DE102015220231B4 - Device for deep-drawing a sheet metal blank with forming tools - Google Patents

Device for deep-drawing a sheet metal blank with forming tools Download PDF

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DE102015220231B4 DE102015220231.3A DE102015220231A DE102015220231B4 DE 102015220231 B4 DE102015220231 B4 DE 102015220231B4 DE 102015220231 A DE102015220231 A DE 102015220231A DE 102015220231 B4 DE102015220231 B4 DE 102015220231B4
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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 US 2009/ 0 049 886 A1 oder den Lehrbüchern von Jahnke oder Lange zu entnehmen.From the prior art, hold-down devices are also known which have a drawing bead or braking bead in order to improve the effect of the hold-down device. Corresponding analogous representations are, for example US 2009/0 049 886 A1 or can be found in the textbooks by Jahnke or Lange.

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 DE 24 50 624 A1 offenbart.During the deep-drawing process of rotationally symmetrical workpieces, the annular drawing bead presses on the underlying area of the sheet metal blank and forces the material to flow into the trough-shaped counterpart in the drawing die before the material is drawn into the final shape via the drawing ring. A corresponding device is for example DE 24 50 624 A1 disclosed.

1 zeigt ein Tiefziehwerkzeug mit Bremsring nach dem Stand der Technik. 1 shows a deep-drawing tool with a brake ring according to the prior art.

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-down device 1 with a circumferential, continuous annular groove 5a in a sectional view.

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 drawing ring 3 arranged underneath has a circular, continuous strip 5b (drawing bead) at the same position. The stamp 4 is in the starting position before the forming process and touches the surface of the sheet metal blank 2.

Der rechte Teil der Abbildung von 1 zeigt in einer geschnittenen Darstellung den Beginn des Umformvorganges. Der Niederhalter 1 drückt dabei auf den Blechzuschnitt 2. Gleich-zeitig bewegt sich der Stempel 4 nach unten und zieht den Blechzuschnitt 2 über den Zieh-ring 3. Durch den Anpressdruck des Stempels 4 fließt der Werkstoff des Blechzuschnittes 2 zwischen der kreisringförmigen, durchgehenden Leiste 5b im Ziehring 3 und der senkrecht fluchtend darüber angeordneten, umlaufenden, durchgehenden Ringnut 5b im Ziehring 3 hin-durch. Zur Verdeutlichung ist am rechten Bildrand von 1 ein Ausschnitt des Bereiches zwischen Niederhalter 1, Blechzuschnitt 2 und Ziehring 3 mit der kreisringförmigen, durchgehenden Leiste 5b im Ziehring 3 und der senkrecht darüber angeordneten, umlaufenden, durchgehenden Ringnut 5a im Niederhalter 1 vergrößert dargestellt.The right part of the figure from 1 shows the start of the forming process in a sectional representation. The hold-down device 1 presses on the sheet metal blank 2. At the same time, the punch 4 moves downwards and pulls the sheet metal blank 2 over the drawing ring 3. Due to the contact pressure of the punch 4, the material of the sheet metal blank 2 flows between the annular, continuous bar 5b in the drawing ring 3 and the circumferential, continuous annular groove 5b in the drawing ring 3 arranged vertically aligned above it. For clarification is at the right edge of the picture 1 a section of the area between hold-down device 1, sheet metal blank 2 and drawing ring 3 with the annular, continuous strip 5b in the drawing ring 3 and the circumferential, continuous annular groove 5a in the hold-down device 1 arranged vertically above it is shown enlarged.

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 DE 195 04 264 A1 offenbart die rillierte Gestaltung der Anlageflächen des Klemmrahmens. Dabei weist das Umformwerkzeug eine Anlagefläche auf, die wenigstens zwei durchgehende Wülste und in der gegenüberliegenden Anlagefläche entsprechend viele durchgehende Rillen besitzt. Damit geht die DE 195 04 264 A1 nicht über den Offenbarungsgehalt der DE 24 50 624 A1 hinaus.the DE 195 04 264 A1 reveals the grooved design of the contact surfaces of the clamping frame. The forming tool has a contact surface that has at least two continuous beads and a corresponding number of continuous grooves in the opposite contact surface. That works DE 195 04 264 A1 not about the disclosure of the DE 24 50 624 A1 out.

