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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, das Verfahren umfassend Vorformen eines Werkstücks zu einem vorgeformten Bauteil mit einem Bodenbereich, einem Zargenbereich und optional einem Flanschbereich, sodass das vorgeformte Bauteil einen Materialüberschuss für den Zargenbereich und/oder den Bodenbereich und/oder optional den Flanschbereich aufweist und Kalibrieren des vorgeformten Bauteils zu einem zumindest bereichsweise endgeformten Bauteil mit einem Bodenbereich, einem Zargenbereich und optional einem Flanschbereich. Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Vorform-Werkzeug zum Vorformen eines Werkstücks zu einem vorgeformten Bauteil mit einem Bodenbereich, einem Zargenbereich und optional einem Flanschbereich, sodass das vorgeformte Bauteil einen Materialüberschuss für den Zargenbereich und/oder den Bodenbereich und/oder optional den Flanschbereich aufweist und mit einem Kalibrierwerkzeug zum Kalibrieren des vorgeformten Bauteils zu einem zumindest bereichsweise endgeformten Bauteil mit einem Bodenbereich, einem Zargenbereich und optional einem Flanschbereich.
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Bei der Herstellung von tiefgezogenen Bauteilen, insbesondere offenen, im Querschnitt u-förmigen oder hutförmigen Profilbauteilen beispielsweise mittels Tiefziehen kommt es nach der Entnahme des Bauteils aus dem Werkzeug aufgrund der unvermeidbaren elastischen Rückfederung meistens zu Formänderungen, beispielsweise in Form von Auffederung zwischen dem Boden und den Zargen des Bauteils oder Krümmungen der Zargen und/oder des Bodens. In der Folge sind derart hergestellte Bauteile je nach Anwendung nicht ausreichend maßhaltig. Dieser Effekt tritt verstärkt bei hochfesten Stahlwerkstoffen oder Aluminiumwerkstoffen und geringen Blechdicken auf.
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Um dem entgegenzuwirken, wird ein Kalibrieren angewendet, bei dem zunächst ein vorgeformtes Bauteil (Vorform) mit einem Materialüberschuss (auch Materialzugabe oder Stauchzugabe genannt) beispielsweise mittels eines Tiefziehens hergestellt wird. Die bei Entlastung des Bauteils auftretende, indifferente Rückfederung des Bauteils wird allerdings anschließend durch einen Kalibrierschritt mittels Druckspannungsüberlagerung neu ausgerichtet, so dass ein zumindest bereichsweise endgeformtes und maßhaltiges Bauteil entsteht.
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Im Stand der Technik ist es beim Einsatz dieses Verfahrens insbesondere vorgesehen, den Materialüberschuss für den Kalibriervorgang in den Bodenbereichen in Form einer oder mehrerer Wellen unterzubringen. Beim Kalibrieren selbst kollabiert allerdings jede Welle im Bodenbereich wiederum zu zwei oder mehr kleineren Wellen. Je nach durch den Materialüberschuss produzierten zusätzlichen Längen versagen diese im weiteren Verlauf wiederum in noch kleinere Wellen. Dieser Effekt kann sich bis zum Erreichen der Endlage des Kalibrier-Stempels mehrfach wiederholen.
