DE102015220231B4 - Device for deep-drawing a sheet metal blank with forming tools - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zum Tiefziehen eines Blechzuschnittes mit Formwerkzeugen mit einem Ziehstempel (4), einem Ziehring oder einer Matrize (3), sowie einem Niederhalter (1), wobei Ziehring oder Matrize (3) und Niederhalter (1) in dem, dem umzufomenden Blechzuschnitt (2) zugewandten Flanschbereich mehrere auskragende, zueinander beabstandete Formelemente (6, 7) aufweisen, wobei die annähernd punktförmig wirkenden Formelemente (6, 7) am oder im Ziehring oder der Matrize (3) und am oder im Niederhalter (1) zueinander versetzt und/oder fluchtend zueinander angeordnet sind.Device for deep-drawing a sheet metal blank with forming tools with a drawing punch (4), a drawing ring or a die (3) and a hold-down device (1), with the drawing ring or die (3) and hold-down device (1) in the sheet metal blank to be formed (2nd ) facing the flange area have a plurality of projecting shaped elements (6, 7) spaced apart from one another, the shaped elements (6, 7) acting approximately in a punctiform manner being offset from one another on or in the drawing ring or die (3) and on or in the hold-down device (1) and/or are arranged in alignment with each other.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Tiefziehen von Blechzuschnitten (Ronden, Folien, Platten, Tafeln, Platinen).The invention relates to a device for deep-drawing sheet metal blanks (blanks, foils, plates, panels, blanks).
Tiefziehen ist nach DIN 8584 das Zugdruckumformen eines Blechzuschnitts in einen einseitig offenen Hohlkörper oder eines vorgezogenen Hohlkörpers in einen solchen mit geringerem Querschnitt ohne gewollte Veränderung der Blechdicke.According to DIN 8584, deep drawing is the tensile compression forming of a sheet metal blank into a hollow body that is open on one side or a preformed hollow body into one with a smaller cross-section without intentionally changing the sheet metal thickness.
Das Tiefziehen zählt bei der Kleinserien- wie bei der Massenfertigung zu den wirtschaftlich bedeutendsten Blechumformverfahren. Beim Tiefziehen mit Formwerkzeugen wird die notwendige Umformkraft mit Hilfe eines Stempels auf den Boden des zu fertigenden Tiefziehteiles aufgebracht. Dabei wird mit dem Stempel der Blechzuschnitt durch den formgebenden Ziehring bzw. die Matrize gezogen. Der Niederhalter, der unter einem definierten Druck auf dem Blechzuschnitt wirkt, soll die Faltenbildung am Tiefziehteil verhindern.Deep drawing is one of the economically most important sheet metal forming processes in both small series and mass production. When deep-drawing with forming tools, the necessary forming force is applied to the bottom of the deep-drawn part to be manufactured with the aid of a stamp. The sheet metal blank is pulled through the forming die or die with the punch. The hold-down device, which acts on the sheet metal blank under a defined pressure, is intended to prevent wrinkles from forming on the deep-drawn part.
Aufgrund der starken Reibung zwischen dem Blechzuschnitt, dem Niederhalter und der Ziehmatrize werden regelmäßig Schmierstoffe, wie Aqua-Form oder Raziol eingesetzt. Dazu müssen die zu bearbeitenden Blechzuschnitte vorab mit dem Schmiermittel benetzt und nach dem Abschluss des Umformprozesses aufwendig gereinigt werden.Lubricants such as Aqua-Form or Raziol are regularly used due to the strong friction between the sheet metal blank, the hold-down device and the drawing die. To do this, the sheet metal blanks to be processed must first be wetted with the lubricant and then cleaned in a laborious process once the forming process is complete.
