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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kragens an einem Werkstück. Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen eines Kragens an einem Werkstück, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Kragen oder Hälse werden an Werkstücken, wie etwa Platinen oder anderen Fertigteilen, zu unterschiedlichen Zwecken benötigt, beispielsweise als Führungsträger, Laufbuchse, Versteifungsträger oder Gewindeträger. Der hierzu notwendige Kragen wird beispielsweise mittels eines Umformverfahrens, dem sogenannten Kragenziehen, Aushalsen oder der Lochaufweitung, an dem Werkstück hergestellt.
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Sofern eine exakte Form des Kragens, etwa dessen Länge oder dessen Durchmesser, von Bedeutung ist, kann beispielsweise zunächst eine Lochung des Werkstücks vorgenommen werden. Anschließend kann mittels eines teilweise kegeligen, spitzen oder abgerundeten Kragenstempels ein Weiten des zuvor erzeugten Lochs erfolgen, wobei sich in der Regel senkrecht zum Werkstück ein Kragen ausbildet. Das Maß der Aufweitung kann dabei von der zu erreichenden Kragenlänge und/oder der zu erzielenden Größe der Aufweitung abhängig gemacht werden.
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So offenbart beispielsweise die
DE 10 2011 054 865 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Karosseriebauteils, wobei eine Blechplatine zunächst ausgestanzt oder ausgeschnitten wird. Danach wird die Platine vorgeformt, sodass ein zurückliegender Kragen ausgebildet wird, und anschließend endgeformt, sodass der Kragen ausgestülpt wird. Problematisch ist, dass der Bereich der entstehenden Lochkante am stärksten gedehnt wird und damit ausdünnt und die Kragenlänge begrenzt.
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Das heißt, dass bei der Herstellung des Kragens zu beachten ist, dass das Weiten von Material für den jeweiligen Werkstoff eine erhebliche Belastung darstellt, da insbesondere die Kantenbereiche extrem gedehnt werden. Wird die Dehnungsfähigkeit des Materials dabei überschritten, kommt es lokal entweder zu grenzwertigen Dehnungen mit herabgesetzten Einsatzmöglichkeiten oder zu Materialversagen und der Werkstoff reißt im Bereich des Kragens auf oder ein.
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Das sogenannte „Lochaufweitungsvermögen” ist dabei nicht nur von der anfänglichen oder zu erzielenden Lochabmessung, sondern auch vom Material selbst abhängig, was der erzielbaren Kragengröße und/oder Kragenlänge Grenzen setzt. So besitzen etwa weiche, tiefziehfähige oder hochmanganhaltige Stähle ein gutes Lochaufweitungsvermögen. Entsprechend ist das Lochaufweitungsvermögen bei anderen hochfesten Stählen geringer, sodass als Folge insbesondere die mit diesen Werkstoffen erzielbare Kragenlänge stark eingeschränkt sein kann.
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Insofern kann die Ausformung von Kragen, insbesondere in Hinblick auf deren Länge, entweder nicht in zufriedenstellendem Maße erfolgen oder die Umsetzung ist vergleichsweise aufwendig, beispielsweise durch die Implementierung von Hydroformen. Daher besteht weiterhin der Bedarf, vergrößerte Kragenlängen auch bei hochfesten und anderen Metallen bzw. hochfesten Stählen zu ermöglichen, ohne jedoch auf aufwendigere Verfahren wie etwa Hydroformen ausweichen zu müssen.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2014 115 073 A1 ist es bekannt, zunächst einen Tiefziehvorgang, einen sich anschließenden Lochvorgang und eine sich anschließende Aufweitung in einem Kombinationswerkzeug vorzusehen. Problematisch ist jedoch, dass zur Lochung notwendige scharfe Schneidkanten bei beispielsweise einem Kombinationsstempel während des Tiefziehens starke Einkerbungen am Material hervorrufen können, die die Qualität der späteren Kragenwandung herabsetzen oder die notwendige Ziehtiefe nicht erreichen lassen.
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Alternativ wäre denkbar, einen abgerundeten Boden des Ziehstempels vorzusehen. Dadurch würde zwar die Aufweitung des Bodenbereichs vereinfacht, da der Bodenbereich beim Aufweiten nicht so weit „umgeklappt” werden müsste. Hierbei wird der Bodenbereich jedoch ebenfalls stark vorgedehnt. Dies würde zudem dazu führen, dass weniger Material aus dem Randbereich in die Kragen fließen könnte, was die Zieh- und Kragentiefe reduzieren würde.
