DE102013103432A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Formgebung eines Werkstückes - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Formgebung durch Zugdruckumformen eines Werkstückes aus einem tiefziehfähigen Material. Dabei wird eine positive Form relativ zu einer negativen Form bewegt und eine der Formen hat ein fließfähiges Material aufweisendes Druckübertragungsmedium, das eine Gegenform zu der anderen Form bei Druckbeaufschlagung auf das Werkstück ausbildet, wobei das Druckübertragungsmedium eine Verformungskraft auf das Werkstück ausübt. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass als fließfähiges Material ein nicht-newtonsches, plastisch verformbares Material eingesetzt wird. In einem weiteren Aspekt richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Zugdruckumformen eines Werkstückes mit einer Vorrichtung mit positiver und negativer Form, die relativ zueinander bewegbar sind. In diesem Verfahren wird ein ein einfließfähiges Material aufweisendes Druckübertragungsmedium eingesetzt, wobei das fließfähige Material ein nicht-newtonsches, plastisch verformbares Material ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zur Formgebung durch Zugdruckumformen eines Werkstückes aus einem tiefziehfähigen Material. Dabei wird eine positive Form relativ zu einer negativen Form bewegt und eine der Formen hat ein fließfähiges Material aufweisendes Druckübertragungsmedium, das eine Gegenform zu der anderen Form bei Druckbeaufschlagung auf das Werkstück ausbildet, wobei das Druckübertragungsmedium eine Verformungskraft auf das Werkstück ausübt. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass als fließfähiges Material ein nicht-newtonsches, plastisch verformbares Material eingesetzt wird. In einem weiteren Aspekt richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Zugdruckumformen eines Werkstückes mit einer Vorrichtung mit positiver und negativer Form, die relativ zueinander bewegbar sind. In diesem Verfahren wird ein ein einfließfähiges Material aufweisendes Druckübertragungsmedium eingesetzt, wobei das fließfähige Material ein nicht-newtonsches, plastisch verformbares Material ist.
  • Technisches Gebiet
  • Das Zugdruckumformen oder Zugumformen von Werkstücken mit starren Werkzeugen ist ein allgemein angewandtes Verfahren zum Umformen. Eine wesentliche Anwendung findet sich dabei im Automobilbereich zur Herstellung von Karosseriebauteilen, bei denen Metallwerkstücke umgeformt werden.
  • Das Standard-Tiefziehverfahren ist nach DIN 8584 klassifiziert. Bei diesem Verfahren werden sogenannte starre Werkzeuge sowohl für Stempel als auch Matrizen verwendet. Bei starren Werkzeugen liegt ein Nachteil in den hohen Werkzeugkosten und Umrüstkosten sowie geringerer Grenzziehverhältnisse. Vorteile gegenüber anderen Tiefziehverfahren sind aber vor allem kurze Taktzeiten, hohe Wiederholbarkeit, Verwendung von Standardpressen und Großserientauglichkeit. Eine Abwandlung dieses Standardverfahrens stellt das hydromechanische Tiefziehen dar. Hierbei wird eine Werkzeughälfte, die Matrize oder der Stempel, durch einen mit Flüssigkeit gefüllten Druckraum bzw. durch ein druckreguliertes Wasser/Ölkissen ersetzt. Dabei erübrigt sich eine formgebende Werkzeughälfte, wodurch die Werkzeug/Umrüstkosten geringer sind gegenüber einer Vorrichtung mit starren Werkzeugen. Ein Nachteil von hydromechanischen Tiefziehverfahren ist, dass Zusatzaggregate für den Aufbau des Drucks in dem Medium verwendet werden, hierdurch ist die Verwendung von Standardpressen nicht möglich. Außerdem findet hierdurch üblicherweise eine Verlängerung der Taktzeiten statt und ein hoher Aufwand zur Abdichtung des Druckraums ist notwendig.
  • Weiterentwicklungen dieser Verfahren umfassen die Verwendung von formlos festen Wirkmedien. So beschreibt z.B. die DE 101 51 013 eine Formgebung einer Platte aus ziehfähigen Material, wie Blech, mittels einer Druckverteilungsschicht aus fließfähigem Schüttgut, wie Stahlkugeln.