In der US 6 196 043 B1 „Double Vee lockbead for sheet metal forming“ wird der Einsatz V-förmiger Ziehsicken (lockbeads) zur Steuerung des Werkstoffflusses bei der Blechumformung offenbart. Diese „lockbeads“ bilden eine oder mehrere durchgehende Ziehsicken parallel zum Platinenzuschnitt.In the U.S. 6,196,043 B1 "Double Vee lockbead for sheet metal forming" is the use of V-shaped draw beads (lockbeads) to control the Material flow revealed in sheet metal forming. These "lockbeads" form one or more continuous draw beads parallel to the board blank.

Gegenstand der DE 28 28 431 A1 ist eine Tiefziehvorrichtung, bei der das zu bearbeitende Blechteil zwischen einem ersten und einem zweiten Halter (Niederhalter und Matrix) geklemmt wird. Dabei weist der erste Halter an seiner Haltefläche eine Ausnehmung und der zweite einen hydraulisch oder pneumatisch bedienbaren Zapfen auf. Der Zapfen kann während des Schließens der Halter bzw. während des Tiefziehprozesses mit einem variablen Druck beaufschlagt werden. Der Zapfen liegt dabei der Ausnehmung gegenüber. Bevorzugt ist die Ausnehmung als Nut ausgeführt. Die DE 28 28431 A1 sieht es als erfindungswesentlich an, dass jedem Zapfen eine Ausnehmung gegenüberliegt.subject of DE 28 28 431 A1 is a deep-drawing device in which the sheet metal part to be processed is clamped between a first and a second holder (blanket and matrix). The first holder has a recess on its holding surface and the second has a pin that can be operated hydraulically or pneumatically. A variable pressure can be applied to the pin while the holder is being closed or during the deep-drawing process. The pin is opposite the recess. The recess is preferably designed as a groove. the DE 28 28431 A1 sees it as essential to the invention that each pin is opposite a recess.

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 patent claim 1. Preferred configurations and developments of the device are the subject matter of dependent claims 2 to 11.

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.

2 zeigt ein erfindungsgemäßes Tiefziehwerkzeug vor dem Umformvorgang, bei dem die Oberfläche des Niederhalters 1 und des Ziehringes / der Matrize 3 in dem Bereich des Bauteilflansches mehrere, gleich beabstandete, distanzierte, feststehende, auskragende Formelemente 6 aufweist, die die Oberfläche des Blechzuschnittes 2 berühren. 2 shows a deep-drawing tool according to the invention before the forming process in which the The surface of the hold-down device 1 and the drawing ring/die 3 in the area of the component flange has a plurality of equally spaced, spaced, fixed, cantilevered shaped elements 6 which touch the surface of the sheet metal blank 2 .

Zur Verdeutlichung ist am rechten Bildrand von 2 ein Ausschnitt des Bereiches zwischen Niederhalter 1, Blechzuschnitt 2 und Ziehring 3 mit mehreren, auskragenden, voneinander beabstandeten Formelementen 6 im Niederhalter 1 und im Ziehring 3 vergrößert dargestellt.For clarification is at the right edge of the picture 2 a section of the area between hold-down device 1, sheet metal blank 2 and drawing ring 3 with a plurality of cantilevered, spaced-apart shaped elements 6 in hold-down device 1 and in drawing ring 3 is shown enlarged.

Die auskragenden, feststehenden Formelemente 6 sind auf mehreren konzentrischen Kreisbahnen angeordnet und weisen einen gleichen Abstand zueinander auf.The cantilevered, fixed form elements 6 are arranged on several concentric circular paths and have the same distance from one another.

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 mold elements 7 . As a result, the frictional forces occurring between the preferably rotatably mounted, projecting shaped elements 7 on the hold-down device 1 and on the drawing ring/die 3 and the surface of the sheet metal blank 2 can be significantly reduced.

