DE102014216503A1

DE102014216503A1 - Werkzeug zur Herstellung von Blechformteilkanten aufweisenden Blechformteilen

Info

Publication number: DE102014216503A1
Application number: DE102014216503.2A
Authority: DE
Inventors: Markus Kreutel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2016-02-25
Also published as: CN105363903B; CN105363903A; KR101717368B1; KR20160022789A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug (100) zur Herstellung von Blechformteilkanten aufweisenden Blechformteilen, mit einem ersten Werkzeugteil (110) und einem hierzu relativbeweglichen zweiten Werkzeugteil (120), wobei die Werkzeugteile (110, 120) mit formgebenden Werkzeugwirkflächen (112, 122) ausgebildet sind und die Werkzeugwirkfläche (112) wenigstens eines der Werkzeugteile (110) mit wenigstens einer eine Blechformteilkante erzeugenden Werkzeugkante (115) und die Werkzeugwirkfläche (122) des anderen Werkzeugteils (120) mit einer gegenüberliegenden Werkzeugvertiefung (125) ausgebildet ist. Zur Ausbildung markanter Blechformteilkanten ist vorgesehen, dass zu beiden Seiten wenigstens einer solchen Werkzeugkante (115) die Werkzeugwirkfläche (112) lokal mit Flächenaufmaß (A) ausgebildet ist, wodurch das Blechmaterial (M) während der Umformung in die gegenüberliegende Werkzeugvertiefung (125) gedrückt und hierbei die Blechformteilkante seitens der Werkzeugvertiefung (125) ausgeformt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zur Herstellung von Blechformteilen durch Umformen eines Blechmaterials, wobei die herzustellenden Blechformteile wenigstens eine markante Blechformteilkante aufweisen sollen.
Unter einer markanten Blechformteilkante wird im Rahmen der Erfindung ein an einem Blechformteil mit sehr kleinem Kantenradius ausgebildeter Flächenübergang verstanden, wobei sich die Blechformteilkante, in Bezug auf die spätere Verbausituation des Blechformteils, in einem sichtbaren Bauteilbereich befinden soll. Eine Blechformteilkante kann einen sich durch das Blechformteil erstreckenden räumlichen Verlauf aufweisen. Solche Blechformteilkanten werden zuweilen auch als Designkanten bezeichnet, wobei dies nicht ganz zutreffend ist, da solche Blechformteilkanten auch technische Funktionen haben können und bspw. als Versteifungselemente, Wind- und Wasserführungselemente und dergleichen dienen.
Die Herstellung von derartigen markante Blechformteilkanten aufweisenden Blechformteilen erweist sich als schwierig und aufwändig.
In der DE 10 2011 115 219 A1 wird ein zweischrittiges Herstellverfahren vorgeschlagen. In einem ersten Schritt wird die Platine zunächst in ein erstes Ziehwerkzeug eingelegt, in dem das Blechformteil im Wesentlichen fertig geformt und die Blechformteilkante positionsgenau mit einem vergrößerten Kantenradius vorgeformt wird. In einem zweiten Schritt wird das Blechformteil in ein zweites Ziehwerkzeug eingelegt, in dem das Blechformteil dann fertig geformt und die Blechformteilkante mit kleinem Kantenradius fertig ausgeformt wird.
Die Erfindung soll eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von markanten Blechformteilkanten aufweisenden Blechformteilen angeben.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem erfindungsgemäßen Werkzeug entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Werkzeugs ergeben sich sowohl aus den abhängigen Ansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen. Mit den nebengeordneten Ansprüchen erstreckt sich die Erfindung auch auf zwei bevorzugte Verwendungen des erfindungsgemäßen Werkzeugs.
Das erfindungsgemäße Werkzeug umfasst ein erstes Werkzeugteil und ein hierzu relativbewegliches zweites Werkzeugteil, wobei diese Werkzeugteile formgebende Werkzeugwirkflächen aufweisen und die Werkzeugwirkfläche wenigstens eines der Werkzeugteile mit wenigstens einer eine Blechformteilkante erzeugenden Werkzeugkante ausgebildet ist und die Werkzeugwirkfläche des anderen Werkzeugteils mit einer gegenüberliegenden und mit der Werkzeugkante korrespondierenden Werkzeugvertiefung ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass beiderseits der Werkzeugkante die (angrenzende) Werkzeugwirkfläche (des betreffenden Werkzeugteils) lokal mit Flächenaufmaß (d. h. mit einer Flächenerhöhung) ausgebildet ist, wodurch das Blechmaterial während der Blechumformung in die gegenüberliegende Werkzeugvertiefung des anderen Werkzeugteils gedrückt werden kann bzw. einpressbar ist und dabei bzw. hierbei die Blechformteilkante seitens der Werkzeugvertiefung ausgeformt wird bzw. ausformbar ist.