  • Eine Weiterentwicklung hiervon findet sich in der DE 10 2005 036 377 B4 . Hierbei weist das Druckübertragungsmedium eine Vielzahl einzelner elastischer und/oder abschnittsweise verformbarer Elemente auf. Die Verwendung von fließfähigem Schüttgut, wie Stahlkugeln, wurde in der DE 10 2007 029 788 A1 weiterentwickelt. Dabei wird das druckbeaufschlagbare fließfähige Schüttgut, wie Stahlkugeln, mit Schwingungen und/oder Vibrationen beaufschlagt, um ein Verspannen des Schüttguts zu verringern.
  • Aus der DE 10 2008 050 911 ist ein Verfahren zur Verformung eines Werkstückes bekannt, bei dem das Druckübertragungsmedium in bevorzugt mindestens zwei flexiblen Behältnissen bereitgestellt wird.
  • Der Einsatz der oben genannten formlos festen Wirkmedien überwindet einige der Nachteile des hydromechanischen Tiefziehens, insbesondere in Bezug auf die Oberflächengüte des Werkstücks nach dem Tiefziehen.
  • Ein wesentliches Problem dieser oben beschriebenen Verfahren ist aber nach wie vor, dass beim Reißen des Werkstückes, wie z.B. eines Bleches, aber auch von Kunststoffmaterialien, während des Tiefziehvorganges das Wirkmedium aus den Segmenten austreten kann. Insbesondere kann es bei ungünstigeren Ziehverhältnissen zu Blechreißern kommen und gerade bei Verwendung von formlos festen Wirkmedien, die durch eine Membran vom Werkstück getrennt oder als Segmente eingesetzt werden, kann ein Aufreißen dieser zu Nachteilen führen.
  • Schließlich zeigte sich, dass z.B. bei Einsatz von Stahlkugeln während des Druckaufbaus Brückenspannungen ausgebildet werden und so eine Fließbehinderung bzw. höhere Spannungen im Medium auftreten können.
  • Gerade in Bereichen in denen nur kleine Stückzahlen hergestellt werden, z.B. bei der Herstellung von Prototypen oder in Bereichen, bei denen komplizierte Werkstückgeometrien erforderlich sind, ist aber der Einsatz von hydromechanischen Verfahren bzw. Verfahren mit formlos festen Wirkmedien wünschenswert.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Formgebung eines Werkstückes aus einem tiefziehfähigen Material derart auszugestalten, dass eine im Wesentlichen konstante Kraftverteilung über das Werkstück erreicht wird. Dabei soll das Druckübertragungsmedium derart ausgestaltet sein, dass eine einfache Handhabung des Systems möglich ist und das Wirkmedium selbst möglichst spannungsfrei über den gesamten Bereich des Werkstücks mit möglichst gleicher Kraft auf das Werkstück einwirkt. Insbesondere soll dabei vermieden werden, dass das Material des Druckübertragungsmediums aus den Formen z.B. bei einem Riss des Werkstückes austreten kann.
  • Dabei soll die Vorrichtung und das Verfahren auch die Verwendung verschiedener Matrizengeometrien bei Einsatz von einem Druckraum erlauben.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Diese Aufgaben werden mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.
  • Die in den Unteransprüchen genannten Ausführungsformen betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
  • Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Formgebung durch Zugdruckumformen eines Werkstückes aus einem tiefziehfähigen Material bereitgestellt, bei dem eine positive Form relativ zu einer negativen Form bewegt wird, und eine der Formen ein fließfähiges Material aufweisendes Druckübertragungsmedium hat. Dieses fließfähiges Material aufweisende Druckübertragungsmedium bildet bei Druckbeaufschlagung auf das Werkstück die Gegenform zu der anderen Form aus. Das heißt, bei Vorhandensein des Druckübertragungsmediums in der negativen Form bildet sich in dieser negativen Form die Gegenform zu der positiven Form. Bei Vorhandensein des Druckübertragungsmediums in der positiven Form bildet sich dieser die Gegenform zu der negativen Form aus. Dabei übt das Druckübertragungsmedium bei Druckbeaufschlagung eine Verformungskraft auf das Werkstück aus. Gekennzeichnet ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch, dass das fließfähige Material ein nicht-newtonsches, plastisch verformbares Material ist.