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 shaped elements 6, 7 are at different distances from one another. In a further, likewise preferred embodiment, the shaped elements 6, 7 have a different distance from one another, specifically for the processing of complex-shaped, asymmetrical workpieces, which corresponds to the stress profile to be expected during deep-drawing. The arrangement of the shaped elements 6, 7 and the distances to one another are determined using known analytical and semi-analytical design methods.

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 elements 6, 7 are arranged uniformly on at least two different tracks 9. In the context of this invention, a path 9 is understood to mean a line on which the spaced-apart form elements 6, 7 of the hold-down device 1 and the drawing ring 3 are located. The form elements 6, 7 of the hold-down device 1 and the drawing ring or the die 3 are arranged in alignment with one another or offset with respect to one another in the punch feed direction (Z-direction).

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 elements 6, 7 are arranged irregularly on at least two different webs 9.

3 zeigt im linken Teil der Abbildung in einer geschnittenen Darstellung den Niederhalter 1 mit mehreren, gleich beabstandeten, auskragenden und drehbar gelagerten Form-elementen 7, die die Oberfläche des Blechzuschnittes 2 quasi punktförmig berühren. 3 shows the left part of the figure in a sectional representation of the hold-down device 1 with a plurality of equally spaced, cantilevered and rotatably mounted shaped elements 7 which touch the surface of the sheet metal blank 2 in a quasi-punctiform manner.

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 drawing ring 3 arranged underneath has staggered, equally spaced, cantilevered and movably mounted, preferably rotatably mounted shaped elements 7 which touch the surface of the sheet metal blank 2 . The movably mounted form elements 7 are preferably designed as spheres which partially protrude from the surface of the hold-down device 1 and the drawing ring 3 .

Der Stempel 4 befindet sich in der Ausgangsposition vor dem Umformvorgang und berührt die Oberfläche des Blechzuschnittes 2.The stamp 4 is in the starting position before the forming process and touches the surface of the sheet metal blank 2.

Der rechte Teil der Abbildung von 3 zeigt in einer geschnittenen Darstellung den Beginn des Umformvorganges. Der Niederhalter 1 drückt mit einem Druck von 2 MPa -10 MPa auf den Blechzuschnitt 2. Gleichzeitig bewegt sich der Stempel 4 nach unten und zieht den Blechzuschnitt 2 über den Ziehring 3. Durch den Anpressdruck des Stempels 4 fließt der Werkstoff des Blech-zuschnittes 2 zwischen den gleich beabstandeten, auskragenden und drehbar gelagerten Formelementen 7 des Niederhalters 1 und den dazu in der x-y-Ebene versetzt angeordneten, auskragenden und drehbar gelagerten Formelementen 7 des Ziehrings 3 hindurch.The right part of the figure from 3 shows the start of the forming process in a sectional representation. The hold-down device 1 presses the sheet metal blank 2 with a pressure of 2 MPa -10 MPa. At the same time, the punch 4 moves downwards and pulls the sheet metal blank 2 over the drawing ring 3. The material of the sheet metal blank 2 flows through the contact pressure of the punch 4 between the equally spaced, cantilevered and rotatably mounted shaped elements 7 of the hold-down device 1 and the cantilevered and rotatably mounted shaped elements 7 of the drawing ring 3 which are arranged offset thereto in the xy plane.

Zur Verdeutlichung ist am rechten Bildrand von 3 ein Ausschnitt des Bereiches zwischen Niederhalter 1, Blechzuschnitt 2 und Ziehring 3 mit den, in der x-y-Ebene zueinander versetzt angeordneten, auskragenden und drehbar gelagerten Formelementen 7 des Niederhalters 1 und des Ziehrings 3 vergrößert dargestellt.For clarification is at the right edge of the picture 3 a section of the area between hold-down device 1, sheet metal blank 2 and drawing ring 3 with the cantilevered and rotatably mounted form elements 7 of hold-down device 1 and drawing ring 3, which are offset from one another in the xy plane, is shown enlarged.