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Der beschriebene Effekt ist abhängig von der Größe des Materialüberschusses, der Blechdicke, der Bodenbreite und der Wellenhöhe und führt im zumindest bereichsweise endgeformten Bauteil zu Abweichungen von einer gleichmäßigen und/oder glatten Fläche (Flächenfehler) im Bodenbereich mit negativen Auswirkungen auf die Oberflächenqualität in Form von Restwelligkeit, Oberflächenunruhen und/oder Blechdickenschwankungen bzw. Kombinationen aus den genannten Fehlern.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die die beschriebenen Flächenfehler reduziert oder vermeidet und auch nach dem Kalibriervorgang hinreichend glatte Flächen auch im Bodenbereich des kalibrierten Bauteils ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren der Erfindung dadurch gelöst, dass der Bodenbereich des vorgeformten Bauteils im Wesentlichen die Geometrie und/oder die lokalen Querschnitte des Bodenbereichs des zumindest bereichsweise endgeformten Bauteils aufweist.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik wird also der abweichende Ansatz verfolgt, dass der Bodenbereich des vorgeformten Bauteils im Wesentlichen die Geometrie des Bodenbereichs des zumindest bereichsweise endgeformten Bauteils aufweist. Beispielsweise kann der Bodenbereich plan ausgebildet sein. Der Bodenbereich muss beim Kalibrieren also keiner oder nur noch einer geringen Formänderung unterzogen werden, was die Gefahr von unerwünschten Flächenfehlern im zumindest bereichsweise endgeformten Bauteil weiter verringert. Mit anderen Worten kann der Bodenbereich des vorgeformten Bauteils beim Kalibrieren im Wesentlichen in seiner Form erhalten bleiben.. Hierunter wird verstanden, dass der Materialüberschuss also beispielsweise zu einem überwiegenden Teil im Bereich des Fußes der Zargen und/oder des Kanten- oder Randbereichs des Bodens und zum Beispiel gleichmäßige Bereiche in dem zumindest bereichsweise endgeformten Bauteil auch in dem vorgeformten Bauteil als gleichmäßiger Bereich vorgesehen werden. Vorzugsweise wird der Materialüberschuss lediglich im Randbereich des Bodens vorgesehen. Besonders bevorzugt wird der Materialüberschuss durch die Form des Übergangsbereichs zwischen dem Bodenbereich und dem Zargenbereich und/oder, sofern ein Flanschbereich vorhanden ist, durch die Form des Übergangsbereichs zwischen dem Flanschbereich und dem Zargenbereich des vorgeformten Bauteils bereitgestellt. Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise die Vorteile von Verfahren zur Herstellung von maßhaltigen Bauteilen, welche keinen oder nur noch geringen Beschnitt erfordern, erhalten werden können, aber gleichzeitig Flächenfehler im Bodenbereich und/oder optional im Flanschbereich reduziert oder sogar vermieden werden können.
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Der Bodenbereich des vorgeformten Bauteils weist vorzugsweise keinen Materialüberschuss zum Kalibrieren auf oder weist sogar in dem vorgeformten Bauteil ein Materialmangel auf. Der eigentlich für den Bodenbereich benötigte Materialüberschuss wird dann vorzugsweise im Wesentlichen durch den Übergangsbereich zwischen dem Boden- und dem Zargenbereich des vorformten Bauteils bereitgestellt.
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Unter einer gleichmäßigen und/oder glatten Fläche wird hier verstanden, dass das Formprofil der gemäß dieser Erfindung hergestellten Flächen insbesondere des Bodenbereichs des zumindest bereichsweise endgeformten Bauteils nur Wellen mit kleiner Amplitude, zum Beispiel kleiner als 0,2 mm, und großer Wellenlänge, zum Beispiel größer 10 mm, aufweist.
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Das Werkstück ist beispielsweise eine im Wesentlichen ebene Platine, beispielsweise ein Blech. Bevorzugt ist das Werkstück aus einem Stahlwerkstoff hergestellt. Ebenfalls können jedoch andere Metallwerkstoffe, beispielsweise Aluminium, eingesetzt werden. Das Bauteil ist vorzugsweise ein Blechbauteil.
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Das Vorformen wird insbesondere mittels einem tiefziehartigem Umformen durchgeführt, welches beispielsweise einstufig oder mehrstufig ausgeführt sein kann. Es sind auch beliebige Kombinationen aus Ziehen, Prägen, Hochstellen, Kanten und/oder Biegen denkbar. Der Weg zur Herstellung des vorgeformten Bauteils kann demnach individuell beschritten werden. Das durch das Vorformen erhaltene vorgeformte Bauteil kann insbesondere als ein im Wesentlichen endformnahes Bauteil angesehen werden, welches bis auf möglichst geringe Abweichungen im Wesentlichen bereits die beabsichtigte Geometrie aufweist.
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Unter dem Kalibrieren kann somit insbesondere ein Fertigformen oder Endformen des vorgeformten Bauteils verstanden werden, welches beispielsweise durch einen oder mehrere Pressvorgänge erreicht werden kann. Das Kalibrieren umfasst insbesondere einen Stauchvorgang. Beispielsweise werden der Zargenbereich, der Bodenbereich, optional der Flanschbereich und/oder die Übergangsbereiche des vorgeformten Bauteils dabei einem Stauchen unterzogen.