  • Vorliegend wird dabei unter dem Ausdruck „nicht-newtonsches, plastisch verformbares Material“ ein Material verstanden, das im entspannten Zustand im Wesentlichen in fester Form vorliegt und sich unter einer Krafteinwirkung irreversibel verformt und diese Form nach der Einwirkung beibehält.
  • Das nicht-newtonsche Material ist dabei eines, das kein lineares Fließverhalten aufzeigt. Nicht-newtonsche Materialien zeigen die Eigenschaft auf, dass sich die Viskosität mit wachsender Scherrate ändert, einerseits bei wachsender Scherrate zu einer sinkenden Viskosität, meist als strukturviskos bezeichnet, andererseits mit einer wachsenden Viskosität, als dilatant bezeichnet. Die nicht-newtonschen Stoffe verhalten sich dabei zu einem Zeitpunkt wie Feststoffe, während zu einem anderen Zeitpunkt diese ein flüssiges Verhalten aufzeigen. Hierbei wird zwischen thixotropen und strukturviskosen Materialien einerseits und dilatanten Materialien andererseits unterschieden.
  • Vorliegend ist es bevorzugt, dass das nicht-newtonsche, plastisch verformbare Material ein strukturviskoses Material oder ein reinplastisches Material ist. Insbesondere bevorzugt ist das nicht-newtonsche, plastisch verformbare Material ein thixotropes Material. Das heißt in einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem plastisch verformbaren, nicht-newtonschen Material um eines, das im entspannten Zustand als fester Stoff vorliegt und unter Druckbeaufschlagung und damit verbundener stärkerer Scherung ein flüssiges Verhalten aufzeigt.
  • Es ist insbesondere bevorzugt, eine Knete bzw. Knetmasse einzusetzen. Hierzu können handelsübliche Kneten verwendet werden. Die Knete ist bei Raumtemperaturen und im unbelasteten Zustand formstabil, das heißt sie behält ihre Form bei. Die Viskosität der Knete ist dabei so groß, dass sie im unbelasteten Zustand nicht auseinanderläuft und sich reinplastisch verhält.
  • Bei Erhöhung der Scherung und/oder aufgrund einer äußeren Temperatureinwirkung nimmt die Zähigkeit der Knete ab und sie wird geschmeidiger und fließfähiger als im unbelasteten Zustand. Dadurch kann die Knete als Beispiel für das erfindungsgemäße fließfähige Material unter Druckbeaufschlagung sich besser an das Werkstück und die Ziehgeometrie anpassen. Insbesondere werden hierdurch Brückenspannungen vermieden, wie sie z.B. in einem formlos festen Wirkmedium auftreten können, z.B. bei Einsatz von Stahlkugeln. Weiterhin wird die Membran, die das Werkstück von dem Wirkmedium trennt, geringer belastet, da im Gegensatz zur Verwendung von z.B. Stahlkugeln die punktuelle Belastung auf die Membran verringert wird.
  • Ein weiterer Vorteil der Verwendung des nicht-newtonschen, plastisch verformbaren Materials als fließfähiges Material liegt darin, dass bei einem möglichen Austritt des Materials aus dem Druckraum, z.B. durch ein Blech, dieses Medium sich wieder entspannt und somit wieder in wesentlich fester plastischer Form austritt. Somit kann ein umfangreiches Freisetzen des Mediums vermieden werden, wie es z.B. bei einem Hydroumformen auftreten kann.
  • Ein weiterer großer Vorteil liegt ebenfalls in der Plastizität des Materials, wie der Knete. Hierbei benötigt man wesentlich geringere Schließkräfte von Werkzeugen, um den Druck im Druckraum aufrechtzuerhalten. Mit Werkzeugspalten von 1/10 mm konnte z.B. ein 1 mm starkes Blech ohne Probleme gezogen werden. Die Knete füllt die Werkzeugspalten und dichtet das Werkzeug zusätzlich ab. Hier konnten deutlich bessere Ergebnisse als z.B. bei der Hydroumformung erreicht werden.