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Insbesondere im Falle eines ungünstigen Ziehverhältnisses, beispielsweise wenn der ursprüngliche Werkstückdurchmesser bzw. der Flanschbereich groß im Vergleich zum Durchmesser des tiefgezogenen Bereichs ist, besteht weiterhin das Bedürfnis die erreichbare Kragenlänge zu vergrößern, ohne dass der Bodenbereich ausdünnt und es zu Bodenreißern kommt.
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Denkbar wäre in dieser Hinsicht, dass in dem Werkstück konzentrische Wellen rund um den später anzufertigenden Kragen erzeugt werden, welche eine zusätzliche Werkstücklänge zur Verfügung stellen. Während des Tiefziehens kann dann mehr Material in den Zargenbereich hineingezogen werden, was die Kragenlänge vergrößern kann.
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Um das Problem einer zu starken Ausdünnung des Kragens zu reduzieren, wäre schließlich zudem denkbar, eine zusätzliche Abstreckung und Stauchung der Kragenwandung vorzunehmen. Hierdurch kann eine gleichmäßigere Kragen-Wanddicke erzielt werden.
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Ebenfalls ist denkbar mittels eines vorgelagerten Prägevorgangs zusätzliches Material im Bereich des Kragenendes zur Verfügung zu stellen. Dies liefert zwar längere Kragen, nachteilig daran ist aber der sehr hohe Kraftbedarf, speziell zum Prägen hochfester Bleche. Dieser resultiert aus der ungünstigen Kraftwirkung (Längs- und nicht in Querrichtung) des Prägestempels. In der Praxis hat sich zudem herausgestellt, dass die hohe Flächenpressung sich ungünstig auf die Standzeit des Prägestempels auswirkt und dass es im Fall hochfester Stähle nur schwer gelingt, eine hinreichende Prägetiefe zu erreichen, also genügend Material zur Aufdickung zu verdrängen.
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Die beschriebenen Ansätze können zwar dazu führen, dass eine größere Kragenlänge erzeugt werden kann. Die zusätzliche Länge wird jedoch regelmäßig mit einer Ausreizung bis an die dünnste noch mögliche Kragen-Wanddicke erkauft. Mit anderen Worten geht dies zu Lasten der Kragen-Wanddicke, da mit den beschriebenen Ansätzen einhergeht, dass die Kragen-Wanddicke auf das werkstofftypische Mindestmaß ausgedünnt wird.
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Auch weitere Ansätze, die Material von außen nach innen bringen sind häufig dadurch gekennzeichnet, dass sie entweder kaum in ein Realteil einzubinden sind oder dass sie durch die Vorformung bereits so ausgedünnt sind, dass eine weitere Belastung des Materials durch den dann folgenden Aufweitvorgang kaum noch möglich ist.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung anzugeben, mit denen große Kragenlängen mit guter Qualität auf einfache Weise erreicht werden können, wobei die Nachteile aus dem Stand der Technik möglichst reduziert oder vermeiden werden sollen.
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Gemäß einer ersten Lehre wird die Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Kragens an einem Werkstück, dadurch gelöst, dass das Verfahren umfasst:
- – Tiefen des Werkstücks, sodass ein getiefter Bereich entsteht;
- – Ausbilden eines vorgeformten Kragenabschnitts mit einem Zargenbereich und einem Bodenbereich in dem getieften Bereich des Werkstücks, sodass sich der vorgeformte Kragenabschnitt an einen getieften Randbereich anschließt;
- – Lochen des Bodenbereichs des vorgeformten Kragenabschnitts, sodass eine Lochung in dem Bodenbereich des vorgeformten Kragenabschnitts entsteht; und
- – Umformen des vorgeformten Kragenabschnitts und des getieften Randbereichs zur Ausbildung des Kragens an dem Werkstück.
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Durch das Tiefen des Werkstücks entsteht ein vertiefter Bereich, welcher eine nur geringe Ausdünnung aufweisen kann. Beispielsweise ist der getiefte Bereich im Wesentlichen zumindest bereichsweise flach, gerundet, sphärisch oder als Mischform ausgebildet. So kann der vertiefte Bereich beispielswiese eine im Wesentlichen gewölbte Außenseite vorzugsweise mit einen im Wesentlichen flachen Boden aufweisen. Dies kann beispielsweise mittels eines zumindest abschnittsweise flachen, gerundeten oder/und sphärischen Ziehstempels erfolgen. Beispielsweise weist der getiefte Bereich eine konvexe und eine konkave Seite auf. Das Tiefen des Werkstücks kann bevorzugt in einem ersten Werkzeug erfolgen.