Aus dem Stand der Technik sind auch Niederhalter bekannt, die eine Ziehwulst oder Bremswulst aufweisen, um die Wirkung des Niederhalters zu verbessern. Entsprechende sinngemäße Darstellungen sind bspw. der
Dabei ist bei der Umformung rotationssymmetrischer Werkstücke die Ziehwulst eine kreisringförmige, auskragende, durchgehende Leiste im Niederhalter, die einen gleichbleibenden Abstand zur Ziehkante aufweist, die aus der planen Oberfläche des Niederhalters ausragt, wobei in der Ziehmatrize als Gegenstück eine formideale Ausnehmung eine Ziehsicke in Form einer umlaufenden, durchgehenden Ringnut angeordnet ist.During the forming of rotationally symmetrical workpieces, the drawing bead is a circular, projecting, continuous strip in the hold-down device, which has a constant distance to the drawing edge, which protrudes from the flat surface of the hold-down device, with a shaped ideal recess in the drawing die as a counterpart in the form of a drawing bead circumferential, continuous annular groove is arranged.
Bei der Umformung rechteckiger Querschnittsformen wird die Ziehwulst aus auskragenden, geradlinig verlaufenden Leisten im Niederhalter gebildet, deren Länge im Wesentlichen der Bauteilgröße entspricht, wobei in der Ziehmatrize als Gegenstück formideale Ausnehmungen in Form durchgehenden Nuten angeordnet sind.When forming rectangular cross-sectional shapes, the drawing bead is formed from projecting, straight strips in the hold-down device, the length of which essentially corresponds to the size of the component, with recesses in the drawing die that are ideal in shape being arranged as a counterpart in the form of continuous grooves.
Beim Tiefziehvorgang rotationssymmetrischer Werkstücke drückt die kreisringförmige Ziehwulst auf den darunterliegenden Bereich des Blechzuschnittes und zwingt den Werkstoff zu einer Fließbewegung in das muldenförmige Gegenstück in der Ziehmatrize, bevor das Material über den Ziehring in die endgültige Form gezogen wird. Eine entsprechende Vorrichtung wird bspw. in der
Der linke Teil der Abbildung zeigt in einer geschnitten Darstellung den Niederhalter 1 mit einer umlaufenden, durchgehenden Ringnut 5a.The left-hand part of the figure shows the hold-
Der darunter angeordnete Ziehring 3 weist an gleicher Position eine kreisringförmige, durchgehende Leiste 5b (Ziehsicke) auf. Der Stempel 4 befindet sich in der Ausgangsposition vor dem Umformvorgang und berührt die Oberfläche des Blechzuschnittes 2.The
Der rechte Teil der Abbildung von
Durch den Einsatz der Zieh- oder Bremswulst wird der Werkstofffluss bereichsweise gesteuert. Nachteilig daran sind die vergleichsweise großen Umformkräfte, die Notwendigkeit des Einsatzes von Schmiermitteln und die höhere Gefahr des Bauteilversagens durch Bodenreißer.The material flow is controlled area by area by using the pulling or braking bead. The disadvantages of this are the comparatively high forming forces, the need to use lubricants and the higher risk of component failure due to bottom tears.
Die
In der
Gegenstand der
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung vorzuschlagen, die es ermöglicht, das zu fertigende Teilespektrum deutlich zu vergrößern, um neue Anwendungsgebiete zu erschließen bzw. bestehende Prozessgrenzen zu verschieben.The object of the invention is to propose a device that makes it possible to significantly increase the range of parts to be manufactured in order to open up new areas of application or to shift existing process limits.
Daneben soll durch die erfindungsgemäße Vorrichtung auf den Einsatz von Schmiermitteln weitestgehend verzichtet werden, um die Kosten für die Hilfsstoffe, die Vor- und Nachbehandlung der Blechzuschnitte bzw. der umgeformten Tiefziehteile und damit die Umweltbelastung zu reduzieren.In addition, the device according to the invention should largely dispense with the use of lubricants in order to reduce the costs for the auxiliary materials, the pre- and post-treatment of the sheet metal blanks or the formed deep-drawn parts and thus the environmental impact.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1. Vorzugsweise Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Vorrichtung sind Gegenstand der rückbezogenen Unteransprüche 2 bis 11.According to the invention, the object is achieved by a device according to
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die notwendige Umformkraft über einen Ziehstempel auf den Blechzuschnitt aufgebracht. Die Fließbewegung des umzuformenden Werkstückes wird durch einen Niederhalter in Verbindung mit einem Ziehring gesteuert.In the device according to the invention, the necessary forming force is applied to the sheet metal blank via a drawing die. The flow movement of the workpiece to be formed is controlled by a hold-down device in connection with a drawing ring.
