiefziehen vorgeformt wurde, und eines darüber angeordneten zweiten Werkzeugelementes mit einer Elastomerplatte, -
9 die Prinzipdarstellung gem.8 , wobei das Halbzeug in das erste Werkzeugelement eingelegt wurde, -
10 die Prinzipdarstellung einer Vorrichtung mit einem zweiten Werkzeugelement in Form eines elektromechanischen Aktuators, -
11 die Prinzipdarstellung eines Werkzeuges zur Herstellung einer 3D-Struktur in einem im Wesentlichen ebenen Bauteil mit einem elastomeren Material, -
12 die Prinzipdarstellung eines Werkzeuges zur Herstellung einer 3D-Struktur in einem im Wesentlichen ebenen Bauteil mit drei Bereichen im elastomeren Material, die jeweils separat über Zylinder mit der Umformkraft beaufschlagbar sind, -
13 die Prinzipdarstellung eines Werkzeuges zur Herstellung einer 3D-Struktur in einem im Wesentlichen ebenen Bauteil mit einem elastomeren Material, welches unterschiedliche Höhen aufweist, -
14 die Prinzipdarstellung eines Werkzeuges zur Herstellung einer 3D-Struktur in einem im Wesentlichen ebenen Bauteil mit einem elastomeren Material, welches in Richtung zum Bauteil an seiner Wirkfläche zweite Hauptformelemente aufweist, die mit ersten Hauptformelementen im ersten Werkzeugelement korrespondieren, wobei die Hauptformelemente zusätzlich eine Feinstruktur mit Nebenformelementen zur Ausbildung einer 3D-Struktur aufweisen, -
15 eine Darstellung eines Werkzeuges, wobei das zweite Werkzeugelement in Richtung zum Bauteil gewölbt ist vor dem Umformvorgang und -
16 nach Beendigung des Umformvorgangs, -
17 eine weitere Gestaltungsvariante des zweiten Werkzeugelementes und des damit umgeformten im Wesentlichen ebenen Halbzeuges, -
18 die Prinzipdarstellungen zur Erzeugung einer 3D-Struktur in einem schalenförmig vorgeformten Halbzeug, welches in Darstellung a in eine konkav gekrümmten Form des ersten Werkzeuges eingelegt ist und in Darstellung b , welches auf einer konvex gekrümmten Form des ersten Werkzeuges aufliegt; - die
19 bis25 eine Variante der Gestaltung der Stationen eines Folgeverbundwerkzeuges und dabei -
19 eine erste Station, bei welcher in ein im Wesentlichen ebenes Blech (Ronde) ein Formelement mit einem Stempel eingebracht wird, -
20 dieEinzelheit A Gemäß 19 , -
21 eine weitere zweite Station, bei welcher unter Anwendung eines elastischen Mediums eine 3D-Strukrut ausgeformt wird, wobei das bereits eingebrachte Formelement abgestützt wird, -
22 die Einzelheit B gemäß21 , -
23 die Einbringung einer Randkontur und optional die Realisierung des Bauteilbeschnitts, -
24 dieEinzelheit C gemäß23 , -
25 die EinzelheitD gemäß23 , -
26 die Draufsicht eines in den Stationen St1 bis St3 hergestellten Halbzeuges.
-
1 a first tool element in plan view that has 3D structural elements as a negative, -
2 a first tool element acc.1 in three-dimensional view, -
3 a first tool element in plan view, the engraving having support walls and recesses formed between the support walls, -
4 first tool element acc.3 in three-dimensional view, -
5 a partial view of a first tool element with a three-dimensionally curved contact surface and an engraving with support walls, -
6 a partial view of a provided with a vault structure workpiece, -
7 a section through a first tool element with support walls and a molded sheet, -
8th the schematic diagram of a first tool element, a semi-finished product to be formed therewith, which was preformed by deep drawing, and a second tool element arranged above it with an elastomer plate, -
9 the schematic representation acc.8th wherein the semifinished product has been inserted into the first tool element, -
10 the schematic representation of a device with a second tool element in the form of an electromechanical actuator, -
11 the schematic representation of a tool for producing a 3D structure in a substantially planar component with an elastomeric material, -
12 the schematic representation of a tool for producing a 3D structure in a substantially planar component with three regions in the elastomeric material, which are each acted upon separately via cylinders with the forming force, -
13 the schematic representation of a tool for producing a 3D structure in a substantially planar member having an elastomeric material having different heights, -
14 the schematic diagram of a tool for producing a 3D structure in a substantially planar member having an elastomeric material having in the direction of the component on its active surface second main form elements corresponding to first main form elements in the first tool element, wherein the main form elements additionally a fine structure with side elements to form a 3D structure, -
15 an illustration of a tool, wherein the second tool element is curved in the direction of the component before the forming process and -
16 after completion of the forming process, -
17 a further design variant of the second tool element and of the substantially flat semi-finished product formed therewith, -
18 the schematic diagrams for generating a 3D structure in a shell-shaped preformed semi-finished product, which is inserted in representation a in a concave curved shape of the first tool and in representation b, which rests on a convexly curved shape of the first tool; - the
19 to25 a variant of the design of the stations of a progressive tool and thereby -
19 a first station, in which in a substantially planar sheet (Ronde) a molding element is introduced with a punch, -
20 the detail A According to19 . -
21 another second station in which a 3D-Strukrut is formed using an elastic medium, wherein the already introduced molding element is supported, -
22 the detail B according to21 . -
23 the introduction of a border contour and optionally the realization of the component truncation, -
24 the detailC according to23 . -
25 the detailD according to23 . -
26 the top view of a semi-finished product produced in the stations St1 to St3.