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 sheet metal blank 2 controlled by the projecting, movably mounted form elements in the hold-down device 1 and in the drawing ring 3.

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 form elements 7 on the hold-down device 1 and on the drawing ring/the die 3 are offset from one another in the x-y plane. This results in an alternating bending load on the material during the forming process, which causes strain hardening of the flange area and possibly the frame area.

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 form elements 7 on the hold-down device 1 and on the drawing ring/the die 3, it is also possible to produce components with complex shapes by deep-drawing without lubricant. An otherwise expected tearing of the sheet metal blank due to the limited formability of the material is as cantilevered form elements 7 preferably used, effectively prevented rotatably mounted balls.

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, mold elements 6, 7 are arranged on the blank holder 1 and on the drawing ring/die 3 for the forming of large and complex-shaped workpieces. As a result, preferably asymmetrical parts can be produced.

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 elements 6, 7, which are designed as hemispheres or rotatably mounted spheres, the use of cantilevered ellipsoids of revolution or cylinders, which allow material to flow along a limited path, is also preferred. Due to the projecting shaped elements 6, 7, the contact surface between the tool and the workpiece is significantly reduced in the flange area of the deep-drawing tool compared to the known brake beads.

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 form elements 7, a further reduction in the frictional forces and the necessary drawing force resulting therefrom is achieved in comparison to the fixed form elements 6. Between the workpiece and the tool there is only rolling friction in the flange area, which is significantly lower than the sliding friction when using fixed form elements.

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 form elements 7 can be used in numerous different designs with regard to their design, size and permissible load capacity. Spheres, cylinders, rollers, roller rings, cones, truncated cones or barrels are particularly preferred as shaped elements 7 .

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.

4 zeigt in einer geschnittenen Darstellung den Niederhalter 1 mit mehreren, gleich beabstandeten, auskragenden und feststehenden Formelementen 6, die die Oberfläche des Blechzuschnittes 2 berühren. 4 shows a sectional representation of the hold-down device 1 with a plurality of equally spaced, cantilevered and fixed shaped elements 6 which touch the surface of the sheet metal blank 2.

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 drawing ring 3 arranged underneath has equally spaced, cantilevered and stationary shaped elements 6 which are aligned in the x-y plane and touch the surface of the sheet metal blank 2 . This preferred configuration leads to a minimization of the contact area between the tool and the workpiece and thereby to a minimization of the frictional forces.

5 zeigt weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung. 5 shows further preferred embodiments of the invention.

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 device 1 with a plurality of equally spaced, cantilevered and fixed or rotatably mounted shaped elements 6, 7, which touch the surface of the sheet metal blank 2, in a highly schematic, sectional view. For this purpose, the drawing ring 3 arranged underneath has projecting, fixed or rotatably mounted shaped elements 6, 7 which are arranged in alignment and are equally spaced, which touch the surface of the sheet metal blank 2. This preferred configuration leads to a minimization of the contact area between the tool and the workpiece and thereby to a minimization of the frictional forces.

5 zeigt in der mittleren Abbildung b) 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 versetzt angeordnete, auskragende, feststehende oder drehbar gelagerte Formelemente 6, 7 auf, die die Oberfläche des Blechzuschnittes 2 berühren. Diese bevorzugte Ausgestaltung ermöglicht durch die daraus resultierenden Wechselbiegungen eine gezielte Steuerung des Werkstoffflusses und verhindert mögliche Faltenbildungen. 5 shows in the middle image b) in a highly schematic, sectional representation of the hold-down device 1 with several, equally spaced, cantilevered and fixed or rotatably mounted form elements 6, 7, which touch the surface of the sheet metal blank 2. The drawing ring 3 arranged underneath has offset, cantilevered, stationary or rotatably mounted shaped elements 6, 7 which touch the surface of the sheet metal blank 2. This preferred embodiment enables the resulting alternating bending to control the flow of material in a targeted manner and prevents the formation of folds.