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Allerdings ist es möglich, dass das zumindest bereichsweise endgeformte Bauteil noch weiteren Verarbeitungsschritten unterzogen werden kann, wie etwa einem Einbringen von Anbindungslöchern und/oder einem Beschnittvorgang und/oder einem Nachformen, wie zum Beispiel Drücken und/oder Biegen. Allerdings sind bevorzugt keine weiteren hauptformgebenden Schritte mehr notwendig.
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Das beschriebene Vorformen und Kalibrieren erfolgt vorzugsweise nacheinander.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt die Form des Übergangsbereichs zwischen dem Bodenbereich und dem Zargenbereich des vorgeformten Bauteils zu einem angehobenen oder abgesenkten Bodenbereich des vorgeformten Bauteils. Hierdurch kann ein ausreichender Materialüberschuss im Übergangsbereich in das vorgeformte Bauteil eingebracht werden, ohne jedoch hierfür die Geometrie des gesamten Bodenbereichs modifizieren zu müssen. Vielmehr kann der Bodenbereich insgesamt angehoben oder abgesenkt sein. Vorzugsweise wird ein angehobener Bodenbereich durch einen im Querschnitt im Wesentlichen u-förmigen Übergangsbereich erreicht. Insbesondere ist ein über den gesamten Bodenbereich im Wesentlichen gleichmäßiges Anheben oder Absenken vorgesehen. Der Bodenbereich des vorgeformten Bauteils ist insbesondere im Vergleich zum Zargenfuß angehoben oder abgesenkt. Im Vergleich zum Bodenbereich des fertiggeformten Bauteils gesehen ist der Bodenbereich des vorgeformten Bauteils damit insbesondere ebenfalls angehoben oder abgesenkt. Unter einem angehobenen oder abgesenkten Bodenbereich wird insbesondere ausgehend von gleichem Zargenendenniveau oder Zargenkopf (Längenniveau) ein im Vergleich zum unteren Bodenniveau (Nullniveau) eines Bauteils, bei dem der gleiche Materialüberschuss durch eine oder mehrere sich über den gesamten Bodenbereich erstreckenden Bodenwellen erzielt wird, angehobener oder abgesenkter Bodenbereich verstanden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Materialüberschuss im Wesentlichen bzw. ausschließlich durch den Übergangsbereich zwischen dem Bodenbereich und dem Zargenbereich des vorgeformten Bauteils bereitgestellt. Hierdurch sind insbesondere keine weiteren geometrischen Modifikationen im Bodenbereich des vorgeformten Bauteils zur Bereitstellung eines Materialüberschusses erforderlich. Dies ermöglicht besonders einen fehlerarmen und glatten Bodenbereich am zumindest bereichsweise endgeformten Bauteil.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt die Form des Übergangsbereichs zwischen dem Bodenbereich und dem Zargenbereich des vorgeformten Bauteils im Querschnitt gesehen eine zusätzliche Länge für den Bodenbereich und/oder den Zargenbereich des vorgeformten Bauteils bereit. Dadurch, dass ein Materialüberschuss in Form einer zusätzlichen Länge bereitgestellt wird, wird die Gefahr von Materialfehlern und unebenen Flächen am zumindest bereichsweise endgeformten Bauteil weiterhin verringert, beispielsweise im Gegensatz zu einem Materialüberschuss in Form von im Bodenbereich verteilten Wellen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch das Kalibrieren des vorgeformten Bauteils zu dem zumindest bereichsweise endgeformten Bauteil ein Materialfluss in den Zargenbereich des vorgeformten Bauteils erzielt. Beispielsweise erfolgt der Materialfluss aus dem Übergangsbereich und/oder dem Bodenbereich des vorgeformten Bauteils. Dies kann zum einen den Vorteil haben, dass durch den Materialüberschuss keine zusätzliche Verlängerung des Zargenbereichs des vorgeformten Bauteils notwendig ist, da durch den Materialfluss ausreichend Material im Zargenbereich bereitgestellt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Vorformen durch eine tiefziehartige