In
In
Eine Teildarstellung eines ersten Werkzeugelementes
Je nach dem, wie das Bauteil
In
Die Prinzipdarstellung einer Vorrichtung mit einem ersten Werkzeugelement
Das Halbzeug
Die Gravur
Eine weitere Variante zur Herstellung der 3D-Struktur wird in
Auch hier ist es vorteilhaft, wenn der Flansch
Gemäß der
Innerhalb des Stempels/des dritten Werkzeugelementes
Das zweite Werkzeugelement
Folgende Unterschiede sind bei den Varianten nach den
Gemäß
Das dritte Werkzeugelement (Stempel
Bei Betätigung der Platte
Gemäß
Die Gravur
Dadurch formt sich zuerst in der Mitte und dann in Richtung zu den Randbereichen die 3D-Stuktur im Halbzeug
Selbstverständlich kann auch eine nicht dargestellte Anordnung mit einem nicht symmetrischen Aufbau und mit weniger oder mehr unterschiedlichen Bereichen des zweiten Werkzeugelementes gewählt werden.Of course, a non-illustrated arrangement with a non-symmetrical structure and with fewer or more different regions of the second tool element can be selected.
Die Prinzipdarstellung eines Werkzeuges zur Herstellung einer 3D-Struktur in einem im Wesentlichen ebenen Halbzeug
Dabei weisen die Hauptformelemente
Selbstverständlich kann auch ein asymmetrischer Verlauf der Wölbstruktur bei einer entsprechenden Gestaltung de zweiten Werkzeugelementes erzeugt werden. In
Durch diese im Vergleich zu der lichten Kontur der Stützelemente
Zum dreidimensionalen Strukturieren eines vorgeformten schalen- oder napfartigen Halbzeuges
Das zweite Werkzeugelement
In
In der Variante nach Bild b in
Wird in den beiden Varianten a und b der
Die
Gemäß
In einer dritten Station
Auch bei dem vorgenannten Ausführungsbeispiel erfolgen die Umformprozesse im Halbzeug von innen nach außen.Also in the aforementioned embodiment, the forming processes in the semi-finished from inside to outside.
Selbstverständlich können auch je nach der Geometrie des herzustellenden Bauteils andere Vorformen in Halbzeug realisiert werden. Das vorgeformte Halbzeug
Es können 3D-Strukturierungen in den unterschiedlichsten Varianten in regelmäßigen oder unregelmäßigen Anordnungen in gleichen oder unterschiedlichen Größen in das Bauteil eingebracht werden. Die Grundform der 3D-Strukturierung kann (in der Draufsicht) in Form eines Vielecks (sechseckig, dreieckig usw.), rund oder oval ausgebildet sein.It can 3D structuring in a variety of variants in regular or irregular arrangements in the same or different sizes are introduced into the component. The basic shape of the 3D structuring may be (in plan view) in the form of a polygon (hexagonal, triangular, etc.), round or oval.
Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wölbstrukturierten Bleche sind für alle Bereiche prädestiniert, in welche erhöhte Festigkeits- bzw. Steifigkeitsanforderungen von Wichtigkeit sind. Vorteilhaft sind auch die schalldämmenden Eigenschaften der wölbstrukturierten Bauteile.The vaulted with the inventive device sheets are predestined for all areas in which increased strength or stiffness requirements are of importance. Also advantageous are the sound-absorbing properties of the vault-structured components.
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