  • Aufgrund der Fließfähigkeit des erfindungsgemäßen nicht-newtonschen, plastisch verformbaren Materials unter Druck lassen sich auch Ziehgeometrien erreichen, die Hinterschnitte aufweisen.
  • Ein weiterer Vorteil gegenüber anderen Verfahren, z.B. der Hydroumformung ist, dass keine zusätzlichen Einrichtungen an der Umformvorrichtung angebracht sein müssen, um entsprechende Flüssigkeiten zu pumpen, Drücke aufzubauen, etc.
  • Im Vergleich zur Verwendung von formlos festen Wirkmedien, wie z.B. Stahlkugeln in entsprechenden geschlossenen Segmenten, wurden weitere Verbesserungen bei der Ausbildung von Radien im Werkstück erreicht.
  • Die Vorteile zeigen sich insbesondere auch bei einer Kunststoffumformung. Dabei umfasst das Werkstück einen Kunststoff, üblicherweise einen Thermoplasten, der unter Wärme umgeformt werden kann. Als Beispiel sei hier ein Teppich genannt, wie er z.B. in der Innenausrüstung von Automobilen eingesetzt wird. Ein solcher Teppich besteht üblicherweise aus einer Teppichschicht (Flor) und einer polymeren Schwerschicht (Thermoplast) die bereits in einer Kaschieranlage aneinandergefügt werden. Dieser Teppich wird anschließend in die gewünschte Form umgeformt. Dabei ist es erforderlich, dass das Werkstück auf die zur Umformung notwendige Temperatur von 160°C bis 180°C entweder vorgewärmt oder im Werkzeug erwärmt wird. Weiterhin ist es erforderlich, dass zur Formstabilität das Werkstück im Werkzeug gekühlt wird. Es ist daher vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin Einrichtungen zum Herunterkühlen der Werkzeugkomponenten und/oder des Werkstücks aufweist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält das nicht-newtonsche, plastisch verformbare Material weiterhin ein wärmeleitfähiges Material, um ein Kühlen des Werkstücks und des Werkzeuges zu fördern. Solche wärmeleitfähigen Materialien können z.B. metallhaltige Materialien, wie Metallpulver, sein.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Druckübertragungsmedium neben dem nicht-newtonschen, plastisch verformbaren Material weiterhin ein formlos festes Wirkmedium auf. Dieses formlos feste Medium kann z.B. in Form von Stahlkugeln, wie sie als entsprechende Medien beschrieben sind, eingesetzt werden. Durch Mischung des erfindungsgemäßen nicht-newtonschen, plastisch verformbaren Materials mit den Stahlkugeln, können die Trennmembranen geschont werden und weniger stark beansprucht werden. Die Beimischung von Stahlkugeln in der Knete führt zur besseren Wärmeleitung im Druckmedium. Die bessere Wärmeleitung in so einem Gemisch ist bevorzugt bei der Umformung von Werkstücken aus Kunststoffarten wie Thermoplasten. Da das Werkstück vor der Umformung auf eine umformfähige Temperatur gebracht wird ca. 150–180°C muss diese Temperatur vom Werkstück durch das Werkzeug und dem Druckmedium, möglichst schnell abgeführt werden. Dieses ist nur dann gewährleistet wenn alle Komponenten eine genügend große Wärmeleitung aufweisen. Die schnelle Abkühlung des Werkstückes senkt die Taktzeit und somit die entstehenden Kosten.
  • Ein weiterer wichtiger Aspekt des Gemisches stellt die Entlastung der Membran dar. Da das Druckmedium durch eine Membran getrennt ist, wird diese durch reines Druckmediums aus Stahlkugel sehr stark belastet, mit einer Knete Beimischung würde der Druck sowohl durch die Stahlkugeln als auch durch die Knete erzeugt, was eine größere Druckeinwirkfläche auf der Membran darstellt. Mit der Vergrößerung der Druckeinwirkfläche auf der Membran werden die Spannungen besser verteilt und somit die Membran weniger stark beansprucht. Was wiederum zur erhöhten Lebensdauer der Membrane führt.
