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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen eines Blechmaterials in einem pressengebundenen Umformwerkzeug, wie insbesondere einem Tiefziehwerkzeug, mit der Möglichkeit zu einer gezielten lokalen Beeinflussung des Materialflusses während des Umformvorgangs.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Trennvorrichtung für die Verwendung in einem pressengebundenen Umformwerkzeug, sowie ein pressengebundenes Umformwerkzeug mit wenigstens einer solchen Trennvorrichtung.
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Pressengebundene Umformwerkzeuge für das Umformen eines Blechmaterials weisen mehrere zueinander relativbewegliche Werkzeugteile auf (bspw. ein Werkzeugoberteil und ein Werkzeugunterteil) die mit korrespondierenden Wirkflächen ausgebildet sind. Um beim Umformen einen gewünschten Materialfluss des umzuformenden Blechmaterials im Umformwerkzeug zu erhalten, werden diese in der Regel aufwändig eingearbeitet.
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Ferner besteht die Möglichkeit, während eines Umformvorgangs den Materialfluss im Umformwerkzeug von außen, insbesondere über den Flanschabschnitt (Werkstückflansch), zu beeinflussen, bspw. durch steuerbare Ziehleisten und/oder durch Veränderung der Niederhalterpressung, wobei auch Möglichkeiten zur Anpassung einer lokalen Niederhalterpressung bekannt sind (z. B. mittels pressenseitiger Vielpunkt-Ziehkisseneinrichtung). Daneben besteht die Möglichkeit, während eines Umformvorgangs den Materialfluss im Umformwerkzeug von innen, bspw. durch vorausgehendes Einbringen von so genannten Entlastungslöchern in das Blechmaterial, zu beeinflussen. Solche Entlastungslöcher werden typischerweise im Bereich von späteren Ausschnitten (bspw. Fensterausschnitten, Türausschnitten, Schiebedachausschnitten und dergleichen) angeordnet.
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Im Zuge komplexer werdender Blechformteilgeometrien, neuer Blechmaterialien und sich verändernder Produktionsanforderungen reichen die aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen zur Beeinflussung des Materialflusses in einem Umformwerkzeug während des Umformvorgangs, d. h. während des Umformens des Blechmaterials, häufig nicht mehr aus. Dies betrifft insbesondere die Herstellung von Blechformteilen für Kraftfahrzeugkarosserien, die teilweise auch schwierig zu formende Designelemente aufweisen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Möglichkeiten aufzuzeigen, wie sich wenigstens ein mit dem Stand der Technik einhergehender Nachteil vermeiden oder zumindest in seinem Ausmaß verringern lässt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Mit einem nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch auf eine erfindungsgemäße Trennvorrichtung. Mit einem weiteren nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Lösung der Aufgabe ferner auf ein erfindungsgemäßes Umformwerkzeug. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände sowohl aus den abhängigen Ansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Umformen eines Blechmaterials in einem pressengebundenen Umformwerkzeug, wie insbesondere einem Tiefziehwerkzeug, mit der Möglichkeit zu einer gezielten lokalen Beeinflussung des Materialflusses während des Umformvorgangs, zeichnet sich dadurch aus, dass der Umformvorgang mit wenigstens einem im Umformwerkzeug verbauten Sensor erfasst und hiermit überwacht wird, und dass bei Erkennen eines kritischen Zustands eine gezielte Trennung des Blechmaterials an wenigstens einer definierten Stelle im Umformwerkzeug herbeigeführt wird, um dadurch während des weiteren Umformvorgangs lokal einen verstärkten Materialfluss zu ermöglichen.
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Unter Materialfluss (bzw. Werkstofffluss) wird die Relativbewegung des umzuformenden Blechmaterials gegenüber den Werkzeugwirkflächen verstanden. Ein geringer Materialfluss zeichnet sich durch eine geringe und ein starker Materialfluss zeichnet sich durch eine große Relativbewegung und/oder Bewegungsgeschwindigkeit der Relativbewegung aus. Unter einem lokalen Materialfluss wird je nach Sichtweise der Materialfluss in einem bestimmten Bereich des Umformwerkzeugs oder in einem bestimmten Abschnitt des Blechmaterials (bzw. Blechformteils) verstanden.