Niederhalter und Ziehring / Matrize weisen in dem Bereich des Bauteilflansches mehrere auskragende, zueinander beabstandete Formelemente auf. Dabei sind die Formelemente des Niederhalters und des Ziehrings / der Matrize zueinander fluchtend oder versetzt angeordnet. In the area of the component flange, the hold-down device and drawing ring/die have several projecting, spaced-apart shaped elements. The shaped elements of the hold-down device and the drawing ring/the die are arranged in alignment with one another or offset.
Durch die auskragenden, beabstandeten und quasi punktförmig wirkenden Formelemente wird im Flanschbereich des Tiefziehwerkzeuges die Kontaktfläche zwischen Werkzeug und Werkstück im Vergleich zu bekannten Zieh- und Bremswülsten signifikant verkleinert.The contact surface between the tool and the workpiece in the flange area of the deep-drawing tool is significantly reduced in comparison to known drawing and braking beads due to the protruding, spaced-apart and quasi-punctiform shaped elements.
Bei einer versetzten Anordnung der Formelemente des Niederhalters und des Ziehrings bzw. der Matrize erfährt das umzuformende Blech eine Wechselbiegung in radialer und tangentialer Richtung, die es gegen eine Faltenbildung infolge der gezielten Erhöhung der stabilisiert und damit eine Faltenbildung, verhindert.With a staggered arrangement of the forming elements of the hold-down device and the drawing ring or the die, the metal sheet to be formed undergoes alternating bending in the radial and tangential direction, which stabilizes it against wrinkling as a result of the targeted increase in and thus prevents wrinkling.
Bei einer alternativen, in Richtung der Stempelbewegung fluchtenden Anordnung der Formelemente des Niederhalters und des Ziehrings bzw. der Matrize wird das umzuformende Blech beidseitig an den gleichen Berührungspunkten geführt. Dadurch wird die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück minimiert.In an alternative arrangement of the shaped elements of the hold-down device and the drawing ring or the die, aligned in the direction of the punch movement, the metal sheet to be formed is guided at the same contact points on both sides. This minimizes the friction between the tool and the workpiece.
Bei einer weiteren, gleichfalls bevorzugten Ausgestaltung sind einzelne Formelemente des Niederhalters und des Ziehrings bzw. der Matrize in Stempelvorschubrichtung fluchtend zueinander und andere Formelemente des Niederhalters und des Ziehrings bzw. der Matrize in Stempelvorschubrichtung versetzt zueinander angeordnet. Dadurch wird zum einen die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück im Vergleich zu den bekannten Lösungen des Standes der Technik minimiert. Zugleich verhindert die, in Stempelvorschubrichtung partiell versetzte Anordnung von Formelementen des Niederhalters und des Ziehrings bzw. der Matrize die unerwünschte Faltenbildung.In a further, equally preferred embodiment, individual shaped elements of the hold-down device and the drawing ring or the die are aligned with one another in the punch feed direction and other shaped elements of the hold-down device and the drawing ring or die are arranged offset with respect to one another in the punch feed direction. On the one hand, this minimizes the friction between the tool and the workpiece compared to the known solutions of the prior art. At the same time, the partially offset arrangement of form elements of the hold-down device and the drawing ring or the die, which is partially offset in the direction of the punch feed, prevents the undesired formation of creases.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Formelemente erlaubt nicht nur die energieeffiziente Herstellung von Blechbauteilen unter Verzicht von Schmiermittel, sondern insbesondere die Umformung unregelmäßig gestalteter Bauteile mit erhöhter Prozesssicherheit, d. h. mit vergrößertem Prozessfenster. Hierbei kann der Werkstofffluss durch die fest oder bevorzugt drehbar gelagerten, besonders bevorzugt flexibel positionierbaren Formelemente gezielt gesteuert werden.The use of the shaped elements according to the invention not only allows the energy-efficient production of sheet metal components without the use of lubricants, but in particular the forming of irregularly shaped components with increased process reliability, i. H. with enlarged process window. Here, the material flow can be specifically controlled by the fixed or preferably rotatably mounted, particularly preferably flexibly positionable form elements.