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Das Werkstück besteht dabei vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl. Als Stahl kommen sowohl weiche tiefziehfähige Stähle als auch zumindest höherfeste oder hochfeste Stähle in Betracht. Das Werkstück kann beispielsweise eine im Wesentlichen ebene Platine, ein Blech, ein Halbzeug oder ein nahezu fertig geformtes Bauteil sein. Das Werkstück kann jedoch auch ein bereits ausgeformtes, beispielsweise ein tiefgezogenes, endkonturnahes Werkstück sein.
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Die weitere Fertigung des Werkstücks nach dem Tiefen, also das Ausbilden des vorgeformten Kragenabschnitts, das Lochen des Bodenbereichs und/oder das Umformen des vorgeformten Kragenabschnitts und des getieften Randbereichs erfolgen bevorzugt, nachdem das Tiefen des Werkstücks abgeschlossen ist. Vorzugsweise erfolgen diese weiteren Schritte in einem zweiten Werkzeug. Der vorgeformte Kragenabschnitt, die Lochung und der Kragen liegen in dem getieften Bereich vorzugsweise konzentrisch.
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Der vorgeformte Kragenabschnitt weist vorzugsweise einen im Wesentlichen zylindrischen Zargenbereich auf, welcher sich quer, insbesondere im Wesentlichen senkrecht zur Werkstückebene erstreckt. Der Bodenbereich erstreckt sich dabei vorzugsweise quer, insbesondere im Wesentlichen senkrecht zum Zargenbereich. Durch den restlichen, nicht zum vorgeformten Kragenabschnitt ausgebildeten getieften Bereich entsteht dann ein sich an den vorgeformten Kragenabschnitt anschließender getiefter Randbereich. Hierzu wird der getiefte Bereich beispielsweise mit Hilfe eines (insbesondere dem Innendurchmesser des späteren Kragens entsprechenden) Kragenstempels umgeformt, indem der Kragenstempel sich in die gewünschte Richtung (beispielsweise in Kontakt mit der konkaven Seite des getieften Bereichs) bewegt. Bevorzugt wird der getiefte Bereich dabei auf der entgegengesetzt liegenden Seite durch ein Werkzeugteil, insbesondere ein Kragengesenk, gestützt.
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Die durch das Lochen des Bodenbereichs des vorgeformten Kragenabschnitts entstehende Lochung weist vorzugsweise einen Durchmesser auf, welcher geringer ist als der Durchmesser des herzustellenden Kragens. Durch das Lochen entstehen daher, jedenfalls zwischenzeitlich, bevorzugt ein im Wesentlichen ringförmiger Teilbodenbereich und ein Lochbutzen, welcher vorzugsweise nach unten aus dem Werkzeug fallen kann. Der sich an den Zargenbereich anschließende Teilbodenbereich ist im Querschnitt gesehen vorzugsweise in seinem Übergang zum Zargenbereich abgerundet.
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Schließlich erfolgt ein Umformen des vorgeformten Kragenabschnitts und des getieften Randbereichs zur Ausbildung des Kragens an dem Werkstück. Dabei kann insbesondere das Umformen des getieften Randbereichs bevorzugt bereits kurz vor dem Lochen beginnen.
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Wie bereits der vorgeformte Kragen, erstreckt sich vorteilhaft auch der Kragen quer, insbesondere im Wesentlichen senkrecht zu der Werkstückebene. Der Kragen kann bevorzugt eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweisen. Der lange Kragen entsteht demnach aus dem getieften Bereich, der durch eine effektive Materialverlagerung von außen nach innen gekennzeichnet ist. In dem weiteren Vorgang braucht der dann gelochte Bodenbereich nicht mehr stark aufgeweitet zu werden.
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Vor allem im Vergleich zu den eingangs beschriebenen Ansätzen besitzt das erfindungsgemäße Verfahren eine Reihe von Vorteilen. Zum einen wird wesentlich weniger Kraft benötigt als beispielsweise bei Verfahren, welche sich ein Prägen oder ein Einebnen von Materialreserven zunutze machen. Zum anderen können größere Kragenlängen erzeugt werden, als das zum Beispiel bei der Erzeugung von Materialreserven in Form von Wellen im Randbereich der Fall ist. Diese ebnen sich eher selbst ein, als dass sie Material nach innen schieben. Zwar kann das Material im Kragen durch die Umformung des getieften Bereichs vorverfestigt sein, es hat sich jedoch gezeigt, dass es weiterhin noch ausreichend Kräfte aufnehmen kann, ohne im funktionellen Betrieb ein Versagen des Kragens zu provozieren.
