DE102016101199A1

DE102016101199A1 - Forming process for the production of profiled hollow bodies

Info

Publication number: DE102016101199A1
Application number: DE102016101199.1A
Authority: DE
Inventors: Birgit Awiszus; Sebastian Härtel; Robert Laue
Original assignee: Technische Universitaet Chemnitz
Current assignee: Technische Universitaet Chemnitz
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Umformverfahren zur Herstellung von profilierten Hohlkörpern, unter Verwendung eines zweistufigen inkrementellen Blechumformverfahrens, wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein Werkstück in Form eines Hohlkörpers mittels Rotationsschwenkbiegen hergestellt wird derart, dass das Werkstück koaxial mit einer angetriebenen Matrize rotiert. Durch Zustellung eines zylindrischen Werkzeuges in Form einer Schwenkbewegung wird das Werkstück an die Matrize angelegt. In einem zweiten Verfahrensschritt wird in das Werkstück auf der Matrize aufliegend mittels eines zweiten an die Matrize zugestellten rotierenden Werkzeuges eine Profilierung eingebracht.The invention relates to a forming process for the production of profiled hollow bodies, using a two-stage incremental Blechumformverfahrens, wherein in a first process step, a workpiece in the form of a hollow body is produced by means of rotational pivoting bending such that the workpiece rotates coaxially with a driven die. By delivering a cylindrical tool in the form of a pivoting movement, the workpiece is applied to the die. In a second method step, a profiling is introduced into the workpiece on the die by means of a second rotary tool supplied to the die.

Description

Die Erfindung betrifft ein Umformverfahren zur Herstellung von profilierten Hohlkörpern und findet insbesondere für die Einbringung von Profilierungen in durch Schwenkbiegen bereitgestellte Halbzeuge Anwendung. The invention relates to a forming process for the production of profiled hollow bodies and finds in particular for the introduction of profilings in semifinished products provided by swivel bending application.

Beim konventionellen Formdrücken zur Herstellung von rotationssymetrischen Blechformteilen kommt es bereichsweise zu einer ungleichmäßigen Blechdickenverteilung, was zu Schäden im Material, wie beispielsweise Rissen oder Falten führt. Zur Minimierung der Zugspannungen in der Blechebene ist ein inkrementelles Umformverfahren bekannt, welches eine Kombination des Schwenkbiegens und des Formdrücken darstellt. Dabei wird die Ronde an einer formgebenden Matrize befestigt und durch die Hauptspindel in Rotation versetzt. Durch die Schwenkbewegung des Umformwerkzeugs wird die Ronde an die Matrize angelegt. Aufgrund des linienförmigen Kontaktes zwischen Werkstück und Umformwerkzeug wird dieses ebenfalls durch die vorherrschende Reibung in Rotation versetzt. Vorteil dieses Verfahren ist, dass es zu einer minimalen Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück kommt und somit zu geringen Zugspannungen in der Blechebene. Demzufolge ist mit einer signifikanten Reduzierung der Blechausdünnung zu rechnen. Das vorstehende Verfahren sowie Teile einer entsprechenden Vorrichtung sind bereits veröffentlicht. ( „New processing technologies of incremental sheet metal forming“, Sebastian Härtel, Birgit Awiszus, 2014 ) Mit dem vorstehenden Verfahren sind Blechformteile herstellbar, die eine geringere Blechausdünnung und somit höhere Produktqualität aufweisen. Jedoch bietet das Verfahren keine Möglichkeit, in mittels vorstehendem Verfahren gebildete Halbzeuge, eine Profilierung, beispielsweise in Form einer Verzahnung einzubringen. In the case of conventional compression molding for the production of rotationally symmetrical sheet-metal shaped parts, uneven sheet thickness distribution occurs in certain regions, which leads to damage in the material, such as cracks or wrinkles. To minimize the tensile stresses in the sheet plane, an incremental forming process is known which represents a combination of the swivel bending and the molding pressures. The blank is attached to a shaping die and rotated by the main spindle. Due to the pivoting movement of the forming tool, the blank is applied to the die. Due to the linear contact between the workpiece and forming tool this is also offset by the prevailing friction in rotation. Advantage of this method is that it comes to a minimal relative movement between the tool and the workpiece and thus to low tensile stresses in the sheet metal plane. Consequently, a significant reduction in sheet thinning is to be expected. The above method and parts of a corresponding apparatus have already been published. ( "New processing technologies of incremental sheet metal forming", Sebastian Härtel, Birgit Awiszus, 2014 With the above method sheet metal parts can be produced, which have a lower sheet thinning and thus higher product quality. However, the method offers no possibility, in semi-finished products formed by the above method, to introduce a profiling, for example in the form of a toothing.