Die Formelemente sind fest oder lösbar mit dem Niederhalter und dem Ziehring / Matrize verbunden. Die Fertigung des Niederhalters und des Ziehrings mit den auskragenden Formelementen erfolgt mit bekannten Verfahren der spanenden Fertigung, wie z. B. durch Fräsen.The form elements are firmly or detachably connected to the hold-down device and the drawing ring/die. The hold-down device and the drawing ring with the projecting shaped elements are manufactured using known machining processes, such as e.g. B. by milling.
Bevorzugt sind die Formelemente als halbkugel- oder kalottenförmige Auskragungen ausgebildet. Je nach Größe und Geometrie des herzustellenden Werkstückes sind die Formelemente zueinander in definiertem Abstand zueinander fixiert. In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Formelemente einen identischen Abstand zueinander auf, was allerdings nicht zwingend erforderlich ist.The shaped elements are preferably designed as hemispherical or dome-shaped projections. Depending on the size and geometry of the workpiece to be manufactured, the form elements are fixed at a defined distance from one another. In a preferred embodiment, the shaped elements are at an identical distance from one another, although this is not absolutely necessary.
Zur Verdeutlichung ist am rechten Bildrand von
Die auskragenden, feststehenden Formelemente 6 sind auf mehreren konzentrischen Kreisbahnen angeordnet und weisen einen gleichen Abstand zueinander auf.The cantilevered, fixed
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung wird der Werkstofffluss durch mehrere, beweglich gelagerte Formelemente 7 gesteuert. Dadurch können die auftretenden Reibkräfte zwischen den vorzugsweise drehbar gelagerten, auskragenden Formelementen 7 am Niederhalter 1 und am Ziehring / der Matrize 3 und der Oberfläche des Blechzuschnittes 2 signifikant reduziert werden.In a particularly preferred embodiment, the flow of material is controlled by a plurality of movably mounted
In einer weiteren, gleichfalls bevorzugten Ausgestaltung weisen die Formelemente 6, 7 einen unterschiedlichen Abstand zueinander auf. Speziell zur Bearbeitung kompliziert geformter, asymmetrischer Werkstücke weisen die Formelemente 6, 7 in einer weiteren, gleichfalls bevorzugten Ausgestaltung einen unterschiedlichen Abstand zueinander auf, der dem zu erwartenden Spannungsverlauf beim Tiefziehen entspricht. Die Ermittlung der Anordnung der Formelemente 6, 7 und der Abstände zueinander erfolgt mit bekannten analytischen und halbanalytischen Auslegungsmethoden.In a further, likewise preferred embodiment, the
In einer weiteren, gleichfalls bevorzugten Ausgestaltung sind die Formelemente 6, 7 gleichförmig auf mindestens zwei verschiedenen Bahnen 9 angeordnet. Unter einer Bahn 9 wird im Sinne dieser Erfindung eine Linie verstanden, auf der sich die zueinander beabstandeten Formelemente 6, 7 des Niederhalters 1 und des Ziehrings 3 befinden. Dabei sind die Formelemente 6, 7 des Niederhalters 1 und des Ziehrings bzw. der Matrize 3 in Stempelvorschubrichtung (Z-Richtung) fluchtend zueinander oder zueinander versetzt angeordnet.In a further, likewise preferred embodiment, the shaped
In einer weiteren, gleichfalls bevorzugten Variante sind die Formelemente 6, 7 unregelmäßig auf mindestens zwei verschiedenen Bahnen 9 angeordnet.In a further, likewise preferred variant, the shaped
Der darunter angeordnete Ziehring 3 weist versetzt angeordnete gleich beabstandete, auskragende und beweglich gelagerte, bevorzugt drehbar gelagerte Formelemente 7 auf, die die Oberfläche des Blechzuschnittes 2 berühren. Die beweglich gelagerten Formelemente 7 sind bevorzugt als Kugeln ausgebildet, die partiell aus der Oberfläche des Niederhalters 1 und des Ziehrings 3 auskragen.The
Der Stempel 4 befindet sich in der Ausgangsposition vor dem Umformvorgang und berührt die Oberfläche des Blechzuschnittes 2.The