Operation mit oder ohne Niederhalter durchgeführt. Durch ein Vorformen mit vorzugsweise distanzierten Niederhaltern wird die Materialführung verbessert und die Prozessstabilität verbessert. Bei Bauteilen mit einfacher Geometrie, wie beispielsweise im Querschnitt u-förmigen oder hutförmigen Bauteilen, kann jedoch auf die Niederhalter beim Tiefziehen verzichtet werden. Diese Ausführung wird zum Beispiel auch als Prägen des Bodens mit Hochstellen der Zargen bezeichnet. Dieser Vorgang kann wahlweise in einem oder mehreren Prozessschritten dargestellt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Bodenbereich des vorgeformten Bauteils während des Kalibrierens mit einer Kraft beaufschlagt, welche ein Stauchen des Bodenbereichs des vorgeformten Bauteils ermöglicht und ein Kollabieren des Materialüberschusses im Wesentlichen vermeidet. Beispielsweise wird der Bodenbereich beidseitig mit Kraft beaufschlagt. Hierdurch wird beim Stauchen des Bodens eine Verfestigung im Bodenbereich erzielt, ohne jedoch Flächenfehler zu provozieren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Vorformen in einem Vorform-Werkzeug umfassend einen Vorform-Stempel, ein Vorform-Gesenk und einen relativ zum Vorform-Gesenk beweglichen Vorform-Gesenkboden durchgeführt, wobei das Werkstück zwischen dem Vorform-Stempel und dem Vorform-Gesenkboden angeordnet wird und wobei durch eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück mit dem Vorform-Stempel und dem Vorform-Gesenkboden einerseits und dem Vorform-Gesenk andererseits das Werkstück vorgeformt wird. Beispielsweise wird das Werkstück zwischen dem Vorform-Stempel und dem Vorform-Gesenkboden fixiert, beispielsweise eingeklemmt. Optional können zudem Niederhalter oder Blechhalter vorgesehen sein, welche insbesondere bei komplexeren Bauteilgeometrien eine zuverlässigere Umformung ermöglichen. Mittels der Ausführung kann die Vorformung mit geringem prozesstechnischem Aufwand realisiert werden und insbesondere im pressengestützten Verfahren integriert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Kalibrieren durch ein Kalibrier-Werkzeug umfassend einen Kalibrier-Stempel, ein Kalibrier-Gesenk und einen relativ zum Kalibrier-Gesenk beweglichen Kalibrier-Gesenkboden durchgeführt, wobei das vorgeformte Bauteil zwischen dem Kalibrier-Stempel und dem Kalibrier-Gesenkboden angeordnet wird, und wobei durch eine Relativbewegung zwischen dem vorgeformten Bauteil mit dem Kalibrier-Stempel und dem Kalibrier-Gesenkboden einerseits und dem Kalibrier-Gesenk andererseits das vorgeformte Bauteil kalibriert wird. Insbesondere durch eine separate Ausführung des Kalibrier-Gesenks und des Kalibrier-Gesenkbodens können die beim Kalibrieren wirkenden Kräfte zeitlich und örtlich präzise gesteuert werden. Zudem kann mittels der Ausführung auch das Kalibrieren mit geringem prozesstechnischem Aufwand realisiert werden und insbesondere im pressengestützten Verfahren integriert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zum Kalibrieren des vorgeformten Bauteils der Zargenbereich des zumindest bereichsweise endgeformten Bauteils definierende Kalibrier-Gesenkzargen des Kalibrier-Werkzeugs aufeinander zugefahren. Das vorgeformte Bauteil kann so zunächst bei geöffneten Kalibrier-Gesenkzargen in das Kalibrier-Werkzeug eingelegt werden, welche im Anschluss geschlossen werden können. Dies ermöglicht es insbesondere, auch stark rückgefederte Bauteile prozesssicher in das Kalibrier-Werkzeug einzulegen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens können die zum Kalibrieren des vorgeformten Bauteils genutzten Kalibrier-Gesenkzargen des Kalibrierwerkzeuges derart ausgestaltet sein, dass die Kalibrier-Gesenkzargen bevorzugt im optionalen Flanschbereich des vorgeformten Bauteils verfahren werden können.