Aus der Druckschrift DE 10 2014 012 643 A1 ist ein Verfahren zum Bearbeiten von Werkstücken mittels eines Werkzeugs mit wenigstens einem Werkzeugteil bekannt, welches zum Bearbeiten wenigstens eines Werkstücks translatorisch bewegt wird. Es besitzt wenigstens ein um eine Schwenkachse verschwenkbares Biegeelement, mittels welchem wenigstens ein Umformbereich eines Werkstücks durch Schwenkbiegen in eine Biegerichtung umgeformt wird. Des Weiteren besitzt das Werkzeug eine Koppeleinrichtung, mittels welcher das Biegeelement mit dem Werkzeugteil gekoppelt ist und zum Schwenkbiegen des Umformbereichs eine translatorische Bewegung des Werkzeugteils in eine rotatorische Bewegung des Biegeelements um dessen Schwenkachse umgewandelt, wobei der Umformbereich mittels des Biegeelements durch Schwenkbiegen in die Biegerichtung um einen Ist-Winkel (α) umgeformt wird. Eine Profilierung kann mit diesem Verfahren jedoch nicht in das Werkstück eingebracht werden. From the publication DE 10 2014 012 643 A1 a method for machining workpieces by means of a tool with at least one tool part is known, which is moved to edit at least one workpiece in translation. It has at least one bending element, which can be pivoted about a pivot axis, by means of which at least one forming region of a workpiece is formed by bending in a bending direction. Furthermore, the tool has a coupling device, by means of which the bending element is coupled to the tool part and converted to pivot bending of the forming a translational movement of the tool part in a rotational movement of the bending element about its pivot axis, wherein the forming area by means of the bending element by pivoting bending in the bending direction an actual angle (α) is transformed. However, a profiling can not be introduced into the workpiece with this method.

Die Druckschrift DE 103 24 276 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines mit einem endseitigen Abschlussdeckel versehenen Hohlprofils mit Ausbauchungen sowie eine mittels dieses Verfahrens hergestellte Wagenheberkonsole. Dabei wird ein napfförmiger Deckel in das Hohlprofil hineingeschoben, wobei das Hohlprofil in ein Innenhochdruckformwerkzeug eingelegt wird. Nachdem dieses anschließend geschlossen wird, wird ein Axialstempel in den Deckel und in das Hohlprofilende derart eingeführt, dass der Deckel randseitig mit dem umgebenden Hohlprofil radial verpresst wird. Dabei wird anschließend das Hohlprofil mittels Innenhochdruck aufgeweitet. Der Abschlussdeckel ist napfförmig ausgebildet, wobei dessen Boden auf der dem Hohlprofil zugewandten Seite liegt. Der Deckel kann ein tiefgezogenes Blechteil oder Gussteil, insbesondere Spritzgussteil sein. Ein zusätzliches Aufbringen von Profilierungen ist nicht ohne ein Umspannen auf eine weitere Maschine möglich. The publication DE 103 24 276 A1 describes a method for producing a provided with an end-side cover cover hollow profile with bulges and a car jack console prepared by this method. In this case, a cup-shaped lid is pushed into the hollow profile, wherein the hollow profile is inserted into a hydroforming mold. After this is subsequently closed, an axial punch is introduced into the cover and into the hollow profile end in such a way that the cover is radially pressed radially at the edge with the surrounding hollow profile. In this case, then, the hollow profile is expanded by means of internal high pressure. The end cover is cup-shaped, wherein the bottom of which lies on the side facing the hollow profile. The lid may be a deep-drawn sheet metal part or casting, in particular injection molded part. An additional application of profilings is not possible without reclamping to another machine.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Umformverfahren zur Herstellung von profilierten Hohlkörpern zu entwickeln, welches einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist und Profilierungen, beispielsweise Verzahnungen in Halbzeuge einbringt. The object of the invention is to develop a forming process for the production of profiled hollow bodies, which has a simple construction and profiling, for example, brings teeth in semi-finished products.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. This object is achieved with the characterizing features of the first claim.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.

