DE102013007352A1

DE102013007352A1 - Verfahren und Werkzeug zur Ausbildung einer Kante an einem Blechteil

Info

Publication number: DE102013007352A1
Application number: DE102013007352.9A
Authority: DE
Inventors: Alexander Horvath; Gerhard Bauer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2013-04-27
Filing date: 2013-04-27
Publication date: 2014-10-30
Also published as: HUP1400213A3; HUP1400213A2; HU230498B1

Abstract

Es werden ein Verfahren und ein Werkzeug zur Ausbildung einer Kante (4) mit möglichst kleinem Radius an einem Karosserieblechteil für ein Kraftfahrzeug oder an einem anderen entsprechend dünnwandigen Blechteil (3) mit einer Blechdicke von weniger als 1,25 mm vorgeschlagen, wobei das Blechteil (3) zwischen einer Matrize (2), die die Form und den Verlauf der auszubildenden Kante (4) vorgibt, und einem Stempel (1) in einem Tiefziehvorgang im Bereich der auszubildenden Kante (4) umgeformt wird. Beim Tiefziehvorgang wird an der der auszubildenden Kante (4) gegenüberliegenden Seite des Blechteils (3) eine dem Verlauf der Kante (4) folgende Kerbe (7) mit z. B. symmetrischem Querschnitt und mit einem Prägeradius, der wesentlich größer ist als der Radius der auszubildenden Kante (4), eingeprägt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausbildung einer Kante mit einem möglichst kleinen Radius an einem Blechteil gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.
Bei Karosserieblechteilen von Kraftfahrzeugen besteht oft die Forderung, an diesen beim Herstellungsprozess markante Designlinien auszubilden. Dabei wird in einem Tiefziehverfahren ein dünnwandiges Blechteil zwischen einem unteren Stempel und einer oberen Matrize eines Werkzeugs eingelegt und unter Anwendung einer hohen Presskraft in eine gewünschte Form gebracht. Die Ausbildung scharfer Kanten, deren Radius gegen Null geht, ist dabei problematisch, da im Bereich derartiger Kanten, die die gewünschten Designlinien darstellen sollen, Oberflächenfehler und auch Risse auftreten können. Sind der Stempel und die Matrize an ihren zugewandten Flächen in herkömmlicher Weise identisch geformt, ergibt sich außerdem der Effekt, dass das umzuformende Blechteil im unmittelbaren Kantenbereich keinen Kontakt zur Matrize hat. Dadurch lässt sich eine optimale markante Ausformung einer Kante mit möglichst geringem Radius nicht erreichen.
Aus der DE 27 21 577 A1 ist ein Werkzeug zum Tiefziehen von aus Blech bestehenden Radschüsseln für Räder von Kraftfahrzeugen bekannt, mit dem ein verhältnismäßig dickwandiges Stahlblech im Kaltpressverfahren zwischen einer Patrize und einer Matrize so umgeformt wird, dass eine möglichst definierte Kante entstehen kann. Während des Tiefziehvorganges wird das Stahlblech im Bereich der zu bildenden Kante neben dem Tiefziehen außerdem noch fließgepresst. Die Materialstärke des dabei verwendeten Stahlblechs beträgt 3 bis 6 mm, weshalb dieses bekannte Pressverfahren nicht unmittelbar auf ein Tiefziehverfahren für dünnwandige Karosserieblechteile übertragbar ist. Bei derart dicken Stahlblechen, wie sie zur Herstellung von Radschüsseln Verwendung finden, treten insbesondere keine Rissbildungen und unkontrollierten Materialschwächungen auf. Aus diesem Grunde sind bei dem bekannten Werkzeug zum Tiefziehen für Radschüsseln auch sehr unterschiedliche Formen für die Innenform (Patrize) beispielhaft angegeben. Wesentlich ist dabei lediglich, dass ein Fließpressen im Bereich der auszubildenden Kante erfolgt, jedoch kann dies bei dem bekannten Werkzeug mittels nahezu beliebig geformter Innenformen durchgeführt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ausbildung einer Kante mit möglichst kleinem Radius an einem dünnwandigen Blechteil von weniger als 1,25 mm Blechdicke so durchführen zu können, dass eine scharfe Kantenbildung und gleichzeitig eine möglichst hohe Qualität für das Blechteil erreicht werden.
