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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Werkzeugsystem zur Herstellung eines Blechformteils durch mehrstufiges Umformen eines Blechmaterials, wobei das herzustellende Blechformteil wenigstens eine scharfkantige Blechformteilkante aufweisen soll.
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Bei dem herzustellenden Blechformteil handelt es sich vorzugsweise um ein Karosseriebauteil für ein Kraftfahrzeug und insbesondere um ein Karosserie-Außenhautteil.
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Unter einer scharfkantigen Blechformteilkante wird eine in das Blechmaterial eingeformte Kante mit einem möglichst kleinen Kantenradius verstanden, entlang derer zwei benachbarte Flächenbereiche und insbesondere Freiformflächenbereiche des Blechformteils zusammenstoßen. Der Krümmungsradius an der Krümmungsaußenseite einer solchen Blechformteilkante beträgt bevorzugt weniger als 4,0-fache, besonders bevorzugt weniger als das 3-fache und insbesondere weniger als 2,5-fache der Blechdicke des Blechmaterials. Bevorzugt verläuft eine solche Blechformteilkante bezüglich der Einbausituation in einem sichtbaren Blechformteilereich. Solche Blechformteilkanten können sowohl technische als auch ästhetische Funktionen haben.
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Insbesondere in der Serienproduktion unter Presswerksbedingungen erweist sich die Herstellung von Blechformteilen, die wenigstens eine solche scharfkantige bzw. markante Blechformteilkante aufweisen, als schwierig, da bspw. Risse im Blechmaterial auftreten und/oder so genannte Nachlaufkanten entstehen. Im Stand der Technik sind bereits verschiedene Möglichkeiten zur Erzeugung scharfkantiger Blechformteilkanten beschrieben, wozu auf die Patentschriften
DE 10 2011 115 219 A1 und
DE 10 2013 007 352 A1 derselben Anmelderin hingewiesen wird.
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Die Erfindung soll Möglichkeiten aufzeigen, wie wenigstens ein mit dem Stand der Technik einhergehender Nachteil vermeidbar oder zumindest verringerbar ist.
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Dies gelingt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend den Merkmalen des Hauptanspruchs und mit einem erfindungsgemäßen Werkzeugsystem entsprechend den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Ansprüchen und auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines wenigstens eine scharfkantige Blechformteilkante aufweisenden Blechformteils durch mehrstufiges Umformen eines Blechmaterials umfasst:
- – ein Umformen des Blechmaterials in einem ersten pressengebundenen Formwerkzeug, wobei die zu erzeugende Blechformteilkante mit einem vergrößerten Kantenradius und mit einer Überhöhung vorgeformt wird; und
- – ein weiteres Umformen des Blechmaterials in einem zweiten pressengebundenen Formwerkzeug, wobei die vorgeformte Überhöhung reduziert und die Blechformteilkante nachgeformt und dabei fertig ausgeformt wird.
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Unter einem mehrstufigen Umformen wird das Umformen des Blechmaterials in mehreren aufeinander folgenden Formwerkzeugen (so genannte Stufen) verstanden, wobei das Blechwerkstück insbesondere automatisiert von einem Formwerkzeug zum nächsten Formwerkzeug weiter transportiert wird.
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Ein pressengebundenes Formwerkzeug weist ein Werkzeugunterteil und ein Werkzeugoberteil auf, zwischen denen das zu bearbeitende Blechmaterial bzw. Blechwerkstück positioniert und durch pressenbetätigtes Schließen des Formwerkzeugs umgeformt wird, wobei auch Schnittoperationen durchgeführt werden können. Bei einem Formwerkzeug und insbesondere bei dem ersten Formwerkzeug handelt es sich insbesondere um ein Tiefziehwerkzeug, das einen Stempel, eine Matrize und einen Niederhalter (bzw. Blechhalter) aufweist. Bei dem zweiten Formwerkzeug kann es sich auch um ein so genanntes Nachformwerkzeug oder kombiniertes Nachform-Beschneidewerkzeug handeln.
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Bei dem verwendeten Blechmaterial handelt es sich insbesondere um ein Aluminium- oder Stahlblechmaterial mit einer bevorzugten Blechdicke von 0,65 mm bis 2,0 mm.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass beim Umformen des Blechmaterials in einem ersten pressengebundenen Formwerkzeug, wobei es sich insbesondere auch um die erste Stufe handelt, die zu erzeugende Blechformteilkante mit einem vergrößerten Kantenradius und mit einer Überhöhung vorgeformt wird. Das Blechmaterial wird hierbei lokal im Bereich der zu erzeugenden Blechformteilkante so geformt, dass eine Wölbung entsteht, die einen deutlich größeren Krümmungsradius aufweist und die höher bzw. tiefer ist als die zu erzeugende Blechformteilkante. Unter einer Überhöhung kann demnach eine in das Blechmaterial positionsgenau eingeformte kuppelartige Wölbung bzw. Ausbauchung verstanden werden, die bezüglich der zu erzeugenden Blechformteilkante höher bzw. tiefer und auch radiusgrößer ist.