Der rechte Teil der Abbildung von
Zur Verdeutlichung ist am rechten Bildrand von
Die vergrößerte Darstellung zeigt den, durch die auskragenden, beweglich gelagerten Formelemente im Niederhalter 1 und im Ziehring 3 gesteuerten Werkstofffluss des Blechzuschnittes 2.The enlarged view shows the material flow of the
Die auskragenden, beweglich gelagerten, vorzugsweise drehbar gelagerten Formelemente 7 am Niederhalter 1 und am Ziehring / der Matrize 3 sind in der x-y-Ebene zueinander versetzt angeordnet. Dadurch kommt es beim Umformprozess zu einer Wechselbiegebelastung des Werkstoffes, wodurch eine Kaltverfestigung des Flanschbereichs und ggf. des Zargenbereichs bewirkt wird.The projecting, movably mounted, preferably rotatably mounted
Durch die Verwendung der auskragenden Formelemente 7 am Niederhalter 1 und am Ziehring / der Matrize 3 gelingt es, auch kompliziert geformte Bauteile durch Tiefziehen ohne Schmierstoff herzustellen. Ein sonst zu erwartendes Reißen des Blechzuschnittes aufgrund des begrenzten Umformvermögens des Werkstoffes wird durch die, als auskragende Formelemente 7 bevorzugt verwendeten, drehbar gelagerten Kugeln wirksam verhindert.By using the protruding
Für die Umformung großer und kompliziert geformter Werkstücke werden in einer weiteren, gleichfalls bevorzugten Ausgestaltung feststehende und beweglich gelagerte, vorzugsweise drehbar gelagerte Formelemente 6, 7 am Niederhalter 1 und am Ziehring / Matrize 3 angeordnet. Dadurch können bevorzugt asymmetrische Teile hergestellt werden.In a further, likewise preferred embodiment, fixed and movably mounted, preferably rotatably mounted,
Neben der Verwendung auskragender Formelemente 6, 7, die als Halbkugeln oder drehbar gelagerte Kugeln ausgebildet sind, wird der Einsatz auskragender Rotationsellipsoide oder Zylinder, die einen Werkstofffluss entlang einer begrenzten Strecke ermöglichen, gleichfalls bevorzugt. Durch die auskragenden Formelemente 6, 7 wird im Flanschbereich des Tiefziehwerkzeuges die Kontaktfläche zwischen Werkzeug und Werkstück im Vergleich zu den bekannten Bremswülsten signifikant verkleinern.In addition to the use of cantilevered shaped
Durch die bevorzugt eingesetzten, beweglich gelagerten Formelemente 7 wird im Vergleich zu den feststehenden Formelementen 6 eine weitere Minderung der Reibkräfte und der daraus resultierenden, notwendigen Ziehkraft erreicht. Zwischen Werkstück und Werkzeug herrscht im Flanschbereich nur noch Rollreibung, die deutlich geringer ist, als die Gleitreibung beim Einsatz feststehender Formelemente.Due to the preferably used, movably mounted
Die bevorzugt eingesetzten, beweglich gelagerten, besonders bevorzugt drehbar gelagerten Formelemente 7 sind in zahlreichen verschiedenen Ausführungen hinsichtlich ihrer Bauart, Größe und zulässiger Lastaufnahme einsetzbar. Als Formelemente 7 besonders bevorzugt sind Kugeln, Zylinder, Walzen, Walzenkränze, Kegel, Kegelstumpf oder Tonnen.The preferably used, movably mounted, particularly preferably rotatably mounted
Beim Ziehvorgang mit dem erfindungsgemäßen Tiefziehwerkzeug erfährt das umzuformende Blech eine Wechselbiegung in radialer und tangentialer Richtung, die es gegen eine Faltenbildung infolge der gezielten Erhöhung der stabilisiert und damit eine Prozessinstabilität, wie die Faltenbildung, verhindert. Die Kraft zur Überwindung der Wechselbiegungen im Flanschbereich wird als Rückhaltekraft zur Steuerung des Materialflusses gezielt genutzt.During the drawing process with the deep-drawing tool according to the invention, the metal sheet to be formed undergoes alternating bending in the radial and tangential direction, which stabilizes it against wrinkling as a result of the targeted increase in and thus prevents process instability such as wrinkling. The force to overcome the alternating bending in the flange area is used as a restraining force to control the flow of material.