Die Erfindung betrifft ein Umformverfahren zur Herstellung von profilierten Hohlkörpern, unter Verwendung eines zweistufigen inkrementellen Blechumformverfahrens. In einem ersten Verfahrensschritt wird ein Werkstück in Form eines Hohlkörpers mittels Rotationsschwenkbiegen hergestellt wird derart, dass das Werkstück koaxial mit einer angetriebenen Matrize rotiert wobei durch Zustellung eines zylindrischen Werkzeuges in Form einer Schwenkbewegung das Werkstück an die Matrize angelegt wird. In einem zweiten Verfahrensschritt wird folgend in das Werkstück auf der Matrize aufliegend mittels eines zweiten an die Matrize zugestellten rotierenden Werkzeuges eine Profilierung eingebracht. The invention relates to a forming process for the production of profiled hollow bodies, using a two-stage incremental Blechumformverfahrens. In a first method step, a workpiece is produced in the form of a hollow body by means of rotational pivoting bending such that the workpiece rotates coaxially with a driven die whereby the workpiece is applied to the die by delivering a cylindrical tool in the form of a pivoting movement. In a second method step, following in the workpiece on the die resting on a profiling is introduced by means of a second supplied to the die rotating tool.

Das im ersten Verfahrensschritt zylindrische erste Werkzeug wird in Bezug auf das Werkstück kontinuierlich bis zu einem Winkel von 90° geschwenkt, wobei das Werkstück an die Matrize angelegt wird und einen Napf bildet. Die Matrize mit aufliegendem Werkstück rotiert dabei mit einem eigenen Antrieb um die eigene Achse. Das erste zylindrische Werkzeug besitzt keinen eigenen Antrieb und rotiert daher durch Reibung zwischen dem Werkzeug und Werkstück. Der so erzeugte Napf besitzt im Vergleich zu konventionellem einstufigem Drücken eine geringere Blechausdünnung, da zwischen Werkstück und Werkzeug eine geringe Relativbewegung vorliegt. Des Weiteren erfolgt eine Blechaufdickung im Randbereich des Napfes. Die Aufdickung des ersten Verfahrensschritts in Bezug auf konventionelles Drücken beträgt ca. 10%. Diese Materialanhäufung wird im folgenden Verfahrensschritt für die Profilierung genutzt. The first tool cylindrical in the first method step is continuously pivoted with respect to the workpiece to an angle of 90 °, wherein the workpiece is applied to the die and forms a cup. The die with resting workpiece rotates with its own drive around its own axis. The first cylindrical tool has no own drive and therefore rotates by friction between the tool and workpiece. The cup produced in this way has a lower sheet thinning compared to conventional single-stage pressing, as there is little relative movement between the workpiece and the tool. Furthermore, a sheet metal thickening takes place in the edge region of the cup. The thickening of the first process step with respect to conventional pressures is about 10%. This material accumulation is used in the following process step for profiling.

Nach erfolgtem erstem Verfahrensschritt wird das erste Werkzeug weggeschwenkt, das Werkstück bleibt jedoch auf der Matrize liegen. After the first process step, the first tool is pivoted away, but the workpiece remains lying on the die.

Im zweiten Verfahrensschritt wird folgend das zweite Werkzeug parallel zu der Matrize liegend kontinuierlich radial zu dieser zugestellt. Das zweite Werkzeug besitzt einen eigenen Antrieb, welcher definiert zu dem Antrieb der Matrize angetrieben ist. Das zweite Werkzeug ist in Form einer Formrolle mit formgebender Matrize ausgebildet. Mit Hilfe der Profilierung wird diese auf die Außenseite des Werkstücks übertragen und so beispielsweise eine Verzahnung erzeugt. In the second method step, following the second tool is parallel to the die lying continuously delivered radially to this. The second tool has its own drive, which is defined driven to the drive of the die. The second tool is designed in the form of a forming roller with shaping die. With the help of profiling this is transferred to the outside of the workpiece and so for example generates a toothing.