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Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass beim weiteren Umformen des Blechmaterials in einem zweiten pressengebundenen Formwerkzeug, wobei es sich um die dem ersten Formwerkzeug unmittelbar folgende Stufe oder eine sonstige nachfolgende Stufe handeln kann, die Überhöhung wieder reduziert bzw. rückgeformt und dabei die Blechformteilkante fertig, d. h. mit finalem Kantenradius, ausgeformt wird. Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise kann eine sehr markante Blechformteilkante erzeugt werden, unter weitgehender Vermeidung von Blechausdünnungen und Nachlaufkanten.
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Bevorzug wird beim Vorformen der Blechformteilkante in der Überhöhung zumindest näherungsweise ausreichend Blechmaterial angesammelt bzw. aufgewölbt, so dass das nachfolgende Ausformen bzw. Fertigformen der Blechformteilkante ohne nennenswerte Ausdünnung des Blechmaterials und/oder ohne Beiziehen bzw. Heranziehen von Blechmaterial aus den benachbarten Bereichen erfolgen kann. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass beim Vorformen der Blechformteilkante in der Überhöhung zumindest näherungsweise und im Wesentlichen exakt so viel Blechmaterial angesammelt bzw. aufgewölbt wird, wie für das nachfolgende Ausformen der Blechformteilkante ohne Ausdünnung des Blechmaterials und/oder ohne lokale Relativbewegung des Blechmaterials (relativ zu den Werkzeugwirkflächen) erforderlich ist. Beim Vorformen wird also bereits ausreichend viel Blechmaterial herbeigezogen, so dass beim nachfolgenden Ausformen der Blechformteilkante lokal keine Materialwanderung im Formwerkzeug mehr auftritt.
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Bevorzugt weist das zweite Formwerkzeug eine die Blechformteilkante ausformende Werkzeugkante auf, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass das Blechmaterial (nach dem Einlegen des Blechwerkstücks) aufgrund der zuvor eingeformten Überhöhung zunächst nicht auf dieser Werkzeugkante aufliegt, sondern sich erst beim Schließen des zweiten Formwerkzeugs durch lokale Umformung der Überhöhnung sukzessive an diese Werkzeugkante anlegt (und dabei die scharfkantige Blechformteilkante fertig geformt wird), ohne dass es zu einer Relativbewegung zwischen Blechmaterial und Werkzeugkante bzw. deren Flanken kommt. Ein so genanntes Reiten des Blechmaterials auf der Werkzeugkante wird also verhindert.
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Das erfindungsgemäße Werkzeugsystem zur Herstellung eines wenigstens eine scharfkantige Blechformteilkante aufweisenden Blechformteils, insbesondere nach einem erfindungsgemäßen Verfahren, durch mehrstufiges Umformen eines Blechmaterials umfasst:
- – ein erstes pressengebundenes Formwerkzeug, welches dazu ausgebildet ist, dass die zu erzeugende Blechformteilkante mit einem vergrößerten Kantenradius und mit einer Überhöhung vorgeformt werden kann; und
- – ein zweites pressengebundenes Formwerkzeug, welches dazu ausgebildet ist, dass die im ersten Formwerkzeug vorgeformte Überhöhung reduziert und die Blechformteilkante fertig ausgeformt werden kann.
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Das zweite Formwerkzeug weist bevorzugt (wenigstens) eine die Blechformteilkante ausformende bzw. fertigformende Werkzeugkante und einen mit dieser Werkzeugkante korrespondierenden kerbenartigen Gegenkonturabschnitt auf. Die Werkzeugkante kann im Werkzeugunterteil und/oder im Werkzeugoberteil angeordnet sein und bildet einen Teil der Werkzeugwirkfläche. Die gegenüberliegende Werkzeugwirkfläche des anderen Werkzeugteils ist mit dem kerbenartigen Gegenkonturabschnitt ausgebildet.