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Die Erfindung ermöglicht die bedarfsgerechte lokale Herbeiführung eines verstärkten Materialflusses im Inneren des Umformwerkzeugs während des Umformvorgangs. Damit besteht die Möglichkeit, während eines Umformvorgangs den Materialfluss im Umformwerkzeug nicht von außen, sondern von innen (quasi im inneren Bereich der verwendeten Blechplatine) zu beeinflussen. Mit der Erfindung lassen sich unterschiedliche Zielsetzungen verfolgen, wie bspw. die Vermeidung von Reißern und Falten im Blechmaterial, die Verhinderung einer unzulässigen Blechausdünnung des Blechmaterials, die Vermeidung von Nachlaufkanten im Blechmaterial bzw. eine nachlaufkantenfreie Ausbildung von Designkanten usw., usf. Die Erfindung eignet sich insbesondere für die Herstellung komplex geformter Blechformteile, vorzugsweise mit schwierig zu formenden Designelementen. Dies sind z. B. Karosserie-Blechbauteile mit bspw. wenigstens einer eingeformten Versteifungs- und/oder Designkante. Die Erfindung kann auch einen Beitrag zur Reduzierung der zur Herstellung eines Blechformteils erforderlichen Bearbeitungsschritte (Ziehstufen) leisten.
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Die Erfassung des Umformvorgangs erfolgt erfindungsgemäß mit wenigstens einem im bzw. am Umformwerkzeug verbauten Sensor, wobei ein solcher Sensor z. B. auch pressenseitig angeordnet sein kann. Ein Sensor ist insbesondere ein berührender oder berührungsloser Messfühler oder Messgrößenaufnehmer, der an einer geeigneten Position verbaut ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass dieser Sensor gegen das umzuformende Blechmaterial gerichtet ist und somit den Umformvorgang am Blechmaterial erfasst. Hiermit ist gemeint, dass die Erfassung des Umformvorgangs durch direkte „Betrachtung” des Blechmaterials mit Hilfe des Sensors erfolgt.
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Bei dem Sensor handelt es sich z. B. um einen Sensor zur Erfassung der Blechdicke (des Blechmaterials) oder um einen Sensor zur Erfassung einer Blechbewegung (im Umformwerkzeug) wie insbesondere eines Blechkanteneinlaufs (bspw. an einer Schnittkante eines Entlastungslochs). Bei dem Sensor kann es sich auch um eine Kamera handeln. Anhand der mit dem Sensor erfassten Werte (Messwerte) kann eine Überwachung des Umformvorgangs erfolgen. Hierfür sind insbesondere eine computerbasierte Steuereinrichtung, mit geeigneter Software, vorgesehen, mit deren Hilfe bei Erkennen eines kritischen Zustands auch die Einleitung eines Trennvorgangs automatisch veranlasst werden kann.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Trennung des Blechmaterials im Bereich eines späteren Ausschnitts (bspw. Fensterausschnitt, Türausschnitt, Schiebedachausschnitt) oder im Bereich einer Ankonstruktion (unter einer Ankonstruktion wird insbesondere ein weder zum Blechbauteil noch zum Flansch gehörender Abschnitt des Blechformteils verstanden) erfolgt. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Trennung des Blechmaterials zwischen zwei Entlastungslöchern in einem Ausschnitt oder einer Ankonstruktion erfolgt.
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Die Trennung des Blechmaterials an einer definierten Stelle im Umformwerkzeug kann mit Hilfe einer im Umformwerkzeug verbauten Trennvorrichtung erfolgen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Trennung des Blechmaterials durch Einkerben des Blechmaterials (bzw. durch Einbringen einer Kerbe in das Blechmaterial) mit nachfolgender Rissentstehung und Rissausbreitung erfolgt. Die mit Hilfe der Trennvorrichtung eingebrachte Kerbe dient somit gemäß den bekannten Gesetzmäßigkeiten der Rissinitiierung. Durch die Kerbengestaltung und den Kerbenverlauf kann ein Rissverlauf vorgegeben werden. Ebenso kann vorgesehen sein, dass die Trennung des Blechmaterials durch Schneiden des Blechmaterials (bzw. durch Einbringen eines Schnitts in das Blechmaterial) erfolgt. An den Schnittenenden eines in das Blechmaterial eingebrachten Schnitts kann es zu einer definierten Rissausbreitung kommen. Die beiden beschriebenen Vorgehensweisen (Kerben und Schneiden) sind auch miteinander kombinierbar. Aufgrund vorhandener Spannungen im Blechmaterial kann es bei Betätigung der Trennvorrichtung auch zu einem spontanen Reißen (bzw. Platzen) der Blechmaterials kommen.