Das Umformverfahren ist vorzugsweise für Werkstücke aus Stahl oder Aluminium vorgesehen und ermöglicht Leichtbau, beispielsweise für Steckverzahnungen oder Lamellenträger. Auch die spanlose Fertigung von einbaufertigen Zahnrädern kann mit dem zweistufigen Umformverfahren ohne das Umspannen des Werkstücks erfolgen. Auch ein axiales fließen des Materials wird vermieden. The forming process is preferably provided for workpieces made of steel or aluminum and allows lightweight construction, for example for splines or plate carrier. The chipless production of ready-to-install gears can be done with the two-stage forming process without the re-clamping of the workpiece. An axial flow of the material is avoided.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment and associated drawings.

Es zeigen: Show it:

1 ersten Verfahrensschritt mit aufliegendem Werkstück, 1 first process step with resting workpiece,

2 ersten Verfahrensschritt mit ausgebildetem Napf, 2 first process step with a trained bowl,

3 zweiten Verfahrensschritt mit anliegender Formrolle, 3 second process step with adjacent forming roll,

4 zweiter Verfahrensschritt mit profiliertem Napf. 4 second step with profiled cup.

Der erfindungsgemäße erste Verfahrensschritt wird in den 1 und 2 dargestellt. Gemäß 1 wird ein Werkstück 1 in Form eines scheibenförmigen Halbzeugs, vorzugsweise ein Blech, auf eine zylindrische Matrize 2 aufgelegt, wobei die Rotationsachsen des Werkstücks 1 und der Matrize 2 koaxial liegen. Die Matrize weist eine erste formgebende Profilierung 2.1 in Form einer Verzahnung auf und wird mittels eines nicht dargestellten Antriebs aktiv angetrieben. An Matrize mit Werkstück wird ein zylindrisches erstes Werkzeug 3 herangeschwenkt, wobei dieses mit seiner Seitenfläche 3.1 auf der Oberseite 1.1 des Werkstücks aufliegt. Das zylindrische erste Werkzeug weist keinen eigenen Antrieb auf und wird mittels der entstehenden Reibung zwischen Werkstück 1 und Werkzeug 3 in Rotation versetzt. Im weiteren Verlauf des ersten Verfahrensschrittes wird das Werkzeug 3 gemäß 1 und 2 bis zu einem Winkel von 90° geschwenkt und bewirkt somit das Anlegen des Werkstücks 1 an die Matrize 2, wobei aufgrund der Schwenkbewegung des ersten Werkzeugs 3 ein Napf entsteht. In Folge des ersten Verfahrensschritts entsteht ein Napf mit einer geringeren Blechausdünnung als beispielsweise bei einem konventionellen Drückverfahren. Dies resultiert aus der minimalen Relativbewegung zwischen dem Werkstück 1 und Werkzeug 3. Neben der geringeren Blechausdünnung wird ebenfalls eine Aufdickung im Randbereich des Werkstücks 1 erzielt. Diese Aufdickung kann für die Profilierung der Zähne im ersten und weiten Verfahrensschritt genutzt werden. The first method step of the invention is in the 1 and 2 shown. According to 1 becomes a workpiece 1 in the form of a disc-shaped semi-finished product, preferably a sheet, on a cylindrical die 2 applied, with the axes of rotation of the workpiece 1 and the matrix 2 coaxial. The die has a first shaping profiling 2.1 in the form of a toothing and is actively driven by means of a drive, not shown. At die with workpiece becomes a cylindrical first tool 3 pivoted, this with its side surface 03.01 on the top 1.1 of the workpiece rests. The cylindrical first tool has no own drive and is by means of the resulting friction between the workpiece 1 and tool 3 set in rotation. In the further course of the first process step, the tool 3 according to 1 and 2 pivoted to an angle of 90 ° and thus causes the application of the workpiece 1 to the matrix 2 , wherein due to the pivoting movement of the first tool 3 a bowl is created. As a result of the first process step, a cup is produced with a lower sheet thinning than, for example, in a conventional pressing method. This results from the minimal relative movement between the workpiece 1 and tool 3 , In addition to the smaller sheet thinning is also a thickening in the edge region of the workpiece 1 achieved. This thickening can be used for the profiling of the teeth in the first and wide process step.

Nach der erfolgter erster Bearbeitung des Werkstücks 1 in Form eines Napfes wird das erste Werkzeug 3 weggeschwenkt. After the first processing of the workpiece 1 in the form of a cup becomes the first tool 3 pivoted away.