Der darunter angeordnete Ziehring 3 weist dazu in der x-y-Ebene fluchtend angeordnete gleich beabstandete, auskragende und feststehende Formelemente 6 auf, die die Oberfläche des Blechzuschnittes 2 berühren. Diese bevorzugte Ausgestaltung führt zu einer Minimierung der Kontaktfläche zwischen Werkzeug und Werkstück und dadurch zu einer Minimierung der Reibkräfte.For this purpose, the
Der linke Teil der Abbildung a) zeigt in einer stark schematisierten, geschnittenen Darstellung den Niederhalter 1 mit mehreren, gleich beabstandeten, auskragenden und fest angeordneten oder drehbar gelagerten Formelementen 6, 7, die die Oberfläche des Blechzuschnittes 2 berühren. Der darunter angeordnete Ziehring 3 weist dazu fluchtend angeordnete gleich beabstandete, auskragende, feststehende oder drehbar gelagerte Formelemente 6, 7 auf, die die Oberfläche des Blechzuschnittes 2 berühren. Diese bevorzugte Ausgestaltung führt zu einer Minimierung der Kontaktfläche zwischen Werkzeug und Werkstück und dadurch zu einer Minimierung der Reibkräfte.The left-hand part of figure a) shows the hold-down
Der darunter angeordnete Ziehring 3 weist dazu im linken Bereich fluchtend angeordnete, auskragende, feststehende oder drehbar gelagerte Formelemente 6, 7 auf, die die Oberfläche des Blechzuschnittes 2 berühren. Im rechten Bereich weist der Ziehring 3 versetzt angeordnete, auskragende, feststehende oder drehbar gelagerte Formelemente 6, 7 auf, die die Oberfläche des Blechzuschnittes 2 berühren.For this purpose, the
Diese gleichfalls bevorzugte, kombinierte Anordnung von zueinander fluchtenden und versetzt angeordneten Formelemente 6, 7 am bzw. im Niederhalter 1 und am bzw. im Ziehring (Matrize) 3 ermöglicht durch die daraus resultierenden Wechselbiegungen eine gezielte Steuerung des Werkstoffflusses und verhindert mögliche Faltenbildungen. Zugleich werden die auftretenden Reibkräfte im Vergleich zu den bekannten Lösungen des Standes der Technik reduziert.This likewise preferred, combined arrangement of mutually aligned and staggered shaped
Um bei den erfindungsgemäß makrostrukturierten Werkzeugen den Werkstofffluss und die Reibung gezielt einstellen zu können, muss die Werkzeuggeometrie an die Bauteilgeometrie angepasst werden. Die Geometrie der Werkzeuge kann durch die Eintauchtiefe (e), die Stützweite (A) der benachbarten Formelemente, die Ausbildung und Fixierung der Formelemente (feststehende oder beweglich gelagerte Formelemente 6, 7) und die geometrische Anordnung auf bzw. im Niederhalter 1 und dem Ziehring 3 definiert werden.
Die Eintauchtiefe e definiert, wie weit die einzelnen Formelemente in Blechnormalenrichtung penetrieren können. Die Stützweite λ definiert den Abstand zweier benachbarter Formelemente voneinander in der ursprünglich ebenen Blechebene.The immersion depth e defines how far the individual form elements can penetrate in the normal direction of the sheet metal. The span λ defines the distance between two adjacent form elements from each other in the originally flat plane of the sheet metal.
Eine höhere Eintauchtiefe e erhöht aber auch die Rückhaltekraft im Flansch und damit die nötige Ziehkraft, die zum Bauteilversagen in Form eines Bodenreißer führen kann. Dementsprechend können die Eintauchtiefe e und Stützweite λ bezüglich der Bauteilgeometrie lokal gezielt variiert werden, um einen homogenen Werkstofffluss im Flanschbereich einzustellen und Bauteilversagen durch Bodenreißer zu verhindern.However, a greater immersion depth e also increases the restraining force in the flange and thus the required pulling force, which can lead to component failure in the form of a crack in the bottom. Accordingly, the immersion depth e and span λ can be varied locally in relation to the component geometry in order to set a homogeneous material flow in the flange area and prevent component failure due to bottom tears.