Die Umformung des Blechmaterials in einem erfindungsgemäßen Werkzeug erfolgt in an und für sich bekannter Weise zwischen den Werkzeugteilen durch Schließen und insbesondere pressenbetätigtes Schließen des Werkzeugs. Bei den Werkzeugteilen handelt es sich insbesondere um ein Werkzeugunterteil und ein Werkzeugoberteil eines pressengebundenen Werkzeugs. Das erfindungsgemäße Werkzeug ist insbesondere als pressengebundenes Tiefziehwerkzeug ausgebildet. Bei den mit einem erfindungsgemäßen Werkzeug herzustellenden Blechformteilen handelt es sich insbesondere um Karosserieaußenhautteile für Kraftfahrzeugkarosserien.
Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug wird das Blechmaterial aufgrund des beiderseits der Werkzeugkante ausgebildeten Flächenaufmaßes während der Umformung (also während der Schließbewegung des Werkzeugs) in die gegenüberliegende Werkzeugvertiefung gedrückt, wodurch eine Ausformung der Blechformteilkante seitens der Werkzeugvertiefung erfolgt bzw. erfolgen kann. Anders als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Werkzeugen wird die Blechformteilkante nicht durch eine im Wesentlichen freie Biegung des Blechmaterials an der Werkzeugkante (bzw. um die Werkzeugkante herum), sondern durch Formung des Blechmaterials in der der Werkzeugkante gegenüberliegenden Werkzeugvertiefung gebildet, wozu das Blechmaterial aufgrund des Flächenaufmaßes neben der Werkzeugkante in diese Werkzeugvertiefung gedrückt und darin plastisch verformt wird. Die Werkzeugkante, die Flächenaufmaßbereiche zu beiden Seiten der Werkzeugkante und die Werkzeugvertiefung bilden hierzu eine Formgebungseinheit. Die Ausformung der Blechformteilkante am herzustellenden Blechformteil geschieht also über die Blechformteilkantenaußenseite und nicht, wie bislang die Praxis, über die Blechformteilkanteninnenseite. Die Erfindung basiert somit auf einer Prinzipumkehr von einer kanteninnenseitigen zu einer kantenaußenseitigen Formgebung. Dadurch lassen sich sehr markante Blechformteilkanten herstellen, die einen sehr kleinen Kantenaußenradius aufweisen können, wodurch eine optisch scharfkantige Anmutung erreicht wird. Der herstellbare Kantenaußenradius (an der Blechformteilkante) kann weniger als das 1,5-fache und bevorzugt weniger als das 1,2-fache der Blechmaterialdicke betragen. Bevorzugt beträgt der herstellbare Kantenaußenradius weniger als die Blechmaterialdicke.
Das erfindungsgemäße Werkzeug ermöglicht in vorteilhafter Weise die präzise Ausbildung einer markanten Blechformteilkante in nur einem Arbeitsschritt bzw. Arbeitsgang. Ferner kann mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug die Entstehung von Nachlaufkanten am herzustellenden Blechformteil vermieden werden. Zudem kann der Einarbeitungsaufwand deutlich geringer ausfallen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Werkzeugvertiefung kerbenartig ausgebildet ist und einen scharfkantigen Kerbengrund aufweist, womit insbesondere gemeint ist, dass die seitlichen Kerbflächen im Kerbengrund ohne eine Verrundung oder einen Freistich aufeinandertreffen. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Werkzeugvertiefung an einem auswechselbaren Werkzeugeinsatz ausgebildet ist, wobei der Werkzeugeinsatz einteilig oder mehrteilig gestaltet sein kann. Dadurch kann die Werkzeugherstellung und -wartung vereinfacht werden. Die Werkzeugvertiefung und/oder der Werkzeugeinsatz können gehärtet sein. Ebenso kann auch die Werkzeugkante gehärtet sein.
