DE102013007352A1

DE102013007352A1 - Method and tool for forming an edge on a sheet metal part

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: HUP1400213A2; HU230498B1; HUP1400213A3

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.A method and a tool for forming an edge (4) with the smallest possible radius on a body sheet metal part for a motor vehicle or on another correspondingly thin-walled sheet metal part (3) with a sheet thickness of less than 1.25 mm are proposed, the sheet metal part ( 3) between a die (2), which specifies the shape and the course of the edge (4) to be formed, and a punch (1) in a deep-drawing process in the area of the edge (4) to be formed. During the deep-drawing process, on the side of the sheet metal part (3) opposite the edge (4) to be formed, a notch (7) following the course of the edge (4) with z. B. symmetrical cross-section and with a stamping radius that is significantly larger than the radius of the edge to be formed (4), embossed.

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.The invention relates to a method for forming an edge with the smallest possible radius on a sheet metal part according to the preamble of patent claim 1 and a tool for carrying out the method with the features of claim 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.In the case of car body panels of motor vehicles, there is often the requirement to design striking design lines for these during the production process. In this case, a thin-walled sheet metal part is inserted between a lower punch and an upper die of a tool in a deep drawing and brought into a desired shape using a high pressing force. The formation of sharp edges, whose radius goes to zero, is problematic because surface defects and also cracks can occur in the region of such edges, which are intended to represent the desired design lines. If the punch and the die are identically shaped on their facing surfaces in a conventional manner, there is also the effect that the sheet metal part to be formed has no contact with the die in the immediate edge region. As a result, an optimal distinctive shape of an edge with the smallest possible radius can not be achieved.

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.From the DE 27 21 577 A1 is a tool for deep drawing made of sheet metal wheels for wheels of motor vehicles is known, with which a relatively thick-walled steel sheet is cold formed between a male and a female die so that a possible defined edge can arise. During the deep-drawing process, the steel sheet is also extruded in the area of the edge to be formed next to the deep drawing. The material thickness of the steel sheet used in this case is 3 to 6 mm, which is why this known pressing method is not directly applicable to a deep-drawing process for thin-walled body panels. In such a thick steel sheets, such as those used for the production of Radschüsseln use, in particular, no cracking and uncontrolled material weakening. For this reason, very different shapes for the inner mold (male) are given by way of example in the known tool for deep drawing for Radschüsseln. It is only essential that an extrusion takes place in the region of the edge to be formed, but this can be done in the known tool by means of almost arbitrarily shaped inner shapes.

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.The invention has for its object to be able to perform a method for forming an edge with the smallest possible radius on a thin-walled sheet metal part of less than 1.25 mm sheet thickness so that a sharp edges and at the same time the highest possible quality for the sheet metal part can be achieved.

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.The solution to this problem is obtained with the features specified in claim 1. Particularly advantageous developments of the method according to the invention are disclosed in the subclaims 2 to 6.

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.According to the characterizing part of patent claim 1, it is provided in the method according to the invention that, during the deep-drawing process, a notch following the course of the edge is embossed on the side of the sheet-metal part which follows the course of the edge with an embossing radius substantially greater than the radius of the edge to be formed , By thus impressing a notch, a flow of the material is achieved in the edge-forming region of the die, whereby a thin-walled sheet metal part can be produced with a very distinctive design edge. A cross-sectional symmetrical design of the notch may be advantageous in a corresponding component geometry and cause a uniform distribution of forces during the pressing process, whereby cracks or uneven deformations are avoided on the sheet metal part. For asymmetric component geometries, a correspondingly adapted asymmetrical notch cross section may be advantageous.

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.The notch cross-section may be formed axially symmetrical to the connecting line between the edge to be formed and the notch center. Thus, both sides of the notch and the edge a uniform distribution of forces during the deep-drawing process and the simultaneous held extrusion is achieved.

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.In a body panel with a sheet thickness of about 0.7 mm, the embossing radius can be determined very advantageous in a forming simulation and provided with a safety offset of 0.5 mm.