5 zeigt in der rechten ) in einer stark schematisierten, geschnittenen Darstellung den Niederhalter 1 mit mehreren, unterschiedlich beabstandeten, auskragenden und fest angeordneten oder drehbar gelagerten Formelementen 6, 7, die die Oberfläche des Blechzuschnittes 2 berühren. 5 shows in the right ) in a highly schematic, sectional view, the hold-down device 1 with several, differently spaced, cantilevered and fixed or rotatably mounted form elements 6, 7, which touch the surface of the sheet metal blank 2.

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 drawing ring 3 arranged underneath has in the left area aligned, cantilevered, stationary or rotatably mounted shaped elements 6 , 7 which touch the surface of the sheet metal blank 2 . In the right-hand area, the drawing ring 3 has offset, cantilevered, stationary or rotatably mounted shaped elements 6, 7 that touch the surface of the sheet metal blank 2.

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 elements 6, 7 on or in the hold-down device 1 and on or in the drawing ring (die) 3 is made possible by the changes resulting therefrom bends a targeted control of the material flow and prevents possible fold formation. At the same time, the frictional forces that occur are reduced compared to the known solutions of the prior art.

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. 6 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung die relevanten Werkzeugparameter.In order to be able to set the material flow and the friction in a targeted manner in the case of the macrostructured tools according to the invention, the tool geometry must be adapted to the component geometry. The geometry of the tools can be determined by the immersion depth (e), the span (A) of the adjacent shaped elements, the design and fixation of the shaped elements (fixed or movably mounted shaped elements 6, 7) and the geometric arrangement on or in the hold-down device 1 and the drawing ring 3 are defined. 6 shows the relevant tool parameters in a schematic sectional view.

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).

7 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung den Distanzring 8 als mechanische Wegbegrenzung beim Anpressen des Niederhalters 1. Der Distanzring 8 bewirkt, dass der Abstand a zwischen den feststehenden Formelementen 6 des angepressten Niederhalters 1 und den feststehenden Formelementen 6 des Ziehrings 3 gleich oder größer als die Blechdicke s des Blechzuschnittes 2 ist. 7 shows a schematic sectional view of the spacer ring 8 as a mechanical path limiter when pressing the hold-down device 1. The spacer ring 8 causes the distance a between the fixed shaped elements 6 of the pressed-on hold-down device 1 and the fixed shaped elements 6 of the drawing ring 3 to be equal to or greater than the sheet thickness s of the sheet metal blank 2 is.

8 zeigt in einer schematischen, geschnittenen Draufsicht einen Ausschnitt des Arbeitsbereiches zwischen Niederhalter und Ziehmatrize. 8th shows a section of the work area between hold-down device and drawing die in a schematic, sectional plan view.

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 elements 7n of the holding-down device which are equally spaced apart and are rotatably mounted. A rotatably mounted spherical shaped element 7z is arranged in the drawing die symmetrically and offset to the shaped elements 7n. Such an arrangement is preferably used to produce rotationally symmetrical workpieces.

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 elements 7n of the hold-down device which are equally spaced apart from each other and are rotatably mounted. A rotatably mounted spherical shaped element 7z is arranged in the drawing die asymmetrically and offset to the shaped elements 7n. Such an arrangement is preferably used for the production of workpieces without an axis of symmetry.

9 zeigt in einer Draufsicht auf die Ziehmatrize 3 ein erfindungsgemäßes Tiefziehwerkzeug zur Herstellung eines Napfes für wannenförmige Teile (Ölwanne für PKW, Wasch- und Spülbecken). 9 shows a top view of the drawing die 3 of a deep-drawing tool according to the invention for the production of a cup for pan-shaped parts (oil pan for cars, wash basins and sinks).

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 form elements 6, 7 spaced apart from one another are arranged on three webs 9 which are equally spaced apart from one another. The stationary, cylindrical shaped elements 6 protrude from the drawing die 3 . The rotatably mounted, spherical shaped elements 7 in the corner area of the cup reduce the forming stresses and forces that occur in this highly stressed zone and prevent the sheet metal blank from tearing.