Die Lösung dieser Aufgabe erhält man mit den im Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Besonders vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patenanspruchs 1 ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass beim Tiefziehvorgang an der der auszubildenden Kante gegenüberliegenden Seite des Blechteils eine dem Verlauf der Kante folgende Kerbe mit einem Prägeradius, der wesentlich größer ist als der Radius der auszubildenden Kante, eingeprägt wird. Durch die derart ausgebildete Einprägung einer Kerbe wird ein Fließen des Materials in den kantenbildenden Bereich der Matrize erreicht, wodurch ein dünnwandiges Blechteil mit sehr markant ausgebildeter Kante herstellbar ist. Eine im Querschnitt symmetrische Ausbildung der Kerbe kann bei einer entsprechenden Bauteilegeometrie vorteilhaft sein und eine gleichmäßige Kräfteverteilung während des Pressvorgangs bewirken, wodurch Rissbildungen oder ungleichmäßige Verformungen am Blechteil vermieden werden. Bei asymmetrischen Bauteilegeometrien kann ein entsprechend angepasster asymmetrischer Kerbenquerschnitt vorteilhaft sein.
Der Kerbenquerschnitt kann achsensymmetrisch zu der Verbindungslinie zwischen der auszubildenden Kante und der Kerbenmitte ausgebildet sein. Damit wird beidseitig der Kerbe und der Kante eine gleichmäßige Kräfteverteilung beim Tiefziehvorgang und bei dem gleichzeitig stattfindenden Fließpressen erzielt.
Bei einem Karosserieblechteil mit einer Blechdicke von ca. 0,7 mm kann der Prägeradius sehr vorteilhaft in einer Umformsimulation ermittelt und mit einem Sicherheitsoffset von 0,5 mm versehen werden.
Durch die Ausbildung der Kerbe gegenüberliegend zur auszubildenden Kante erfolgt eine Reduzierung der Blechdicke im Kantenbereich, die bei etwa 5% bis 15% bevorzugt liegt. Die Reduzierung der Blechdicke durch den Pressvorgang wird durch die Formgebung der verwendeten Werkzeuge und den angewendeten Pressdruck bestimmt.
Der Tiefziehvorgang und der gleichzeitige Prägevorgang werden vorzugsweise so ausgeführt, dass sich auch außerhalb des Kantenbereichs eine geringfügige Blechdickenreduzierung ergibt. So kann beispielsweise der Tiefziehvorgang so gesteuert werden, dass am Fertigteil eine vorgegebene Blechstärke erreicht wird, um beispielsweise auch Toleranzen an den Blechteilen ausgleichen zu können.
Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen, mit dem an dünnwandigen Blechteilen markante Designlinien ausgeprägt werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe erhält man mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7. Besonders vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Werkzeugs sind in den Unteransprüchen 8 bis 10 angegeben.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruch 7 besitzt der verwendete Stempel des Werkzeugs, der an der der auszubildenden Kante gegenüberliegenden Seite des Blechteils zur Anlage kommt, einen abstehenden gerundeten Prägerand, der dem Verlauf der auszubildenden Kante folgt. Dieser Prägerand kann auch als Vorhaltung bezeichnet werden. Beim Pressvorgang drückt der Prägerand in das Blechteil eine im Querschnitt gerundete, etwa v-förmige Kerbe ein.