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Gemäß einer zweiten Lehre der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst, dass das Vorform-Werkzeug derart zum Vorformen des Werkstücks ausgebildet ist, dass der Materialüberschuss im Wesentlichen durch die Form des Übergangsbereichs zwischen dem Bodenbereich und dem Zargenbereich und optional im Wesentlichen durch die Form des Übergangsbereichs zwischen dem Flanschbereich und dem Zargenbereich des vorgeformten Bauteils bereitgestellt wird. Beispielsweise wird dies durch die Geometrie des Vorform-Werkzeugs, beispielsweise des Vorform-Stempels und/oder des Vorform-Gesenkbodens des Vorform-Werkzeugs, erreicht. Durch die Vorrichtung wird, wie bereits ausgeführt, der Materialüberschuss also nicht wie bisher über den gesamten Bodenbereich des vorgeformten Bauteil verteilt (beispielsweise in Form von einer oder mehreren Wellen) vorgesehen, sondern stattdessen vielmehr im Übergangsbereich im Wesentlichen zwischen Bodenbereich und Zargenbereich und optional im Wesentlichen durch die Form des Übergangsbereichs zwischen dem Flanschbereich und dem Zargenbereich des vorgeformten Bauteil vorgesehen. Somit können die Vorteile von Verfahren zur Herstellung von maßhaltigen Bauteilen mit weiterhin reduzierten oder sogar vermiedenen Flächenfehler im Bodenbereich kombiniert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst das Vorform-Werkzeug einen Vorform-Stempel, ein Vorform-Gesenk und einen relativ zum Vorform-Gesenk beweglichen Vorform-Gesenkboden. Dies ermöglicht es, das Werkstück zwischen dem Vorform-Stempel und dem Vorform-Gesenkboden anzuordnen und vorzugsweise hierdurch zu fixieren und durch eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück mit dem Vorform-Stempel und dem Vorform-Gesenkboden einerseits und dem Vorform-Gesenk andererseits das Werkstück vorzuformen. Optional weist das Vorform-Werkzeug zudem insbesondere äußere Niederhalter oder Blechhalter auf, welche insbesondere bei komplexeren Bauteilgeometrien den Materialfluss positiv steuern können, um eine insbesondere faltenfreie Umformung zu gewährleisten. Mittels der Ausführung kann die Vorformung mit geringem prozesstechnischem Aufwand realisiert werden und das Vorform-Werkzeug insbesondere in eine Presse integriert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst das Kalibrier-Werkzeug einen Kalibrier-Stempel, ein Kalibrier-Gesenk, und einen relativ zum Kalibrier-Gesenk beweglichen Kalibrier-Gesenkboden. Hierdurch kann das vorgeformte Bauteil zwischen dem Kalibrier-Stempel und dem Kalibrier-Gesenkboden angeordnet und vorzugsweise fixiert werden. Durch eine Relativbewegung zwischen dem vorgeformten Bauteil mit dem Kalibrier-Stempel und dem Kalibrier-Gesenkboden einerseits und dem Kalibrier-Gesenk andererseits kann das vorgeformte Bauteil dann kalibriert werden. Wie bereits ausgeführt, können durch eine separate Ausführung des Kalibrier-Gesenks und des Kalibrier-Gesenkbodens die beim Kalibrieren wirkenden Kräfte zeitlich und örtlich präzise gesteuert werden. Zudem kann das Kalibrieren mit geringem prozesstechnischem Aufwand realisiert werden und das Kalibrier-Werkzeug insbesondere in eine Presse integriert werden.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auf den beweglichen Kalibrier-Gesenkboden verzichtet werden. Um das vorgeformte Bauteil im Kalibriervorgang in das Werkzeug einzuführen, können in diesem Fall voreilende, gefederte Formstücke im Kalibrier-Stempel vorgesehen sein, welche das Bauteil vorab in das Gesenk drücken. Die gefederten Formstücke werden dann beim Schließen des Werkzeugs in den Stempel verdrängt. Hierdurch ergibt sich ein einfacherer Werkzeugaufbau.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst das Kalibrier-Gesenk zumindest zwei separate, gegeneinander bewegliche Kalibrier-Gesenkzargen. Das vorgeformte Bauteil kann so zunächst bei geöffneten Kalibrier-Gesenkzargen in das Kalibrier-Werkzeug eingelegt werden, welche im Anschluss geschlossen werden können, was das Einlegen von stark rückfedernden, vorgeformten Bauteilen erleichtert.
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In Bezug auf weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf die Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.