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.By forming the notch opposite the edge to be traced, the sheet thickness is reduced in the edge region, which is preferably about 5% to 15%. The reduction of the sheet thickness by the pressing process is determined by the shape of the tools used and the applied pressure.

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.The deep-drawing process and the simultaneous embossing process are preferably carried out so that even outside the edge region results in a slight reduction in sheet thickness. Thus, for example, the deep-drawing process can be controlled so that the finished part a predetermined Sheet thickness is achieved, for example, to be able to compensate for tolerances on the sheet metal parts.

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.The invention is based on the further object to provide a tool for carrying out the method according to the invention, with the design of thin-walled sheet metal parts striking design lines can be pronounced.

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.The solution to this problem is obtained with the features of claim 7. Particularly advantageous developments of the tool according to the invention are specified in the subclaims 8 to 10.

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.According to the characterizing part of claim 7, the die used of the tool, which comes to rest on the side of the sheet metal part opposite the trainee edge, has a protruding rounded embossing edge which follows the course of the edge to be formed. This embossing sand can also be referred to as Vorhaltung. During the pressing process, the embossing edge presses into the sheet metal part a cross-sectionally rounded, approximately V-shaped notch.

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.In order to achieve a local, evenly distributed flow of the material in the sharp-edged angular zone of a die opposite the die, which forms the edge of the sheet metal part, the embossing edge has a curve with a embossing radius, the z. B. in a range of 150% of the sheet thickness can be up to 300% of the sheet thickness. The optimum embossing radius can be determined in a forming simulation and provided with a safety offset of 0.5 mm.

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.The embossing edge protrudes on the stamp or on the laterally adjoining surfaces of the stamp with a projection u, wherein u is in a range of 5% to 15% of the sheet thickness of the sheet metal part to be processed. Depending on the application, the supernatant u may also be larger or smaller. When using sheet metal parts with a sheet thickness of 1.0 mm, a supernatant u at 0.1 to 0.2 mm has been found suitable. Depending on the material properties of the sheet metal part used, however, this can also be deviated from in the design of the supernatant u.

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.The embossing radius of the embossing edge merges with counter radii in the adjacent stamp surfaces, so that a "soft" transition is created. This soft transition is especially in the processing of thin-walled sheet metal parts, as provided for in the invention, an advantage in order to achieve a material-saving material conversion as possible.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft erläutert.The invention will be explained by way of example with reference to the drawing.

Es zeigen:Show it:

1 ein Werkzeug zum Tiefziehen nach dem Stand der Technik mit einem unten angeordneten Stempel und einer oben angeordneten Matrize und 1 a deep-drawing tool according to the prior art with a stamp arranged below and a die arranged on top and

2 ein erfindungsgemäßes Werkzeug, bei dem der Stempel unterhalb einer an einem Blechteil auszubildenden Kante einen Prägerand besitzt. 2 an inventive tool in which the punch has a stamping edge below an edge to be formed on a sheet metal part.

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. 1 shows the simplified representation of a used for deep drawing tool according to the prior art, which has a fixed bottom stamp 1 and a die 2 has, which is vertically adjustable to perform the deep drawing operation. Between the stamp 1 and the matrix 2 lies a sheet metal part 3 one on which an edge 4 should be trained. However, because the stamp 1 and the matrix 2 at the sheet metal part 3 facing surfaces have equally angled surfaces, the deep-drawing process is not a particularly striking edge 4 but only one edge is achieved with a rounding. Although in the edge area on the die 2 an angular zone 5 is formed with a radius approximately equal to zero, is on the sheet metal part 3 not reached an edge with such a distinctive radius.