Um ein lokales, gleichmäßig verteiltes Fließen des Werkstoffes in die scharfkantig ausgeführte Winkelzone einer dem Stempel gegenüberliegenden Matrize zu erreichen, die die Kante am Blechteil ausbildet, besitzt der Prägerand eine Rundung mit einem Prägeradius, der z. B. in einem Bereich von 150% der Blechdicke bis zu 300% der Blechdicke liegen kann. Der optimale Prägeradius kann in eier Umformsimulation ermittelt und mit einem Sicherheitsoffset von 0,5 mm versehen werden.
Der Prägerand ragt am Stempel bzw. an den sich seitlich anschließenden Flächen des Stempels mit einem Überstand u ab, wobei u in einem Bereich von 5% bis 15% der Blechdicke des zu bearbeitenden Blechteils liegt. Je nach Anwendungsfall kann der Überstand u auch größer oder kleiner sein. Bei der Verwendung von Blechteilen mit einer Blechdicke von 1,0 mm hat sich ein Überstand u mit 0,1 bis 0,2 mm als geeignet gezeigt. Je nach Materialbeschaffenheit des verwendeten Blechteils kann hiervon aber auch bei der Bemessung des Überstands u abgewichen werden.
Der Prägeradius des Prägerands geht über Gegenradien in die angrenzenden Stempelflächen über, so dass ein „weicher” Übergang entsteht. Dieser weiche Übergang ist gerade bei der Bearbeitung dünnwandiger Blechteile, wie dies erfindungsgemäß vorgesehen ist, von Vorteil, um eine möglichst materialschonende Materialumformung zu erreichen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft erläutert.
Es zeigen:
1 ein Werkzeug zum Tiefziehen nach dem Stand der Technik mit einem unten angeordneten Stempel und einer oben angeordneten Matrize und
2 ein erfindungsgemäßes Werkzeug, bei dem der Stempel unterhalb einer an einem Blechteil auszubildenden Kante einen Prägerand besitzt.
1 zeigt die vereinfachte Darstellung eines zum Tiefziehen verwendeten Werkzeugs nach dem Stand der Technik, das einen unten feststehend angeordneten Stempel 1 und eine Matrize 2 besitzt, die vertikal zur Durchführung des Tiefziehvorgangs verstellbar ist. Zwischen dem Stempel 1 und der Matrize 2 liegt ein Blechteil 3 ein, an dem eine Kante 4 ausgebildet werden soll. Da jedoch der Stempel 1 und die Matrize 2 an den dem Blechteil 3 zugewandten Oberflächen gleichermaßen abgewinkelte Oberflächen haben, wird beim Tiefziehvorgang keine besonders markante Kante 4, sondern nur eine Kante mit einer Rundung erzielt. Obgleich im Kantenbereich an der Matrize 2 eine Winkelzone 5 mit einem Radius annähernd gleich Null ausgebildet ist, wird an dem Blechteil 3 eine Kante mit einem derart markanten Radius nicht erreicht.
Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug, wie es in 2 bzgl. seines prinzipiellen Aufbaus im Querschnitt dargestellt ist, ist an dem Stempel 1 ein Prägerand 6 als so genannte Vorhaltung ausgebildet. Beim Tiefziehverfahren wird mittels einer hier nicht näher dargestellten Presse die Matrize 2 in Pfeilrichtung gegen das Blechteil 3 niedergedrückt, so dass der Prägerand 6 an der der Kante 4 gegenüberliegenden Seite des Blechteils 3 eine Kerbe 7 einprägt. Dadurch entsteht im Kantenbereich bzw. an der Winkelzone 5 ein derart hoher Pressdruck, dass dort das Material in die Winkelzone 5 fließt und eine Kante 4 am Blechteil 3 mit einem Radius von zumindest annähernd gleich Null ausgebildet wird.
Der Prägerand 6 steht mit einem Überstand u gegenüber den angrenzenden Oberflächen 8, 9 des Stempels 1 ab. Dieser Überstand u beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 0,15 mm, wenn die verwendete Blechdicke 1,0 mm beträgt.