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Durch die vorherige und folgende Beschreibung von Verfahrensschritten gemäß bevorzugter Ausführungsformen des Verfahrens sollen auch entsprechende Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte durch bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung offenbart sein. Ebenfalls soll durch die Offenbarung von Mitteln zur Durchführung eines Verfahrensschrittes der entsprechende Verfahrensschritt offenbart sein.
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Im Weiteren soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in
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1a–c eine schematische Darstellung eines Kalibrierens gemäß dem Stand der Technik;
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2a eine schematische Darstellung eines vorgeformten Bauteils gemäß dem Stand der Technik;
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2b, c schematische Darstellungen beispielhafter vorgeformter Bauteile aus Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Verfahren;
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3a, b schematische Darstellungen eines beispielhaften Vorform-Werkzeugs und eines beispielhaften Kalibrier-Werkzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
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4 eine schematische Darstellung eines Ablaufs eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1a–c zeigt zunächst eine schematische Darstellung eines Kalibrierens gemäß dem Stand der Technik. Im Stand der Technik ist es vorgesehen, einen Materialüberschuss für den Kalibriervorgang in Form einer oder mehrerer Wellen im Bodenbereichen eines vorgeformten Bauteils 1 vorzusehen und damit über den gesamten Bodenbereich zu verteilen (1a). Beim Kalibrieren mittels eines Stauchstempels 2 und eines Stauchgesenks 4 kollabiert allerdings jede Welle im Bodenbereich des Bauteils 1 wiederum zu zwei oder mehr kleineren Wellen (1b). Je nach durch den Materialüberschuss produzierten zusätzlichen Längen versagen diese im weiteren Verlauf wiederum in jeweils zwei noch kleinere Wellen höherer Ordnung (1c). Dieser Effekt kann sich bis zum Erreichen der Endlage des Kalibrier-Stempels mehrfach wiederholen.
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2a zeigt eine schematische Darstellung des vorgeformten Bauteils 1 aus 1 gemäß dem Stand der Technik. Das Bauteil 1 weist insbesondere in seinem Bodenbereich überschüssiges Material in Form einer sich über den gesamten Bodenbereich erstreckenden Bodenwelle auf. Die gestrichelte Linie 6 zeigt dabei das an dem Zargenende ausgerichtete Zargenendenniveau oder Längenniveau an. Die gestrichelte Linie 8 zeigt das unter Bodenniveau (Nullniveau) des vorgeformten Bauteils 1 an.
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Die 2b, c zeigen nun schematische Darstellungen beispielhafter vorgeformter Bauteile 10a, 10b, welche im Rahmen von Ausführungsbeispielen erfindungsgemäßer Verfahren hergestellt werden. Bei den Bauteilen 10a, 10b wird der Materialüberschuss durch die Form des Übergangsbereichs 16 zwischen dem Bodenbereich 12 und dem Zargenbereich 14 des vorgeformten Bauteils bereitgestellt. Die Form des Übergangsbereichs 16 zwischen dem Bodenbereich 12 und dem Zargenbereich 14 der vorgeformten Bauteile 10a, 10b führt zu einem über das Nullniveau angehobenen (2b) bzw. unter das Nullniveau 8 abgesenkten (2c) Bodenbereich des vorgeformten Bauteils. Der Materialüberschuss wird dabei ausschließlich durch den jeweiligen Übergangsbereich 16 zwischen dem Bodenbereich 12 und dem Zargenbereich 14 des vorgeformten Bauteils 10, 10b bereitgestellt. Der Bodenbereich 12 des vorgeformten Bauteils 10a, 10b ist jeweils plan ausgebildet und weist damit im Wesentlichen bereits die beabsichtigte plane Soll-Geometrie des zumindest bereichsweise endgeformten Bodenbereichs auf. Die durch das überschüssige Material im Querschnitt gesehen bereitgestellte zusätzliche Länge für den Zargenbereich und den Bodenbereich ist in den 2a bis 2c gleich.
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Im Folgenden sollen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Zusammenhang mit 3 und 4 beschrieben werden. Die 3a, b zeigen dabei schematische Darstellungen eines beispielhaften Vorform-Werkzeugs 30 und eines beispielhaften Kalibrier-Werkzeugs 40 gemäß einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, während 4 eine schematische Darstellung eines Ablaufs eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.