Der zweite Verfahrensschritt ist in 3 und 4 dargestellt. Das Werkstück 1 bleibt auf der formgebenden Matrize fixiert. Ein zweites Werkzeug 4 in Form einer Formrolle wird radial zu der Matrize 2 zugestellt. Das zweite Werkzeug 4 weist ebenfalls eine Profilierung 4.1 in Form einer Verzahnung auf, welche die Außenverzahnung 1.2 des Werkstückes 1 abbildet. Im zweiten Verfahrensschritt wird folglich ein profilierter Hohlkörper erstellt. Das zweite Werkzeug 4 weist einen eigenen Antrieb auf, wobei dieser definiert zu dem ersten Antrieb der Matrize 2 angetrieben ist derart, dass die Profilierungen (Verzahnungen) der Matrize 2 und des zweiten Werkzeuges 4 ineinander greifen. The second process step is in 3 and 4 shown. The workpiece 1 remains fixed on the forming die. A second tool 4 in the form of a forming roll becomes radial to the die 2 delivered. The second tool 4 also has a profiling 4.1 in the form of a toothing on which the external teeth 1.2 of the workpiece 1 maps. In the second method step, consequently, a profiled hollow body is created. The second tool 4 has its own drive, which defines the first drive of the die 2 is driven such that the profilings (teeth) of the die 2 and the second tool 4 mesh.

Dabei rotieren Matrize 2 und Formrolle 4 gegenläufig, wobei durch das Ineinandergreifen des Werkzeuges 4 und der Matrize 2 die Profilierung gemäß 4 auf das Werkstück 1 übertragen wird. Die radiale Zustellung erfolgt dabei definiert und kontinuierlich, wodurch das Werkstück 1 zwischen Matrize 2 und Werkzeug 4 die Form annimmt. The die is rotating 2 and form roller 4 in opposite directions, whereby by the interlocking of the tool 4 and the matrix 2 the profiling according to 4 on the workpiece 1 is transmitted. The radial delivery takes place in a defined and continuous manner, whereby the workpiece 1 between die 2 and tool 4 takes the form.

Als Materialien werden vorzugsweise Aluminium und Stahl verwendet. Eine Wärmebehandlung zwischen den einzelnen Verfahrensschritten zur Erhöhung des Umformvermögens oder eine lokale Wärmebehandlung zur Festigkeitssteigerung durch Laserbehandlung kann ebenfalls erfolgen. The materials used are preferably aluminum and steel. A heat treatment between the individual process steps to increase the Umformvermögens or a local heat treatment to increase the strength by laser treatment can also be done.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1: Werkstück workpiece
1.1 1.1: Oberseite top
1.2 1.2: Außenverzahnung external teeth
2 2: Matrize die
2.1 2.1: Profilierung profiling
3 3: Erstes Werkzeug First tool
3.1 3.1: Seitenfläche side surface
4 4: Zweites Werkzeug /Formrolle Second tool / forming roll
4.1 4.1: Profilierung profiling

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102014012643 A1 [0003]
DE 10324276 A1 [0004]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

"New processing technologies of incremental sheet metal forming", Sebastian Härtel, Birgit Awiszus, 2014 [0002]

Claims

Forming process for the production of profiled hollow bodies, using a two-stage incremental Blechumformverfahrens, characterized in that in a first process step, a workpiece in the form of a hollow body is produced by means of rotational pivoting bending such that the workpiece rotates coaxially with a driven die whereby by feeding a cylindrical tool in Form of a pivoting movement, the workpiece is applied to the die and, in a second method step, the workpiece is placed on the die resting on a profiling in the workpiece by means of a second supplied to the die rotating tool.

Forming method according to claim 1, characterized in that the first tool does not have its own drive.

Forming method according to claim 1 and 2, characterized in that the second tool is defined driven to the die.

Forming method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the second tool is parallel to the die lying radially delivered to this.

Forming method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cylindrical first tool continuously pivots in the first step to an angle of 90 °, wherein the workpiece is applied to the die and forms a cup.

Forming method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cylindrical first tool is pivoted away after the first method step.

Forming method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the workpieces made of steel or aluminum.

Forming method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the second tool is a forming roller with forming die.