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Das Verfahren kann beispielsweise Teil einer Kaltumformung oder indirekten Warmumformung sein, oder in eine solche integriert sein. Beispielsweise können das Tiefen, das Ausbilden des vorgeformten Kragenabschnitts, das Lochen und/oder das Umformen des vorgeformten Kragenabschnitts und des getieften Randbereichs als Warmumformung oder indirekte Warmumformung erfolgen.
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Das Verfahren kann vorzugsweise mit einer Vorrichtung gemäß der zweiten Lehre der Erfindung durchgeführt werden.
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Im Ergebnis kann somit eine funktions- und kostengünstiges Verfahren angegeben werden, das es ermöglicht, die Herstellung eines langen Kragens in wenigen Operationen umzusetzen und bei guter Qualität des Kragens in der gewohnten Prozesskette des pressengestützten Tiefziehens zu verbleiben, was eine entsprechend einfache und wirtschaftliche Herstellung ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Umformen zur Ausbildung des Kragens an dem Werkstück ein (im Wesentlichen gezieltes) Aufweiten der Lochung und/oder ein zumindest teilweises Einebnen des getieften Randbereichs. Durch das Aufweiten der Lochung kann weiterhin Material aus dem Bodenbereich des vorgeformten Kragens zur Ausbildung des Kragens verwendet werden. Durch die vorherige Materialverlagerung durch den getieften Bereich ist jedoch keine allzu starke Aufweitung mehr notwendig.
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Durch das Einebnen wird zwar ein Teil des Tiefens wieder rückgängig gemacht. Es hat sich allerdings gezeigt, dass durch die im Vergleich zur Platine vergrößerte Fläche in Teilen vorteilhaft zur Ausbildung des Kragens verwendet werden kann, da zumindest ein Teil des Materials in den Kragenhals geschoben wird. Beispielsweise wird durch das zumindest teilweise Einebnen des getieften Randbereichs ein Teil des getieften Randbereichs eingeebnet und dabei weiter verfestigt, beispielsweise zu einem außen liegenden, ringförmigen Bereich.
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Beim Umformen des vorgeformten Kragenabschnitts und des getieften Randbereichs zur Ausbildung des Kragens an dem Werkstück wird vorzugsweise ein innenliegender Teil des getieften Randbereichs durch das Umformen zu dem Kragen geformt. Im Ergebnis kann die konkave Innenseite des getieften Randbereichs zumindest teilweise entweder zur Innen- oder zur Außenseite des Kragens umgeformt werden. Bei der konvexen Außenseite des getieften Randbereichs verhält es sich dagegen genau umgekehrt.
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Insbesondere wenn ein Aufweiten der Lochung erfolgt, ist der Durchmesser der Lochung vorzugsweise geringer als der Innendurchmesser des herzustellenden Kragens. Bevorzugt ist der Durchmesser der Lochung jedoch nur etwas geringer als der Innendurchmesser des herzustellenden Kragens, beispielsweise höchstens 60% geringer, vorzugsweise höchstens 15% geringer. Es hat sich gezeigt, dass trotz der Lochung durch das Vorsehen eines getieften Bereichs noch ausreichend Material zur Verfügung steht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der getiefte Randbereich zumindest bereichsweise entgegen der Richtung des getieften Bereichs eingeebnet. Unter einem Einebnen entgegen der Richtung des getieften Bereichs wird insbesondere verstanden, dass das Einebnen der Richtung, mit der das ursprüngliche Tiefen des Werkstücks erfolgt ist, entgegen gerichtet ist. Es wird also insbesondere eine der ursprünglichen Kraft zum Tiefen entgegengesetzte Kraft auf das Werkstück ausgeübt. Alternativ oder zusätzlich ist jedoch ebenfalls denkbar, dass der getiefte Randbereich zumindest bereichsweise in Richtung des getieften Bereichs eingeebnet wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Durchmesser des getieften Bereichs größer als der Durchmesser des herzustellenden Kragens. Unter dem Durchmesser des getieften Bereichs und des herzustellenden Kragens ist beispielsweise der maximale Durchmesser zu verstehen. Unter dem Durchmesser des herzustellenden Kragens ist vorzugsweise der Außendurchmesser des herzustellenden Kragens zu verstehen. Es hat sich gezeigt, dass der getiefte Bereich über den Bereich des herzustellenden Kragenfußes hinausgehen sollte. Dadurch kann der Materialvorrat zur Ausbildung des Kragens erhöht und der gelochte Bodenbereich muss weniger stark aufgeweitet werden. Vorzugsweise ist der Durchmesser des getieften Bereichs mindestens um den Faktor 1,3, vorzugsweise mindestens um den Faktor 1,8, besonders bevorzugt mindestens um den Faktor 2 oder mehr größer als der Durchmesser des herzustellenden Kragens.