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Die Werkzeugkante kann mit einem Überstand (bzw. einer Kantenüberhöhung) ausgebildet sein. Hierunter wird verstanden, dass die Werkzeugkante an ihrem Scheitel mit einem Aufmaß ausgebildet ist, wodurch das Blechmaterial beim Ausformen der Blechformteilkante von der Werkzeugkante verstärkt gegen die korrespondierende Werkzeugwirkfläche des anderen Werkzeugteils gepresst bzw. in den Gegenkonturabschnitt hineingepresst wird.
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Die Werkzeugkante und/oder der kerbenartige Gegenkonturabschnitt können zumindest abschnittsweise mit Offsetbereichen (bzw. Flächenaufmassbereichen) ausgebildet sein. Die Offsetbereiche verlaufen bevorzugt bandartig entlang der Werkzeugkante und/oder entlang des kerbenartigen Gegenkonturabschnitts und bilden so genannte Druckbänder, mit denen die auf das Blechmaterial lokal einwirkenden Flächenpressungen gezielt erhöht werden, um dadurch (ähnlich einem Prägeprozess) die Ausbildung einer scharfkantigen Blechformteilkante zu begünstigen.
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Der kerbenartige Gegenkonturabschnitt ist bevorzugt an einer relativbeweglich im zweiten Formwerkzeug angeordneten Formbacke ausgebildet. D. h., dass zweite Formwerkzeug weist wenigstens eine der Werkzeugkante gegenüberliegende und relativbeweglich angeordnete Formbacke auf, mit der (beim Schließen des zweiten Formwerkzeugs) das zuvor mit einer Überhöhung vorgeformte Blechmaterial gegen die Werkzeugkante gedrückt und dadurch die Blechformteilkante ausgeformt wird.
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Bevorzugt handelt es sich bei dem ersten Formwerkzeug und bei dem zweiten Formwerkzeug um Folgewerkzeuge für eine Pressenstraße oder Stufenpresse, insbesondere Großteilstufenpresse, die vorzugsweise direkt aufeinander folgende Stufen (Pressenstufen) bilden. Bevorzugt handelt es sich um nicht-identische Folgewerkzeuge, die, bis auf die erfindungsgemäßen Unterschiede, konventionell aufgebaut sind (d. h. das erste Formwerkzeug ist bspw. ein konventionelles Tiefziehwerkzeug und das zweite Formwerkzeug ist bspw. ein konventionelles Nachformwerkzeug oder kombiniertes Nachform-Beschneidewerkzeug), so dass die Anzahl der erforderlichen Stufen durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen nicht erhöht wird, bzw. die bisherige Stufenanzahl (typischerweise sechs Stufen) erhalten bleibt.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Die in den Figuren gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können einzeln oder in Kombination, auch unabhängig von gezeigten Merkmalskombinationen, die Erfindung weiterbilden.
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1 zeigt in einer Schnittdarstellung eine scharfkantige Blechformteilkante und veranschaulicht die Überhöhung bei deren Herstellung.
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2 veranschaulicht in einer Schnittdarstellung Werkzeugelemente eines zweiten Formwerkzeugs zum Ausformen bzw. Fertigformen der in 1 gezeigten Blechformteilkante.
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3 veranschaulicht eine bevorzugte Werkzeugkantenkontur und einen korrespondierenden Gegenkonturabschnitt zum Ausformen bzw. Fertigformen der in 1 gezeigten Blechformteilkante mit Hilfe der in 2 gezeigten Werkzeugelemente.
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1 zeigt eine im Sinne der Erfindung scharfkantige Blechformteilkante 210 an einem nur ausschnittsweise dargestellten Blechformteil 200. Zur Erzeugung der Blechformteilkante 210 wird das Blechmaterial M zunächst in einem ersten pressengebundenen Formwerkzeug umgeformt, wobei die zu erzeugende Blechformteilkante positionsgenau mit einem (bzgl. des finalen Kantenradius R) vergrößerten Kantenradius R' und mit einer Überhöhung H vorgeformt wird, wie mit strichlinierten Konturlinien veranschaulicht. Die dargestellte Abflachung an der Krümmungsaußenseite kann sich durch eine geringfügige Blechdickenänderung ergeben. Anschließend wird das Blechmaterial M in einem zweiten pressengebundenen Formwerkzeug weiter umgeformt, wobei die vorgeformte wulstartige Überhöhung H und auch der vergrößerte Kantenradius R' reduziert bzw. zurückgeformt werden und dabei die Blechformteilkante 210 mit finalem scharfkantigen Kantenradius R (Sollradius) fertig ausgeformt wird. Die Abflachung hat keine nachteiligen Effekte.