Gegenüber dem konventionellen Tiefziehprozess, bei dem in der Regel der Niederhalter kraftgesteuert ist, wird beim Tiefziehen mit den erfindungsgemäßen, makrostrukturierten Werkzeugen der Abstand zwischen Niederhalter und Matrize zur Einstellung der Eintauchtiefe (als Einstellparameter) weggesteuert eingestellt. Dieses kann mit Hilfe eines Distanzrings (auch als Ziehhilfe bekannt) erfolgen. In contrast to the conventional deep-drawing process, in which the blank holder is usually power-controlled, when deep-drawing with the macrostructured tools according to the invention, the distance between the blank holder and the die is path-controlled to set the immersion depth (as a setting parameter). This can be done with the help of a spacer ring (also known as a pulling aid).
Die linke Abbildung zeigt vier zueinander gleich beabstandete, drehbar gelagerte, kugelförmige Formelemente 7n des Niederhalters. In der Ziehmatrize ist symmetrisch und versetzt zu den Formelementen 7n ein drehbar gelagertes kugelförmiges Formelement 7z an-geordnet. Eine derartige Anordnung wird bevorzugt zur Herstellung rotationssymmetrischer Werkstücke eingesetzt.The figure on the left shows four spherical shaped
Die rechte Abbildung zeigt vier zueinander gleich beabstandete, drehbar gelagerte, kugelförmige Formelemente 7n des Niederhalters. In der Ziehmatrize ist asymmetrisch und versetzt zu den Formelementen 7n ein drehbar gelagertes kugelförmiges Formelement 7z angeordnet. Eine derartige Anordnung wird bevorzugt zur Herstellung von Werkstücken ohne Symmetrieachse eingesetzt.The figure on the right shows four spherical shaped
Die zueinander beabstandeten Formelemente 6, 7 sind auf drei, zueinander gleich beabstandeten Bahnen 9 angeordnet. Die feststehenden, zylinderförmigen Formelemente 6 kragen aus der Ziehmatrize 3 aus. Die drehbar gelagerten, kugelförmigen Formelemente 7 im Eckbereich des Napfes reduzieren in dieser stark beanspruchten Zone die auftretenden Umformspannungen und -kräfte und verhindern ein Reißen des Blechzuschnittes.The
Die mit „W“ gekennzeichneten Pfeile zeigen den Verlauf des Werkstoffflusses.The arrows marked with "W" show the course of the material flow.
Anhand eines Ausführungsbeispiels wird der Einsatz des erfindungsgemäßen Tiefziehwerkzeuges beim Tiefziehen eines rotationssymmetrischen Napfes mit Kugelstrukturierung des Ziehringes 3 und des Niederhalters 1 näher beschrieben. Der prinzipielle Aufbau des Tiefziehwerkzeuges ist in
In den Werkzeugteilen Niederhalter 1 und Ziehring 3 sind im Flanschbereich jeweils drehbar gelagerte, auskragende und zueinander beabstandete kugelförmige Formelemente 7 angeordnet. Diese Formelemente 7 befinden sich jeweils auf drei konzentrischen Kreisen, die um die Rotationsachse des Werkzeuges verlaufen. Die Kreise von Niederhalter 1 und Ziehring 3 sind dabei versetzt angeordnet. Auch tangential sind die Formelemente 7 des Niederhalters 1 und des Ziehrings 3 so versetzt angeordnet, dass sie jeweils in eine Lücke des Gegenstückes greifen.In the tool parts holding-down
Der Umformprozess läuft folgendermaßen ab:
- Zuerst wird ein rundes Blech (Ronde, Durchmesser: 180 mm, Dicke: 1,0 mm, Werkstoff: DC04) eingelegt und mittig auf dem Ziehring 3 (Innendurchmesser: 103 mm, Einlaufradius: 10 mm) zentriert. Dann schließt sich der Niederhalter 1 und die auskragenden, drehbar gelagerten kugelförmigen Formelemente 7 drücken einen definierten Weg ins Blech hinein (Eintauchtiefe: 1,0 mm). Dabei wird das Blech radial und tangential durch die versetzt angeordneten Formelemente 7 wellenförmig gebogen.