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.In the tool according to the invention, as in 2 with respect to its basic structure is shown in cross-section, is on the stamp 1 a margin 6 trained as a so-called provision. In the deep-drawing process is by means of a press not shown here, the die 2 in the direction of the arrow against the sheet metal part 3 depressed so that the embossing edge 6 at the edge 4 opposite side of the sheet metal part 3 a notch 7 impresses. This results in the edge area or at the angle zone 5 such a high pressing pressure that there the material in the angular zone 5 flows and an edge 4 on the sheet metal part 3 is formed with a radius of at least approximately equal to zero.

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.The stamping margin 6 stands with a protrusion u opposite the adjacent surfaces 8th . 9 of the stamp 1 from. This supernatant u is about 0.15 mm in the illustrated embodiment, when the sheet thickness used is 1.0 mm.

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.In the 1 and in 2 shown in cross-section tools are provided for performing a deep-drawing process on large sheet metal parts, such as those used in bodywork. The on a sheet metal part 3 trainee edge 4 can spread over the entire sheet metal part 3 , For example, over a length of about 1 meter, extend. The stamping margin 6 runs below the edge 4 and follows exactly the course of the edge 4 , so that too at the bottom of the sheet metal part 3 trained score 7 as well as the edge 4 on the sheet metal part 3 runs. In 2 is particularly evident that the notch 7 to the connecting line 10 between edge 4 and the middle of the notch 7 is symmetrical, but this is not mandatory, and a rounded, smooth transition to the adjacent surfaces of the sheet metal part 3 Has. The stamping margin 6 is shaping for the score 7 so that this rounded equally on the stamp 1 is formed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 2721577 A1 [0003]

Claims

Method for forming an edge ( 4 ) with the smallest possible radius on a body panel for a motor vehicle or on another corresponding thin-walled sheet metal part ( 3 ) having a sheet thickness of preferably less than 1.25 mm, wherein the sheet metal part ( 3 ) between a die ( 2 ), which determines the shape and the course of the edge ( 4 ) and a stamp ( 1 ) in a deep-drawing process in the region of the edge to be formed ( 4 ) is formed, characterized in that the thermoforming process at the trainees edge ( 4 ) opposite side of the sheet metal part ( 3 ) one the course of the edge ( 4 ) following notch ( 7 ) having an embossing radius which is greater than the radius of the edge to be formed ( 4 ) is impressed.

Method according to claim 1, characterized in that the notch cross section is axisymmetric to the connecting line (FIG. 10 ) between trainee edge ( 4 ) and the notch center is.

Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the embossing radius is determined in a forming simulation and provided with a safety offset of 0.5 mm.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that by forming the notch ( 7 ) there is a reduction of the sheet thickness in the edge region.

A method according to claim 4, characterized in that the reduction of the sheet thickness in the edge region with respect to the other sheet thickness is about 5% to 15%.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the deep-drawing process and the simultaneous embossing process are carried out so that even outside the edge region results in a slight reduction in sheet thickness.

Tool for forming a prominent edge ( 4 ) on a thin-walled sheet metal part ( 3 ), preferably on a provided for a vehicle body sheet metal part, wherein the tool is a stamp ( 1 ) and a die ( 2 ), between which the sheet metal part to be processed ( 3 ), in particular for carrying out a method according to one of the preceding claims, characterized in that on the stamp ( 1 ), which at the trainee edge ( 4 ) opposite side of the sheet metal part ( 3 ), a protruding, in cross-section rounded embossing edge ( 6 ) is formed, the the course of the trainee edge ( 4 ) follows.

Tool according to claim 7, characterized in that the rounding of the embossing edge ( 6 ) has an embossing radius which is within a range of 150% of the sheet thickness up to 300% of the sheet thickness.

Tool according to one of claims 7 to 8, characterized in that the embossing edge ( 6 ) on the stamp ( 1 protruding u by a supernatant, wherein u in a range of 5% to 15% of the sheet thickness of the sheet metal part to be machined ( 3 ) lies.

Tool according to one of claims 7 to 9, characterized in that the embossing radius of the embossing edge ( 6 ) over counter radii in the adjacent stamp surfaces ( 8th . 9 ) passes over.