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Die erfindungsgemäße Trennvorrichtung für die Herbeiführung einer gezielten Trennung des Blechmaterials in einem Umformwerkzeug während des Umformvorgangs umfasst wenigstens ein Kerb- und/oder Schneidelement und wenigstens eine Antriebseinrichtung zur Betätigung und insbesondere zur Kraftbeaufschlagung des Kerb- und/oder Schneidelements. Bei Erkennen eines kritischen Zustands kann die Antriebseinrichtung aktiviert werden, um mit Hilfe des Kerb- und/oder Schneidelements die gezielte Trennung des Blechmaterials herbeizuführen. Die Aktivierung der Antriebseinrichtung kann durch die Steuereinrichtung veranlasst werden. Bei der Antriebseinrichtung kann es sich z. B. um eine zum Betätigungszeitpunkt vorgespannte Federeinrichtung (mechanischer, hydraulischer oder pneumatischer Art) oder um eine hydraulische, pneumatische, elektromagnetische oder piezoelektrische Antriebseinrichtung handeln.
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Das erfindungsgemäße pressengebundene Umformwerkzeug umfasst wenigstens eine erfindungsgemäße Trennvorrichtung. Das erfindungsgemäße Umformwerkzeug kann mehrere identisch oder unterschiedlich ausgebildete Trennvorrichtungen aufweisen, die individuell und bedarfsgerecht betätigt werden können. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass das erfindungsgemäße Umformwerkzeug wenigstens einen Sensor zur Erfassung einer Blechbewegung wie bspw. des Blechkanteneinlaufs aufweist. Hierfür kann der Sensor z. B. aus einer senkrechten Richtung (orthogonal zur Blechebene) das Blechmaterial und insbesondere eine Kante (bspw. Innenschnittkante an einem Entlastungsloch) betrachten. Insbesondere ist vorgesehen, dass dieser Sensor bzw. Blechkanteneinlaufsensor auf einer Laserstrahlabtastung basiert.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die schematischen Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können jedoch, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.
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1 zeigt in einer Draufsicht ein erfindungsgemäß hergestelltes Blechformteil.
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2 zeigt in einer Schnittansicht einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Umformwerkzeug zur Herstellung des Blechformteils aus 1.
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1 zeigt ein Blechformteil 100, das aus einem umgeformten Blechmaterial 110 gebildet ist. Das Blechformteil 100 umfasst das Blechbauteil 120, wobei es sich beispielhaft um ein Außenhautteil (Türaußenblech) für eine Kraftfahrzeugkarosserie handelt. Das Blechbauteil 120 ist von einem Flansch 130 umgeben, der bei einem nachgelagerten Schneidvorgang abgetrennt wird. Das Blechbauteil 120 weist einen Fensterausschnitt 140 auf, der ebenfalls in einem nachgelagerten Schneidvorgang herausgetrennt wird. Mit 161 und 162 sind zwei Entlastungslöcher bezeichnet, die innerhalb des Fensterausschnitts 140 angeordnet sind. Mit 150 ist eine unterhalb der unteren Fensterkante angeordnete Versteifungs- und/oder Designkante im Blechbauteil 120 bezeichnet.
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Die Herstellung des Blechformteils 100 erfolgt durch Umformen eines als Blechplatine bereitgestellten Ausgangsblechmaterials in einem Umformwerkzeug, wobei es sich insbesondere um ein Tiefziehwerkzeug handelt, oder gegebenenfalls auch in mehreren miteinander verketteten Umformwerkzeugen (Ziehstufen). Hierbei erweist sich bspw. die Ausformung der Designkante 150 als kritisch, da während des Umformvorgangs im Bereich dieser Designkante 150 Reißer, Falten, Blechausdünnungen und/oder Nachlaufkanten im Blechmaterial 110 entstehen können.
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Die Erfindung sieht daher vor, dass der im Umformwerkzeug stattfindende Umformvorgang im Bereich der Designkante 150 mit wenigstens einem im Umformwerkzeug verbauten Sensor in Echtzeit erfasst wird und dass bei Erkennen eines kritischen Zustands eine gezielte Trennung des Blechmaterials 110 an einer definierten Stelle im Umformwerkzeug herbeigeführt wird, um dadurch während des weiteren Umformvorgangs lokal einen verstärkten Materialfluss zu ermöglichen.
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Bei dem Sensor kann es sich bspw. um einen Sensor zur Erfassung des Blechkanteneinlaufs in Richtung der Designkante 150 an den Entlastungslöchern 161 und/oder 162 handeln (siehe Bezugszeichen 400). Nimmt der Blechkanteneinlauf einen kritischen Wert an, so kann durch die zeitgenaue und gezielte (d. h. beabsichtigt herbeigeführte) Trennung des Blechmaterials 110 zwischen den Entlastungslöchern 161 und 162 im weiteren Umformvorgang ein verstärkter Materialfluss in Richtung der Designkante 150 ermöglicht werden. Die gezielte Trennung des Blechmaterials 110, wobei es sich um einen Schnitt und/oder um einen Reißer handeln kann, ist in 1 mit T bezeichnet.