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens hängt die Tiefe des getieften Bereichs von der Länge des herzustellenden Kragens ab. So kann das Verfahren beispielsweise ein Bestimmen der Tiefe des zu tiefenden Bereichs basierend auf der Länge des herzustellenden Kragens umfassen. Anschließend kann dann ein Tiefen des Werkstücks erfolgen, sodass ein getiefter Bereich mit der zuvor bestimmten Tiefe entsteht. Die Tiefe ist beispielsweise die maximale oder mittlere Tiefe des getieften Bereichs. Es hat sich gezeigt, dass eine gute Kragenqualität mit vorteilhaftem Materialeinsatz erzielt werden kann, wenn sich die Tiefe des getieften Bereichs nach der Länge des herzustellenden Kragens richtet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Tiefen des Werkstücks durch einen Formvorgang. Der Formvorgang ist leicht und prozesssicher herstellbar, da die Tiefe von Formprozessen mit wachsendem Außendurchmesser ebenfalls stark anwachsen kann, ohne dass Reißer entstehen. Insbesondere ist im Vergleich zu Prägevorgängen ein geringerer Kraftbedarf notwendig, was es ermöglicht, mit geringer Kraft auch bei hoch- und höherfesten Stählen ausreichend Material insbesondere im späteren Kragenformungsprozess zur Mitte hin zu verdrängen. Schließlich führt dies zu verbesserten Standzeiten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Tiefen des Werkstücks in Richtung des herzustellenden Kragens. Somit erfolgen insbesondere das Tiefen des Werkstücks und das Ausbilden des vorgeformten Kragenabschnitts in die gleiche Richtung. Dies kann insbesondere zu hohe Materialverfestigungen durch hohe Umformgrade verhindern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird angestrebt, dass die Fläche des getieften Bereichs abzüglich der Fläche der Lochung im Wesentlichen der Summe aus der Fläche des Kragens und der Fläche des eingeebneten getieften Randbereichs entspricht. Durch das Einebnen des Randbereichs des getieften Bereichs fällt die Fläche des erzielten Kragens allerdings geringer aus. Nach dem Tiefen des Werkstücks erfolgen vorzugsweise also nur noch geringfügige Flächenänderung und eine damit verbundene Materialbelastung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Umformen des getieften Bereichs, insbesondere das Umformen (insbesondere Einebnen) des getieften Randbereichs zur Ausbildung des Kragens, ein im Wesentlichen freies Einziehen und/oder ein Biegeumformen. Besonders bevorzugt bei der Kragenausbildung im Zuge des Einebnens ist die Vermeidung von Aufdickungen. Vorzugsweise wird das Ausbilden eines vorgeformten Kragenabschnitts und/oder das Umformen des vorgeformten Kragenabschnitts und des getieften Randbereichs zur Ausbildung des Kragens (vorzugsweise das gesamte Umformen des getieften Bereichs) ausschließlich ohne Aufdickungen erreicht. Optional kann das Umformen auch ein bereichsweises Stauchen im äußeren Bereich des getieften Bereichs umfassen. Insbesondere dadurch, dass das Material im äußeren Bereich des getieften Bereichs im Wesentlichen frei fließt, lassen sich übermäßige Materialbelastungen vermeiden. Durch ein Stauchen kann eine zusätzliche Verfestigung des Kragens erreicht werden.
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Vorzugsweise erfolgt das Ausbilden des vorgeformten Kragenabschnitts und/oder das Umformen des vorgeformten Kragenabschnitts und des getieften Randbereichs mit einem Kragenstempel und einem Kragengesenk, welche sich vorzugsweise gegenläufig bewegen. Vorzugsweise bewegen sich der Kragenstempel und das Kragengesenk mit unterschiedlichen oder gleichen Geschwindigkeiten aufeinander zu. So ist beispielsweise die Geschwindigkeit des Kragenstempels während des Ausbildens des vorgeformten Kragenabschnitts und/oder während des Umformens des vorgeformten Kragenabschnitts zumindest zeitweise niedriger, gleich oder höher, vorzugsweise ist sie höher als die des Kragengesenks.