Bevorzugt ist die, insbesondere einer scharfkantigen Werkzeugvertiefung gegenüberliegende, Werkzeugkante mit einem kleinen Kantenradius und insbesondere mit einem Kantenradius von 1,0 mm bis 1,5 mm ausgebildet. Ein kleiner Kantenradius an der Werkzeugkante begünstigt die Ausformung einer markanten Blechformteilkante und verhindert andererseits eine Beschädigung des Blechmaterials. Ferner ist eine verrundete Werkzeugkante unempfindlicher gegen Beschädigungen und Verschleiß. Zudem sind höhere Ziehtiefen erreichbar, da das Ziehen über scharfe Stempelkanten problematisch ist.
Die Aufmaßhöhe kann in etwa 10 %, bevorzugt in etwa 15 %, besonders bevorzugt in etwa 20 % und insbesondere in etwa 25 % der Blechmaterialdicke betragen, für die das erfindungsgemäße Werkzeug ausgebildet und eingearbeitet ist. Die Aufmaßhöhe wird dabei insbesondere in Flächennormalenrichtung bemessen (ähnlich einem Flächen-Offset).
Bevorzugt ist vorgesehen, dass beidseitig der Werkzeugkante streifenartige Bereiche mit Flächenaufmaß bzw. so genannte Aufmaßbereiche ausgebildet sind, die eine Breite von 10 mm bis 40 mm und insbesondere von 20 mm bis 30 mm aufweisen können. Besonders bevorzugt sind diese steifenartigen Aufmaßbereiche bzw. -abschnitte symmetrisch zur Werkzeugkante ausgebildet. Bevorzugt gehen die steifenartigen Aufmaßbereiche stufenfrei in die angrenzenden Flächenbereiche der Werkzeugwirkfläche über.
Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Werkzeug zur Herstellung von Blechformteilkanten aufweisenden Blechformteilen aus Aluminiumblech oder Sandwichblech verwendet. Ein Sandwichblech ist ein Verbundblech, das insbesondere aus zwei dünnen Deckblechen, bspw. aus Stahl- oder Aluminiumblech, und einem Kunststoffkern, bspw. aus einem Polymer, besteht. Insbesondere bei Aluminium- und Sandwichblechmaterialien erweist sich die Ausbildung von markanten Blechformteilkanten bislang als äußerst schwierig, da bspw. die höheren Blechdicken von Aluminiumblechen (im Vergleich zu Stahlblechen) oder das Auffederungsverhalten von Sandwichblechen zwangsläufig zu großen Kantenradien führt (so genannter Verrundungseffekt). Bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Werkzeugs können die mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteile nicht oder nur in einem verminderten Umfang auftreten.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise mit Bezug auf die schematische und nicht maßstabsgerechte Figur näher erläutert. Die in der Figur gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können jedoch, unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein.
1 zeigt ausschnittsweise in einer Schnittansicht ein erfindungsgemäßes Werkzeug.
Das Werkzeug 100 umfasst ein Werkzeugunterteil 110 mit einer Werkzeugwirkfläche 112 und ein hierzu relativbewegliches Werkzeugoberteil 120 mit einer Werkzeugwirkfläche 122. Durch Absenken des Werkzeugoberteils 120 kann in an und für sich bekannter Weise ein zwischen den Werkzeugwirkflächen 112 und 122 befindliches Blechmaterial M umgeformt werden. Die Darstellung zeigt den Endzustand der Blechumformung, wobei sich das Werkzugoberteil 120 in seinem unteren Bewegungstotpunkt befindet.
Zur Erzeugung einer markanten Blechformteilkante im Blechmaterial M ist das Werkzeugunterteil 110 im gezeigten Bereich mit einer Werkzeugkante 115 und das Werkzeugoberteil 120 mit einer der Werkzeugkante 115 gegenüberliegenden kerbenartigen Werkzeugvertiefung 125 ausgebildet. Die Werkzeugvertiefung 125 ist in einen auswechselbaren Werkzeugeinsatz 127 eingearbeitet, wobei der Werkzeugeinsatz 127 mehrteilig gestaltet sein kann, wie mit gepunkteter Linie angedeutet. Ebenso kann auch die Werkzeugkante 115 an einem auswechselbaren Werkzeugeinsatz ausgebildet sein. Die Werkzeugkante 115 weist einen Kantenradius R von bspw. 1,0 mm bis 1,5 mm auf. Die gegenüberliegende Werkzeugvertiefung 125 ist mit einem scharfkantigen Kerbengrund ausgebildet.