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Nach dem Vorformen im ersten Formwerkzeug befindet sich in der Überhöhung H genügend Blechmaterial, so dass das nachfolgende Ausformen der Blechformteilkante 210 im Wesentlichen ohne Ausdünnung des Blechmaterials und/oder ohne Heranziehen von Blechmaterial aus den benachbarten Bereichen erfolgen kann. Durch das Vorformen und Erzeugen der Überhöhung H wird das Blechmaterial M sozusagen für das nachfolgende Fertigformen zur Schärfung des Kantenradius R tauglich gemacht.
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Das erste Formwerkzeug und das zweite Formwerkzeug bzw. deren Werkzeugwirkflächen sind entsprechend ausgebildet; d. h. das erste Formwerkzeug ist dazu ausgebildet, dass die zu erzeugende Blechformteilkante 210 mit einem vergrößerten Kantenradius R' und mit einer Überhöhung H vorgeformt werden kann und das zweite pressengebundene Formwerkzeug ist dazu ausgebildet, dass die im ersten Formwerkzeug vorgeformte Überhöhung H und auch der vergrößerte Kantenradius R' reduziert und die Blechformteilkante 210 fertig ausgeformt werden kann.
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2 zeigt einen Ausschnitt aus einem zweiten Formwerkzeug 100, das im Werkzeugunterteil eine die Blechformteilkante 210 ausformende bzw. fertigformende Werkzeugkante 110 mit einer Kantenkontur 115 und einen mit der Werkzeugkante 110 korrespondierenden kerbenartigen Gegenkonturabschnitt 125 aufweist, wobei der Gegenkonturabschnitt 125 an einer bzw. in einer im Werkzeugoberteil relativbeweglich gelagerten Formbacke 120 ausgebildet ist.
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Beim Schließen des zweiten Formwerkzeugs 100 kann mit der Formbacke 120 eine vorauseilende Ausformung bzw. Fertigformung der Blechformteilkante 210 bewerkstelligt werden, wobei das Blechmaterial aufgrund der Überhöhung H zunächst nicht auf der Werkzeugkante 110 aufliegt, sondern sich beim Schließen des zweiten Formwerkzeugs 100 sukzessive an diese Werkzeugkante 110 bzw. deren Flanken anlegt und dann bis zum Erreichen des unteren Totpunkts (UT) noch von der Formbacke 120 eingeklemmt bleibt. Die Formbacke 120 ist hierzu bspw. auf nicht gezeigten Gasdruckfedern oder dergleichen abgestützt. Ebenso ist die Verwendung einer mehrfachwirkenden Presse denkbar.
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3 zeigt schematisch und nur ausschnittsweise eine bevorzugte Ausgestaltung der Werkzeugkantenkontur 115 und des korrespondierenden Gegenkonturabschnitts 125 an der Formbacke 120. Zwischen der Werkzeugkantenkontur 115 und dem Gegenkonturabschnitt 125 befindet sich der Werkzeugspalt 130 für das Blechmaterial M. Bezüglich der strichliniert dargestellten Regelverläufe ist die Werkzeugkante 110 an ihrem Scheitelpunkt mit einem Überstand U ausgebildet und der Negativ- bzw. Gegenkonturabschnitt 125 ist mit Offsetbereichen O1 und O2 ausgebildet. Der Offsetbereich O1 befindet sich direkt gegenüber des Scheitels der Werkzeugkante 110 und erstreckt sich symmetrisch oder auch unsymmetrisch in beide Flanken. Der Offsetbereich O2 ist im Übergangsbereich der linksseitigen Flanke ausgebildet. Der Überstand U und die Flächenoffsets in den Offsetbereichen O1 und O2 betragen nur wenige Zehntel Millimeter (bspw. 0,1 mm bis 0,2 mm). Zur Wirkweise des Überstands U und der Offsetbereiche O1 und O2 wird auf die obenstehenden Erläuterungen verwiesen. Vergleichbare Offsetbereiche können auch an der Werkzeugkante 110 bzw. deren Flanken vorgesehen sein.
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Durch das erfindungsgemäße Vorformen (mit Überhöhung H) und das nachfolgende Fertigformen kann, insbesondere in Summe mit weiteren Maßnahmen (voreilende Formbacke 120, Überstand U sowie Offsetbereiche O1 und O2), unter Presswerksbedingungen ein Blechformteil 200 mit einer scharfkantigen bzw. markanten Blechformteilkante 210 hergestellt werden. Die Erfindung ist insbesondere auch für die fortlaufende Serienherstellung solcher Blechformteile 200 geeignet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011115219 A1 [0004]
- DE 102013007352 A1 [0004]