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Diese Maßnahme vermeidet weitgehend eine zu starke Aufdickung des getieften Randbereichs, denn durch die unterschiedliche Geschwindigkeit beider Werkzeugteile zueinander wird erreicht, dass das Material, welches das Kragengesenk beim Einebnen (durch seine Bewegung in Richtung des Werkstücks) bereitstellt, auch in Richtung des herzustellenden Kragens mit dem Kragenstempel abfließen kann.
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Weiterhin lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren bei Bedarf vorteilhaft mit den folgenden weiteren Aspekten, welche teilweise bereits eingangs beschrieben sind, kombinieren, um insbesondere eine weiterhin vergrößerte Länge des Kragens zu erzielen.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, eine zusätzliche Inline-Abstreckung der Kragenwandung und/oder eine Inline-Stauchung des Kragenendes während bzw. zum Abschluss des Ausbildens des Kragens erfolgen. Die Abstreckung sorgt dafür, dass eine gleichmäßige Kragen-Wanddicke erzielt wird und die Stauchung stellt eine ebene Abschlussfläche bereit.
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Beispielsweise kann in einem Vorformprozess mittels eines Prägevorgangs, bei dem Material aus der insbesondere später gelochten Werkstückmitte nach außen geschoben wird, ein aufgedickter Bereich erzeugt werden, dessen dickste Stelle sich im Bereich des späteren Kragenendes befindet. Dabei wird vorzugsweise gleichzeitig (etwa durch einen Außenstempel) der Materialfluss der Aufdickung auf den späteren Kragenbereich begrenzt und zusätzlich Material nach innen in Richtung des späteren Kragens gedrückt. Nach dem Prägevorgang können dann mittels des hier beschriebenen Verfahrens das Lochen des ausgedünnten mittigen Bereichs und das Ausbilden zum fertigen Kragen erfolgen.
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Als weiteres Beispiel kann zunächst ein Vorkragen ausgebildet werden, der mittels einer geeigneten Massivformung eingeebnet wird und dabei einen aufgedickten Lochrand mit dem Ziel-Durchmesser erzeugt. Dieser aufgedickte Bereich kann dann dafür genutzt werden, mittels des hier beschriebenen Verfahrens den Kragen mit entsprechend großer Ziellänge zu erzeugen. Dies ist möglich, weil der aufgedickte Lochrand größere Dehnungen erlaubt.
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Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe auch durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück, insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, gelöst, umfassend:
- – Mittel zum Tiefen des Werkstücks, derart eingerichtet, dass ein getiefter Bereich entsteht,
- – Mittel zum Ausbilden eines vorgeformten Kragenabschnitts mit einem Zargenbereich und einem Bodenbereich in dem getieften Bereich des Werkstücks, derart eingerichtet, dass sich der vorgeformte Kragenabschnitt an einen getieften Randbereich anschließt;
- – Mittel zum Lochen des Bodenbereichs des vorgeformten Kragenabschnitts, derart eingerichtet, dass eine Lochung in dem Bodenbereich des vorgeformten Kragenabschnitts entsteht; und
- – Mittel zum Umformen des vorgeformten Kragenabschnitts und des getieften Randbereichs zur Ausbildung des Kragens an dem Werkstück.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein Kragen an einem Werkstück bereitgestellt werden, wobei im Vergleich zu eingangs genannten Ansätzen, welche sich ein Prägen oder ein Einebnen von Materialreserven zunutze machen, wesentlich weniger Kraft benötigt wird. Somit können vergleichsweise hohe Standzeiten der Vorrichtung erreicht werden. Im Übrigen wird auf die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und den Ausgestaltungen verwiesen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die Mittel zum Tiefen des Werkstücks einen Formstempel und ein Vorformgesenk. Die Mittel zum Tiefen des Werkstücks sind bevorzugt in einem ersten Werkzeug angeordnet. Neben einem Formstempel und einem Vorformgesenk können die Mittel zum Tiefen bei Bedarf auch einen Niederhalter aufweisen.
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Der Formstempel und das Vorformgesenk weisen bevorzugt eine Kontur auf, die dem herzustellenden getieften Bereich entsprechen. Der Formstempel ist beispielsweise zur Erzeugung einer konkaven Innenseite des getieften Bereichs ausgebildet. Das Vorformgesenk ist beispielsweise zur Erzeugung einer konvexen Außenseite des getieften Bereichs eingerichtet. Der optionale Niederhalter kann zur Fixierung des Werkstücks und zur Vermeidung von Wellenbildung dienen.