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Die gezielte Trennung des Blechmaterials 110 an einer definierten Stelle (wobei die in 1 gezeigte Stelle nur beispielhaft ist), wird durch eine im Umformwerkzeug angeordnete Trennvorrichtung herbeigeführt. 2 zeigt ein Umformwerkzeug 200 mit einem Werkzeugoberteil 210, einem Werkzeugunterteil 220 und einer im Werkzeugunterteil 220 angeordneten Trennvorrichtung 300. Die Trennvorrichtung 300 umfasst ein bspw. aus Keramik oder Hartmetall gebildetes Kerb- und/oder Schneidelement 310 und eine Antriebseinrichtung 320 zur Betätigung des Kerb- und/oder Schneidelements 310. Mit 330 sind Dämpfungs- und Federelemente zur Schlagdämpfung und zur Rückstellung des Kerb- und/oder Schneidelements 310 bezeichnet.
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Wird von einer nicht dargestellten Steuereinrichtung anhand der vom Sensor 400 erfassten Werte ein kritischer Zustand erkannt, erfolgt eine Aktivierung der Antriebseinrichtung 320 der Trennvorrichtung 300, worauf hin das keilförmig und somit scharfkantig ausgebildete Kerb- und/oder Schneidelement 310 mit vorbestimmter Kraft F an einer definierten Stelle gegen das Blechmaterial 110 gedrückt wird. Je nach gewünschter Vorgehensweise kann hierbei in das Blechmaterial 110 eine Kerbe oder ein Schnitt eingebracht werden. Eine in das Blechmaterial 110 eingebrachte Kerbe führt aufgrund der resultierenden Spannungszustände zu einem Riss und einer Rissausbreitung, die beendet ist, wenn der Riss T auf die Entlastungslöcher 161 und 162 trifft. Die erläuterte Vorgehensweise kann mit geringen Abwandlungen auch ohne die Entlastungslöcher 161 und 162 realisiert werden, so dass die Erfindung unter Umständen den Verzicht auf Entlastungslöcher ermöglicht.
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Für das Kerb- und/oder Schneidelement 310 ist, insbesondere wenn es sich um ein Kerbelement handelt, kein korrespondierendes Gegenkerb- bzw. Gegenschneidelement vorgesehen. Damit unterscheidet sich die Trennvorrichtung 300 zu bekannten Schneidvorrichtungen, die für gewöhnlich eine Schneide und eine mit der Schneide korrespondierende Schneidmatrize umfassen.
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Eine bevorzugte Variante sieht vor, dass das Blechmaterial 110 im Abschnitt der vorgesehenen Trennung T eine definierte Blechausdünnung, gegebenenfalls mit einhergehender Kaltverfestigung, erfährt und dass das Blechmaterial 110 dann durch das gezielte Aufbringen einer Kraft F mit Hilfe eines auch stumpfen Kerb- und/oder Schneidelements 310 in diesem Bereich bricht oder aufreißt.
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Die Figuren sind nur beispielhaft und zeigen ein mögliches Anwendungsbeispiel der Erfindung. Die in vielerlei Hinsicht vorteilhafte Erfindung schafft neue Möglichkeiten zur aktiven lokalen Beeinflussung des Materialflusses im Inneren eines herzustellende Blechformteils während des Umformens bzw. während der Formgebung, was bspw. eine exakte Formung von Sollgeometrien insbesondere im Bereich von Designelementen, eine Vermeidung von Nachlaufkanten, eine Vermeidung von undefinierten Rissen und/oder Falten, eine Vermeidung von Einschnürungen und eine Homogenisierung der Blechausdünnung, eine Verbesserung der Bauteiloberflächenqualität, eine Verhinderung von Kantenwanderung im Umformwerkzeug (und eine damit verbundene Entstehung von Nachlaufkanten) und dergleichen mehr ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Blechformteil
- 110
- Blechmaterial
- 120
- Blechbauteil
- 130
- Flansch
- 140
- Ausschnitt
- 150
- Designkante
- 161
- Entlastungsloch
- 162
- Entlastungsloch
- 200
- Umformwerkzeug
- 210
- Werkzeugoberteil
- 220
- Werkzeugunterteil
- 300
- Trennvorrichtung
- 310
- Kerb- und/oder Schneidelement
- 320
- Antriebseinrichtung
- 330
- Dämpfungs- und/oder Federelement
- 400
- Sensor
- F
- Kraft
- T
- Trennung (Riss und/oder Schnitt)