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Das Vorform-Werkzeug 30 ist zum Vorformen eines Werkstücks 20 zu einem vorgeformten Bauteil 20' mit einem Bodenbereich 22 und einem Zargenbereich 24 eingerichtet, sodass das vorgeformte Bauteil 20' einen Materialüberschuss für den Zargenbereich 24 und/oder den Bodenbereich 22 aufweist. Das Vorform-Werkzeug 30 umfasst einen Vorform-Stempel 32, ein Vorform-Gesenk 34 und einen relativ zum Vorform-Gesenk 34 beweglichen Vorform-Gesenkboden 36. Das Vorform-Werkzeug 30 umfasst zudem einen optionalen Niederhalter 38. Der anhebbare Vorform-Gesenkboden 36 ist dabei in seiner Form so modifiziert, dass mittels des Vorform-Werkzeugs eine Formgebung entsprechend 2b (oder alternativ entsprechend 2c) erzielt wird.
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Alternativ und hier nicht dargestellt, kann die Herstellung des vorgeformten Bauteils in einem ersten Schritt mittels zumindest bereichsweise Prägen des Bodenbereichs und in einem zweiten oder weiteren Schritt Hochstellen oder Abkanten des Zargenbereiches erfolgen.
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Das Kalibrierwerkzeug 40 dient zum Kalibrieren des vorgeformten Bauteils 20' zu einem zumindest bereichsweise endgeformten Bauteil 20'' mit einem Bodenbereich 22 und einem Zargenbereich 24. Das Kalibrier-Werkzeug 40 umfasst einen Kalibrier-Stempel 42, ein Kalibrier-Gesenk 44 und einen relativ zum Kalibrier-Gesenk 44 beweglichen Kalibrier-Gesenkboden 46. Der Kalibrier-Gesenkboden 46 kann mit geeigneten Mitteln wie äußere feste Distanzen distanziert zum Kalibrier-Stempel 42 gefahren werden. Das Kalibrier-Gesenk 44 umfasst zwei separate, zueinander bewegliche und seitlich zustellbare Kalibrier-Gesenkzargen 44a, 44b. Im Prozessverlauf kann sich das Kalibrier-Werkzeug 40 schließen, wobei der Kalibrier-Stempel 42 den Kalibrier-Gesenkboden 46 mit dem vorgeformten Bauteil dazwischen in die dann geschlossenen Kalibrier-Gesenkzargen 44a, 44b verdrängen kann (vgl. auch 4g), sodass der angehobenen Bodenbereich 22 des vorgeformten Bauteils eingeebnet und der Zargenbereich 24 auf das Sollmaß gestaucht wird (vgl. auch 4h).
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Im Verfahrensablauf wird zunächst der bewegliche Vorform-Gesenkboden 36 bis auf die Höhe der Gesenkauflagefläche des Vorform-Gesenks 34 oder knapp darüber hinaus ausgefahren. Anschließend wird das Werkstück 20 (Platine) in das Vorform-Werkzeug 30 eingelegt (3a, 4a) und optional zwischen den fest distanziert zum Vorform-Gesenk 34 ausgeführten Niederhaltern 38, an Führungsstiften und/oder an Löchern gegen ein Verschieben gesichert (4b). Bei einfach gestalteten Bauteilen (vorwiegend u- oder hutprofil-förmigen Bauteilen) kann auf die optional distanzierten Niederhalter 38 verzichtet und das sogenannte Prägen mit Hochstellen durchgeführt werden. Dabei sichern bis zum formschlüssigen Verprägen des Werkstücks 20 zwischen dem Vorform-Stempel 32 und dem Vorform-Gesenkboden 36 nur Stifte an Kanten oder Löchern das Werkstück 20.
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Im Weiteren senkt sich nun der Verbund aus Vorform-Stempel 32 und Vorform-Gesenkboden 36 in die untere Endposition ab (4c). Dies führt zur Ausformung der Zargenbereiche 24 des vorgeformten Bauteils 20'. Anschließend kann das vorgeformte Bauteil 20' dem Vorform-Werkzeug 30 entnommen werden. Dabei stellt sich insbesondere im Zargenbereich 24 eine Rückfederung ein (4d, 4e). Das vorgeformte Bauteil 20' wird nun in das Kalibrier-Werkzeug 40 eingebracht.