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Durch das Vorsehen der genannten Mittel in dem ersten Werkzeug kann die weitere Herstellung des Kragens auf einfache Weise umgesetzt und bei guter Qualität des Kragens insbesondere in der gewohnten Prozesskette des pressengestützten Tiefziehens zu verblieben werden, was eine entsprechend einfache und wirtschaftliche Herstellung ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die Mittel zum Ausbilden des vorgeformten Kragenabschnitts und die Mittel zum Umformen des vorgeformten Kragenabschnitts und des getieften Randbereichs ein gemeinsames Kragengesenk und einen gemeinsamen Kragenstempel. Diese Mittel sind bevorzugt in einem zweiten Werkzeug angeordnet.
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Das Kragengesenk ist vorzugsweise beweglich oder verschiebbar ausgebildet. Das Kragengesenk (beispielsweise die Stirnfläche des Kragengesenks) kann vorzugsweise der zumindest teilweisen Einebnung des getieften Randbereichs dienen. Das Kragengesenk (beispielsweise die innere Mantelfläche) stellt vorzugsweise zudem die Außenkontur für den vorgeformten Kragenabschnitt und den herzustellenden Kragen bereit.
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Der Kragenstempel ist vorzugsweise ebenfalls beweglich oder verschiebbar ausgebildet. Der Kragenstempel (beispielsweise die innere Mantelfläche) stellt vorzugsweise zudem die Innenkontur für den vorgeformten Kragenabschnitt und den herzustellenden Kragen bereit.
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Neben einem Kragenstempel und einem Kragengesenk kann das zweite Werkzeug weiterhin einen (vorzugsweise beweglichen) Niederhalter und ein (vorzugsweise feststehendes) Außengesenk zur Fixierung des Werkstücks und zur Führung des Kragengesenks und einen vorzugsweise starr angeordneten Lochstempel umfassen. Durch das Vorsehen der Mittel im zweiten Werkzeug kann die Herstellung des Kragens in einer oder wenigen Operationen umgesetzt werden und bei guter Qualität des Kragens insbesondere in der gewohnten Prozesskette des pressengestützten Tiefziehens zu verblieben werden, was eine entsprechend einfache und wirtschaftliche Herstellung ermöglicht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vorrichtung zur gegenläufigen Bewegung des Kragenstempels und des Kragengesenks eingerichtet.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vorrichtung zur Bewegung des Kragenstempels und des Kragengesenks mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten eingerichtet.
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Wie bereits ausgeführt kann die gegenläufige Bewegung und/oder die Bewegung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten eine zu starke Aufdickung vermeiden, denn durch die gegenläufige Bewegung und/oder die unterschiedliche Geschwindigkeit beider Stempel zueinander wird erreicht, dass das Material, welches das Kragengesenk beim Einebnen bereitstellt, vor allem in Richtung des herzustellenden Kragens mit dem Kragenstempel abfließen kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die Mittel zum Lochen des Bodenbereichs des vorgeformten Kragenabschnitts einen Schneidstempel. Der Schneidstempel ist vorzugsweise in seiner Höhe verstellbar ausgebildet, wirkt jedoch bevorzugt ortsfest. Der Schneidstempel ist bevorzugt auf der Seite des Kragengesenks angeordnet. Ebenfalls kann ein entsprechendes Schneidgesenk vorgesehen sein. Bevorzugt übernimmt der bereits beschriebene Kragenstempel die Funktion eines Schneidgesenks. In diesem Fall ist der Schneidstempel dem Kragenstempel gegenüberliegend angeordnet und wirkt mit diesem zusammen. Der Kragenstempel ist insofern als ein Kombinationsstempel anzusehen.
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Bezüglich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Vorrichtung wird auf die Beschreibung des Verfahrens und dessen Vorteile 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 den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen in
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1a–e ein Ausführungsbeispiel eines ersten Werkzeugs zum Tiefen eines Werkstücks in schematischen Schnittdarstellungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten; und
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2a–h ein Ausführungsbeispiel eines zweiten Werkzeugs zum Ausbilden eines vorgeformten Kragenabschnitts, zum Lochen des Bodenbereichs des vorgeformten Kragenabschnitts und zum Umformen des vorgeformten Kragenabschnitts und des getieften Randbereichs in schematischen Schnittdarstellungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten.