  • Das erfindungsgemäß eingesetzte nicht-newtonsche, plastisch verformbare Material ist insbesondere eines, das seine nicht-newtonschen Eigenschaften in einen Temperaturbereich von 10°C bis 180°C aufzeigt.
  • Das Werkstück kann dabei ein Metallwerkstoff, insbesondere ein Blech, oder ein Kunststoff aufweisendes Material, insbesondere ein Thermoplast aufweisendes Material, z.B. ein entsprechender Teppich wie oben ausgeführt, sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung dabei eine, wobei das nicht-newtonsche, plastisch verformbare Material als Druckübertragungsmedium in der positiven Form vorliegt. Dieses ist besonders vorteilhaft, um scharfe Radien oder Hinterschnitte auszubilden.
  • Alternativ kann das nicht-newtonsche, plastisch verformbare Material in der negativen Form, also in der Matrize, vorliegen. Aufgrund seiner Fließeigenschaften unter Druck legt sich das Material besonders gut an das Werkstück an und die Druckübertragung erfolgt gleichmäßig, mögliche Spannungen sind verringert.
  • Üblicherweise ist das nicht-newtonsche, plastisch verformbare Material gegenüber dem Werkstück mittels einer Membran getrennt. Eine solche Membran kann eine Kunststoff- oder Gummimembran sein.
  • Das nicht-newtonsche, plastisch verformbare Material liegt dabei im Druckraum vor, entweder lediglich mit Hilfe einer Membran vom Werkstück getrennt oder von einem flexiblen Material umhüllt, wie Kunststoff- oder Gummibehältern. Das Material kann weiterhin bereits vorgeformt vorliegen, um bei einem Umformen von z.B. Kunststoffen eine geringere Streckung des Materials zu erlauben. Ein Vorformen des Materials ist insbesondere bei Kunststoffen, wie dem oben genannten Teppichprodukt, vorteilhaft.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das Werkstück vorgespannt sein, z.B. mit Hilfe eines Niederhalters oder anderen Spannvorrichtungen, um ein Einfalten beim Ziehen zu vermeiden. Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Zugdruckumformen von Kunststoffen, wie z.B. Teppichprodukten, ist ein zeitgesteuertes Vorspannen vorteilhaft, d.h. der Kunststoff wird erst vorgeformt und beim vollständigen Formen unter Druck wird ein Spannen durchgeführt.
  • Insbesondere bei Verwendung von druckempfindlichen Werkstücken, wie einem Teppichprodukt, kann es vorteilhaft sein, dass das erfindungsgemäße nicht-newtonsche, plastisch verformbare Material nicht in der positiven Form, dem Stempel, vorliegt, sondern in der negativen Form, der Matrize. Es zeigte sich, dass bei einer entsprechenden Umformung von solchen Kunststoffträgern, z.B. einen Teppich mit einer Florschicht und einer polymeren Scherschicht, die Qualität des Werkstücks verbessert werden kann, wenn das Material in der Matrize vorliegt, mit einer stärkeren Radienausbildung mit kleineren Radien unter geringerem Druck.
  • In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt somit das nicht-newtonsche, plastisch verformbare Material des Druckübertragungsmediums in der negativen Form vor.
  • In einem weiteren Aspekt richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Zugdruckumformen eines Werkstückes mit einer Vorrichtung, umfassend eine positive Form und eine negative Form, die relativ zueinander bewegbar sind und einer dieser Formen ein fließfähiges Material aufweisendes Druckübertragungsmedium vorliegt, wobei das fließfähige Material ein nichtnewtonsches, plastisch verformbares Material ist, umfassend das relative Bewegen der positiven Form zu einer negativen Form unter Beaufschlagung auf ein Werkstück, wobei eine Verformungskraft auf das Werkstück ausgeübt wird.