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Der Kalibrier-Gesenkboden 46 wurde bereits vor dem Einlegen des vorgeformten Bauteils 20' definiert bis auf eine Höhe angehoben, die den eingelegten Bodenbereich 22 des vorgeformten Bauteils 20' kontaktiert. Dann erfolgt die Beschickung mit dem vorgeformten Bauteil 20', wobei sich das vorgeformte Bauteil 20' zu Prozessbeginn vorzugsweise in einer stabilen Lage zwischen den beiden Kalibrier-Gesenkzargen 44a, 44b und dem Kalibrier-Gesenkboden 46 befinden sollte (3b, 4f).
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Anschließend werden der Kalibrier-Stempel 42 und der Kalibrier-Gesenkboden 46 distanziert gegeneinander geschlossen, wobei der Bodenbereich 22 des vorgeformten Bauteils 20' gesichert und im Wesentlichen nicht eingeklemmt wird. Dies ermöglicht einen weitestgehend freien Materialfluss im Bodenbereich 22 ohne die später folgende Kalibrierwirkung zu hemmen, verhindert jedoch im Wesentlichen die Bildung von Wellen im Bodenbereich 22 durch die entstehende Druckspannung während des Kalibrierens. Nachdem der Kalibrier-Stempel 42 den Bodenbereich 22 des vorgeformten Bauteils 20' zwischen sich und dem angehobenen Kalibrier-Gesenkboden 46 gegen grobes Verrutschen gesichert hat, fahren die beiden Kalibrier-Gesenkzargen 44a, 44b soweit gegen den Kalibrier-Stempel 42, bis sich der genau definierte Kalibrier-Spalt zwischen den Kalibrier-Gesenkzargen 44a, 44b und dem Kalibrier-Stempel 42 einstellt und der rückgefederte Zargenbereich 24 des vorgeformten Bauteils 20' darin ausgerichtet sind (4g).
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Im weiteren Ablauf senkt sich der Kalibrier-Stempel 42 bis in seine Endlage nach unten. Dabei verdrängt er den angehobenen, aber distanziert zum Kalibrier-Stempel 42 geführten und mit einer ausreichenden Gegenkraft (um die Distanzierung beizubehalten) versehenen Kalibrier-Gesenkboden 46 ebenfalls nach unten. Erst im letzten Abschnitt dieses Weges wird die Anhebung des Bodenbereichs 22 des vorgeformten Bauteils 20' beseitigt, indem das Material hauptsächlich über den Übergangsbereich 26 in Richtung des Zargenbereichs 24 fließt (4h). Die Gegenkraft des Kalibrier-Gesenkbodens 46 ist dabei vorzugsweise so groß zu wählen, dass die Stauchung des vorgeformten Bauteils 20' auch in den Verbund aus Kalibrier-Stempel 42 und Kalibrier-Gesenkboden 46 hinein wirken kann, ohne gleichzeitig jedoch ein Kollabieren des Materialüberschusses in Wellen zu bewirken.
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Das Fließen des Materials hauptsächlich im Übergangsbereich 26 hat mehrere Vorteile. Zum einen bleibt der Bodenbereich 22 des vorgeformten Bauteils 20' in seiner Form im Wesentlichen erhalten. Des Weiteren kann die Materialverdrängung in den Zargenbereich 24 so groß gewählt sein, dass eine Verlängerung des Zargenbereichs ggf. auch entfallen kann. Letztlich lässt der Materialfluss in dem Übergangsbereich 26 sich dazu nutzen, die Anstellwinkel des Zargenbereichs 24 zum Bodenbereich 22 positiv zu beeinflussen.
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Im unteren Totpunkt ist das Bauteil 20'' schließlich zumindest bereichsweise endgeformt und vollständig kalibriert. Der Stauchvorgang hat damit zielgerichtet stattgefunden und die Restwelligkeit im Boden ist erheblich reduziert oder sogar ganz vermieden (4i, j).
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Das beispielhafte Verfahren und die beispielhafte Vorrichtung wurden hier anhand eines flanschlosen Bauteils näher erläutert. Flanschbehaftete Bauteile unterliegen einer analogen Prozedur.