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 3 dargestellt:The use of the deep-drawing tool according to the invention in the deep-drawing of a rotationally symmetrical cup with spherical structuring of the drawing ring 3 and the hold-down device 1 is described in more detail on the basis of an exemplary embodiment. The basic structure of the deep-drawing tool is in 3 shown:

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 device 1 and drawing ring 3 rotatably mounted, cantilevered and mutually spaced spherical shaped elements 7 are arranged in the flange area. These form elements 7 are each located on three concentric circles which run around the axis of rotation of the tool. The circles of hold-down device 1 and drawing ring 3 are arranged offset. The shaped elements 7 of the hold-down device 1 and the drawing ring 3 are also arranged tangentially in such a way that they each engage in a gap in the counterpart.

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.
The forming process is as follows:
  • 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 shaped elements 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 shaped elements 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 elements 7 . This bending is comparable to that of corrugated sheet metal, which, due to its corrugated geometry, is more resistant to buckling than flat sheet metal. When flowing, the sheet metal bends back and forth several times. It experiences alternating bending over the path in the flange. After the stamp 4 has reached the drawing path, it moves back, the hold-down device 1 is opened and the part can be removed.

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 shaped elements 6, 7 of the pressed-on hold-down device 1 and the shaped elements 6, 7 of the 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

  • Jahnke, Retzke, Weber: Umformen und Schneiden, VEB Verlag der Technik, Berlin 1981, S. 245Jahnke, Retzke, Weber: Forming and cutting, VEB Verlag der Technik, Berlin 1981, p. 245
  • Lange, K.: Umformtechnik, Springer Verlag Berlin Heidelberg New York London Paris Tokio Hong Kong 1990, S. 402-403Lange, K.: Umformtechnik, Springer Verlag Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo Hong Kong 1990, pp. 402-403

Claims (11)

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. Vorrichtung nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formelemente (6, 7) fest oder lösbar mit dem Niederhalter (1) und dem Ziehring oder der Matrize (3) verbunden sind.Device according to Claim 1, characterized in that the shaped elements (6, 7) are connected in a fixed or detachable manner to the hold-down device (1) and the drawing ring or die (3). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Formelemente (7) beweglich gelagert, bevorzugt drehbar gelagert sind.Device according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the shaped elements (7) are movably mounted, preferably rotatably mounted. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formelemente (7) die Kontur einer Kugel, eines Zylinders, einer Walze, eines Walzenkranzes, eines Kegels, eines Kegelstumpfs und/oder einer Tonne aufweisen.device after claim 3 , characterized in that the shaped elements (7) have the contour of a sphere, a cylinder, a roller, a roller ring, a cone, a truncated cone and/or a barrel. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auskragenden Bereiche der Formelemente (6, 7) kugel-, halbkugel- oder kalottenförmig ausgebildet sind.Device according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that the projecting areas of the shaped elements (6, 7) are spherical, hemispherical or dome-shaped. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Formelemente (6, 7) einen gleichen Abstand zueinander aufweisen.Device according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the formula elements (6, 7) have the same distance from one another. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Formelemente (6, 7) einen unterschiedlichen Abstand zueinander aufweisen.Device according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the shaped elements (6, 7) have a different distance from one another. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Formelemente (6, 7) gleichförmig auf mindestens zwei zueinander beabstandeten Bahnen (9) angeordnet sind.Device according to one of Claims 1 until 7 , characterized in that the shaped elements (6, 7) are arranged uniformly on at least two mutually spaced webs (9). Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Formelemente (6, 7) ungleichförmig auf mindestens zwei zueinander beabstandeten Bahnen (9) angeordnet sind.device after claim 7 , characterized in that the shaped elements (6, 7) are arranged non-uniformly on at least two webs (9) spaced apart from one another. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnen (9) gleichförmig zueinander angeordnet sind.device after claim 8 or 9 , characterized in that the tracks (9) are arranged uniformly to each other. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahnen (9) ungleichförmig zueinander angeordnet sind.device after claim 8 or 9 , characterized in that the webs (9) are arranged non-uniformly to one another.
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