  • Wie ausgeführt erspart das erfindungsgemäße Verfahren eine formgebende Werkzeughälfte im Umformprozess. Dadurch sinken die Investitionskosten für neue Geometrien. Weiterhin erlaubt die Verwendung des nicht-newtonschen, plastisch verformbaren Materials als Druckübertragungsmedium, dass es keinen Ziehspalt zwischen den Werkzeughälften gibt, denn das Werkstück wird immer mit einem definierten Druck an eine Werkzeughälfte angedrückt. Dies ist besonders bei dem Einsatz mit Kunststoffträgern hilfreich, da dadurch eine schnellere Kühlzeit, kürzere Taktzeit, eine gleichmäßige Kühlung des Kunststoffs ohne Verzug und eine erhöhte Qualität erreicht wird. Es ist eine sehr gute Handhabung möglich und die Gefahr des Austretens von Flüssigkeit ist nicht gegeben. Beim Reißen der Membran oder des Werkstücks entsteht keine Gefährdung durch Freisetzung des Druckwirkmediums. Das Wirkmedium selbst kann biologisch abbaubar sein und ist günstig zu beschaffen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Werkstück entweder ein Metall, wie ein Blech, sein oder das Werkstück ist eines, das ein Thermoplast umfasst, wie eines mit einem Kunststoffträger.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt das nicht-newtonsche, plastisch verformbare Material unter Druckbeaufschlagung flüssig vor und im nichtdruckbeaufschlagten Zustand plastisch.
  • Dadurch kann eine besonders gleichmäßige Druckbeaufschlagung erreicht werden und ein Spannungsabbau im Wirkmedium ist möglich. Bei einem Austreten des Druckmediums liegt dieses nach Druckentlastung im plastischen Zustand vor und es treten keine Flüssigkeiten aus, eine Gefährdung von Personen ist damit verringert. Weiterhin kann das Material selbst abdichtende Eigenschaften aufzeigen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann einfach mit vorhandenen Umformungsmaschinen umgesetzt werden.
  • Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung des Grundprinzips sind Umsetzungen hiervon in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
  • Diese zeigen in 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Zugdruckumformen eines Werkstückes.
  • 2 und 3 sind Darstellungen der Werkzeuganordnung z.B. bei einer Kunststoffumformung. In der 2 ist das erfindungsgemäße Material dabei als Stempel vorgesehen, in der 3 ist das Material als Matrize vorgesehen.
  • 1 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Zugdruckumformen eines Werkstückes 1 vor dem Umformen. Die Vorrichtung weist eine formgebende Matrize 2, ein Niederhalter 6 mit Druckraum 3 und Druckstempel 5 auf. Im Druckraum 3 befindet sich das Wirkmedium oder Druckübertragungsmedium mit dem erfindungsgemäßen fließfähigen Material, das ein nicht-newtonsches, plastisch verformbares Material ist. Bei Druckbeaufschlagung wird der Druckstempel 5 in den Niederhalter 6 gedrückt und das Druckübertragungsmedium 4 wird auf das Werkstück 1 gepresst und dieses in die formgebende Matrize 2 eingepresst. Die durch den Druckstempel 5 ausgeübte Kraft wird über das Übertragungsmedium 4 auf das Werkstück 1 übertragen. Aufgrund des nicht-newtonschen, plastisch verformbaren Materials in Druckübertragungsmedien ist eine gleichmäßige Kraftübertragung möglich. Das Werkstück 1 wird aufgrund der Relativbewegung einer Verformungskraft ausgesetzt, in Folge welcher das Werkstück 1 in die formgebende Matrize 2 gedrückt wird.
  • Die Abbildungen 2 und 3 zeigen unterschiedliche Werkzeuganordnungen. In der 2 ist dabei die Ausführungsform dargestellt, bei der das Druckübertragungsmedium 4 mit dem erfindungsgemäßen nicht-newtonschen, plastisch verformbaren Material in der positiven Form 5 vorliegt. Dargestellt ist als Auszug der mit dem Material gefüllten Druckraum 4 mit dem Material 3. Dieses liegt bereits vorgeformt vor. Das Werkstück 1 ist ebenfalls bereits vorgeformt dargestellt. 2 bezeichnet die Matrize der Vorrichtung. Ein vorgeformtes Material kann insbesondere bei Verwendung von Kunststoff basierten Werkstücken eingesetzt werden.