Zu beiden Seiten der Werkzeugkante 115 ist die Werkzeugwirkfläche 112 am Werkzeugunterteil 110 lokal mit Flächenaufmaßbereichen A ausgebildet, die sich (senkrecht zur Darstellungsebene) streifenartig entlang der Werkzeugkante 115 erstrecken. Die Aufmaßhöhe X beträgt bspw. in etwa 20 % der Blechmaterialdicke S. Ausgehend von der Werkzeugkante 115 kann die Breite B der symmetrisch ausgebildeten Aufmaßbereiche A in etwa 20 mm bis 30 mm betragen.
Beim Umformen wird in den Flächenaufmaßbereichen A lokal ein erhöhter Druck auf das Blechmaterial M ausgeübt. Dadurch wird das Blechmaterial M in die gegenüberliegende scharfkantige Werkzeugvertiefung 125 gedrückt bzw. gepresst. Hierdurch ergibt sich ein Materialfluss ähnlich dem Fließpressen (wie mit den beiden Pfeilen veranschaulicht), wodurch im Blechmaterial M die herzustellende Blechformteilkante seitens der Werkzeugvertiefung 125 ausgeformt wird. Diese kantenaußenseitige Formgebung führt zu einer markanten, d. h. optisch scharfkantigen Blechformteilkante an der späteren Außenseite bzw. Sichtseite des herzustellenden Blechformteils.
Die Werkzeugwirkfläche 122 des Werkzeugoberteils 120 wird im Bereich der Werkzeugvertiefung 125 nicht eingearbeitet und verbleibt somit unbearbeitet. Daher kann ein so genanntes Tuschieraufmaß im Bereich der Werkzeugvertiefung 125 entfallen, was die Werkzeugherstellung und -einarbeitung vereinfacht.
Bezugszeichenliste

100: Werkzeug
110: Werkzeugunterteil
112: Werkzeugwirkfläche
115: Werkzeugkante
120: Werkzeugoberteil
122: Werkzeugwirkfläche
125: Werkzeugvertiefung
127: Werkzeugeinsatz
A: Aufmaßbereich
B: Breite
M: Blechmaterial
R: Kantenradius
S: Blechdicke
X: Aufmaßhöhe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011115219 A1 [0004]

Claims

Werkzeug (100) zur Herstellung von Blechformteilkanten aufweisenden Blechformteilen, mit einem ersten Werkzeugteil (110) und einem hierzu relativbeweglichen zweiten Werkzeugteil (120), wobei die Werkzeugteile (110, 120) formgebende Werkzeugwirkflächen (112, 122) aufweisen und die Werkzeugwirkfläche (112) wenigstens eines der Werkzeugteile (110) mit wenigstens einer eine Blechformteilkante erzeugende Werkzeugkante (115) und die Werkzeugwirkfläche (122) des anderen Werkzeugteils (120) mit einer gegenüberliegenden Werkzeugvertiefung (125) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits wenigstens einer solchen Werkzeugkante (115) die Werkzeugwirkfläche (112) lokal mit Flächenaufmaß (A) ausgebildet ist, so dass das Blechmaterial (M) während der Umformung in die gegenüberliegende Werkzeugvertiefung (125) gedrückt und dabei die Blechformteilkante seitens der Werkzeugvertiefung (125) ausgeformt werden kann.
Werkzeug (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugvertiefung (125) kerbenartig ausgebildet ist und einen scharfkantigen Kerbengrund aufweist.
Werkzeug (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugvertiefung (125) an einem auswechselbaren Werkzeugeinsatz (127) ausgebildet ist.
Werkzeug (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugkante (115) mit einem Kantenradius (R) von 1,0 mm bis 1,5 mm ausgebildet ist.
Werkzeug (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufmaßhöhe (X) in etwa 20 % der Blechmaterialdicke (S) beträgt.
Werkzeug (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig der Werkzeugkante (115) streifenartige Aufmaßbereiche (A) ausgebildet sind, die eine Breite (B) von 20 mm bis 30 mm aufweisen.
Werkzeug (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als pressengebundenes Tiefziehwerkzeug ausgebildet ist.
Werkzeug (100) nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den herzustellenden Blechformteilen um Karosserieaußenhautteile handelt.
Verwendung eines Werkzeugs (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung entsprechender Blechformteile aus Aluminiumblech.
Verwendung eines Werkzeugs (100) gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung entsprechender Blechformteile aus Sandwichblech.