- Danach bewegt sich der Stempel 4 (Durchmesser: 100 mm, Kantenradius: 10 mm, Geschwindigkeit: 10 mm/s) in
Richtung Ziehring 3 und der eigentliche Tiefziehprozess beginnt.
- First, a round sheet (blank, diameter: 180 mm, thickness: 1.0 mm, material: DC04) is inserted and centered on the drawing ring 3 (internal diameter: 103 mm, inlet radius: 10 mm). The hold-down
device 1 then closes and the protruding, rotatably mounted spherical shapedelements 7 press a defined path into the metal sheet (immersion depth: 1.0 mm). The metal sheet is bent radially and tangentially in a wavy manner by the staggered shapedelements 7 . - Then the punch 4 (diameter: 100 mm, edge radius: 10 mm, speed: 10 mm/s) moves in the direction of the
drawing ring 3 and the actual deep-drawing process begins.
Zunächst bildet sich der Ziehteilboden aus. Es fließt noch kein Werkstoff aus dem Flanschbereich nach. Erreicht die Radialspannung dann einen Wert, der die Fließbedingung erfüllt, beginnt der Werkstoff aus dem Flansch nachzufließen. Der Werkstoff im Flansch erfährt radial eine Zugbeanspruchung und wird tangential gestaucht. Um Faltenbildung durch die tangentiale Druckspannung zu verhindern, wird das Blech beim Passieren der kugelförmigen Formelemente 7 durch die auftretenden Biegungen stabilisiert. Diese Biegung ist vergleichbar mit der eines Wellbleches, das durch seine Wellengeometrie längs der Wellen eine höhere Knickstabilität erhält, als ebenes Blech. Beim Fließen biegt sich das Blech mehrmals hin und her. Es erfährt über den Weg im Flansch eine Wechselbiegung. Nachdem der Stempel 4 den Ziehweg erreicht hat, fährt er zurück, der Niederhalter 1 wird geöffnet und das Teil kann entnommen werden.The base of the drawn part forms first. No material flows out of the flange area. If the radial stress then reaches a value that satisfies the yield condition, the material begins to flow out of the flange. The material in the flange experiences radial tensile stress and is compressed tangentially. In order to prevent creases from forming as a result of the tangential compressive stress, the metal sheet is stabilized by the bending that occurs as it passes through the spherical shaped
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Niederhalterhold-down
- 22
- Ronde/BlechzuschnittRonde/sheet blank
- 33
- Ziehring/Ziehmatrizedrawing ring/die
- 44
- StempelRubber stamp
- 55
- Ziehwulst/Bremswulstpulling bead/brake bead
- 5a5a
- umlaufende, durchgehende Ringnut (Ziehsicke) im NiederhalterCircumferential, continuous ring groove (drawn bead) in the hold-down device
- 5b5b
- kreisringförmige, durchgehende Leiste im ZiehringCircular, continuous bar in the drawing ring
- 66
- Formelement, feststehendForm element, fixed
- 77
- Formelement, beweglich gelagertShaped element, movably mounted
- 7n7n
- Formelement des Niederhalters, beweglich gelagertShaped element of the hold-down device, movably mounted
- 7z7z
- Formelement des Ziehringes / der Ziehmatrize, beweglich gelagertShaped element of the drawing ring / drawing die, movably mounted
- 88th
- Distanzring (Wegbegrenzung)spacer ring (travel limitation)
- 99
- Bahn Rail
- aa
-
Abstand zwischen den Formelementen 6, 7 des angepressten Niederhalters 1 und den Formelementen 6, 7 des Ziehrings 3Distance between the
6, 7 of the pressed-on hold-downshaped elements device 1 and the shaped 6, 7 of theelements drawing ring 3 - ee
- Eintauchtiefeimmersion depth
- ss
-
Bleckdicke des Blechzuschittes 2Sheet thickness of the
sheet metal blank 2 - WW
- Werkstoffflussmaterial flow
- λλ
- Stützweitespan
Zitierte NichtpatentliteraturNon-patent literature cited
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