  • In einer alternativen Ausführungsform kann das Druckübertragungsmedium mit dem erfindungsgemäßen nicht-newtonschen, plastisch verformbaren Material in der negativen Form vorliegen. 3 zeigt die positive Form als starren Stempel 5. Das vorgeformte Werkstück 1 sowie das vorgeformte nichtnewtonsche, plastisch verformbare Material 4, die im Druckraum 4 vorliegt.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Werkstück
    2
    Matrize
    3
    Druckraum
    4
    Druckübertragungsmedium
    5
    Stempel
    6
    Niederhalter
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10151013 [0004]
    • DE 102005036377 B4 [0005]
    • DE 102007029788 A1 [0005]
    • DE 102008050911 [0006]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN 8584 [0003]

Claims (17)

  1. Vorrichtung zur Formgebung durch Zugdruckumformen eines Werkstückes (1) aus einem tiefziehfähigen Material, bei dem eine positive Form (5) relativ zu einer negativen Form (2) bewegt wird, und eine der Formen ein fließfähiges Material aufweisendes Druckübertragungsmedium (4) hat, das eine Gegenform zu der anderen Form bei Druckbeaufschlagung auf das Werkstück ausbildet, wobei das Druckübertragungsmedium (4) eine Verformungskraft auf das Werkstück ausübt, dadurch gekennzeichnet, dass das fließfähige Material ein nicht-newtonsches, plastisch verformbares Material ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das nicht-newtonsche, plastisch verformbare Material eines ist aus einem strukturviskosen Material oder einem reinplastischen Material.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das nicht-newtonsche, plastisch verformbare Material ein thixotropes Material ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das nichtnewtonsche, plastisch verformbare Material eines ist, dem weiterhin wärmeleitfähiges Material, insbesondere Metallpulver, hinzugefügt ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckübertragungsmedium weiterhin ein formlos festes Medium, insbesondere Stahlkugeln, enthält.
  6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin Einrichtungen zum Herunterkühlen der Werkzeugkomponenten und/oder des Werkstücks vorhanden sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das nichtnewtonsche, plastisch verformbare Material seine nicht-newtonschen Eigenschaften in einem Temperaturbereich von 10°C bis 180°C aufweist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Werkstück (1) ein Metallwerkstoff, insbesondere ein Blech, oder ein Kunststoff aufweisendes Material, insbesondere ein Thermoplast aufweisendes Material, ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das nichtnewtonsche, plastisch verformbare Material die positive Form (5) ausbildet.
  10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Einrichtung zum Vorspannen des Werkstücks vorhanden ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-newtonsche, plastisch verformbare Material gegenüber dem Werkstück mittels Membran getrennt ist.
  12. Verfahren zum Zugdruckumformen eines Werkstücks mit einer Vorrichtung umfassend eine positive Form (5) und eine negative Form (2), die relativ zueinander bewegbar sind und in einer dieser Formen ein fließfähiges Material aufweisendes Druckübertragungsmedium (4) vorliegt, wobei das fließfähige Material (4) ein nicht-newtonsches, plastisch verformbares Material ist, umfassend das relative Bewegen der positiven Form (5) zu einer negativen Form (2) unter Druckbeaufschlagung auf ein Werkstück (1), wobei eine Verformungskraft auf das Werkstück (1) ausgeübt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12 wobei das Werkstück (1) einen Metallwerkstoff, insbesondere ein Blech oder ein Kunststoff aufweisendes Werkstück, insbesondere einen Thermoplast aufweisendes Werkstück ist.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei das Verfahren eines zur Umformung eines Werkstücks mit einem Kunststoffträger ist.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das nichtnewtonsche, plastisch verformbare Material unter Druckbeaufschlagung flüssig und im nicht druckbeaufschlagtem Zustand plastisch ist.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 12 bis 15.
  17. Verwendung eines nicht-newtonschen, plastisch verformbaren Materials als Druckübertragungsmedium bei einem Zugdruckumformen eines Werkstücks aus einem tiefziehfähigen Material.
DE201310103432 2013-04-05 2013-04-05 Vorrichtung und Verfahren zur Formgebung eines Werkstückes Withdrawn DE102013103432A1 (de)

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