Die in 1 und in 2 im Querschnitt dargestellten Werkzeuge sind zur Durchführung eines Tiefziehverfahrens an großen Blechteilen, wie sie im Karosseriebau verwendet werden, vorgesehen. Die an einem Blechteil 3 auszubildende Kante 4 kann sich über das gesamte Blechteil 3, beispielsweise über eine Länge von über 1 Meter, erstrecken. Der Prägerand 6 verläuft unterhalb der Kante 4 und folgt exakt dem Verlauf der Kante 4, so dass auch die an der Unterseite des Blechteils 3 ausgebildete Kerbe 7 gleichermaßen wie die Kante 4 am Blechteil 3 verläuft. In 2 ist insbesondere ersichtlich, dass die Kerbe 7 zu der Verbindungslinie 10 zwischen Kante 4 und der Mitte der Kerbe 7 symmetrisch ausgebildet ist, was jedoch nicht zwingend erforderlich ist, und einen gerundeten, weichen Übergang zu den angrenzenden Flächen des Blechteils 3 hat. Der Prägerand 6 ist formgebend für die Kerbe 7, so dass dieser gleichermaßen gerundet am Stempel 1 angeformt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2721577 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Ausbildung einer Kante (4) mit möglichst kleinem Radius an einem Karosserieblechteil für ein Kraftfahrzeug oder an einem anderen entsprechend dünnwandigen Blechteil (3) mit einer Blechdicke von vorzugsweise weniger als 1,25 mm, wobei das Blechteil (3) zwischen einer Matrize (2), die die Form und den Verlauf der auszubildenden Kante (4) vorgibt, und einem Stempel (1) in einem Tiefziehvorgang im Bereich der auszubildenden Kante (4) umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Tiefziehvorgang an der der auszubildenden Kante (4) gegenüberliegenden Seite des Blechteils (3) eine dem Verlauf der Kante (4) folgende Kerbe (7) mit einem Prägeradius, der größer ist als der Radius der auszubildenden Kante (4), eingeprägt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kerbenquerschnitt achsensymmetrisch zu der Verbindungslinie (10) zwischen auszubildender Kante (4) und der Kerbenmitte ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägeradius in einer Umformsimulation ermittelt und mit einem Sicherheitsoffset von 0,5 mm versehen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ausbildung der Kerbe (7) eine Reduzierung der Blechdicke im Kantenbereich erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduzierung der Blechdicke im Kantenbereich gegenüber der sonstigen Blechdicke bei etwa 5% bis 15% liegt.
Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefziehvorgang und der gleichzeitige Prägevorgang so ausgeführt werden, dass sich auch außerhalb des Kantenbereichs eine geringfügige Blechdickenreduzierung ergibt.
Werkzeug zur Ausbildung einer markanten Kante (4) an einem dünnwandigen Blechteil (3), vorzugsweise an einem für eine Fahrzeugkarosserie vorgesehenes Blechteil, wobei das Werkzeug einen Stempel (1) und eine Matrize (2) hat, zwischen denen das zu bearbeitende Blechteil (3) einliegt, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Stempel (1), der an der der auszubildenden Kante (4) gegenüberliegenden Seite des Blechteils (3) zur Anlage kommt, ein abstehender, im Querschnitt gerundeter Prägerand (6) ausgebildet ist, der dem Verlauf der auszubildenden Kante (4) folgt.
Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rundung des Prägerands (6) einen Prägeradius hat, der in einem Bereich von 150% der Blechdicke bis zu 300% der Blechdicke liegt.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägerand (6) am Stempel (1) um einen Überstand u absteht, wobei u in einem Bereich von 5% bis 15% der Blechdicke des zu bearbeitenden Blechteils (3) liegt.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägeradius des Prägerands (6) über Gegenradien in die angrenzenden Stempelflächen (8, 9) übergeht.