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Das erste Werkzeug 1 aus 1 bildet zusammen mit dem zweiten Werkzeug 2 aus 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchführen kann.
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1a zeigt zunächst ein Ausführungsbeispiel des ersten Werkzeugs 1. Das Werkzeug 1 weist einen Formstempel, der als Ziehstempel 4 ausgebildet ist, und ein Vorformgesenk 6 und damit Mittel zum Tiefen eines Werkstücks 10 auf. Die Vorrichtung umfasst weiterhin einen beweglichen Niederhalter 8. In diesem Fall ist das Vorformgesenk 6 fest positioniert und der Ziehstempel 4 beweglich ausgebildet. Beispielsweise wird der Ziehstempel 4 über einen Pressenstempel (nicht dargestellt) abgesenkt, während der bewegliche Niederhalter 8 durch (nicht dargestellte) Pinolen der Presse angetrieben werden kann. Alternativ wäre jedoch ebenfalls denkbar, dass der Ziehstempel 4 ortsfest und das Vorformgesenk 6 beweglich angeordnet ausgebildet sind.
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Mittels des ersten Werkezugs 1 erfolgt zunächst die Ausformung eines getieften Bereichs 12. Zu Prozessbeginn wird ein Werkstück 10, welches hier eine Platine ist, aber auch ein komplexeres Bauteil sein kann, auf dem Vorformgesenk 6 aufgelegt (1b). Anschließend fixiert der Niederhalter 8 vorzugsweise mittels Distanzierung auf Werkstückdicke das Werkstück 10 und der Ziehstempel 4 senkt sich auf das Werkstück 10 ab (1c). In seiner weiteren Bewegung formt der Ziehstempel 4 einen getieften Bereich in gewünschtem Maße in dem Werkstück 10 aus, bis er seine Endstellung über dem Vorformgesenk 6 erreicht hat (1d). Das Werkzeug 1 wird anschließend geöffnet und das Werkstück 10 entnommen (1e).
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Während des Tiefungsprozesses erhält das Werkstück 10 weit über den Bereich des späteren Kragenrandes hinaus beginnend (hier etwa um das Doppelte) einen getieften Bereich 12, das heißt eine Tiefung, Wölbung, Dellung oder auch Beulung. Der Durchmesser des getieften Bereichs 12 ist vorzugsweise etwa doppelt so groß wie der Durchmesser des späteren Kragens (vergleiche etwa Kragen 42 in 2h). Die Tiefe des getieften Bereichs 12 ist größer, gleich oder kleiner als der spätere Kragen lang ist. Der getiefte Bereich 12 ist in diesem Fall in Richtung des herzustellenden Kragens gewölbt und weist eine konkave Innenseite 14 und eine konvexe Außenseite 16 auf. Der getiefte Bereich 12 ist insofern leicht herstellbar, da die Tiefe von Ziehvorgängen mit wachsendem Außendurchmesser ebenfalls wachsen kann, ohne dass Reißer entstehen.
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Nachdem das Werkzeug 1 geöffnet und das Werkstück 10 entnommen wurde, wird das Werkstück 10 mit dem getieften Bereich 12 in das Werkzeug 2 eingelegt (2a). Das zweite Werkzeug 2 weist einen in seiner Position einstellbaren, aber ortsfest wirkenden Schneidstempel 18 auf. Das zweite Werkzeug 2 weist weiterhin einen dem Schneidstempel 18 gegenüber angeordneten Kragenstempel 19 auf. Schneidstempel 18 und Kragenstempel 19 dienen als Mittel zum Lochen des Bodenbereichs eines vorgeformten Kragenabschnitts. Weiterhin weist das Werkzeug 2 schneidstempelseitig ein verschiebbares Kragengesenk 22 auf. Kragenstempel 19 und Kragengesenk 22 dienen als Mittel zum Ausbilden eines vorgeformten Kragenabschnitts und zum Umformen des vorgeformten Kragenabschnitts und des getieften Randbereichs. Auf der Seite des Schneidstempels 18 und des Kragengesenks 22 ist weiterhin ein Außengesenk 24 angeordnet, welches in diesem Fall fest positioniert ist. Auf der Seite des Kragenstempels 19 ist zudem ein Niederhalter 26 angeordnet. Der Kragenstempel 19 besitzt gemeinsam mit dem verschiebbaren Kragengesenk 22 außerdem eine Stützfunktion für die Innenkontur des auszubildenden Kragens. Das Werkstück 10 liegt zunächst auf dem Kragengesenk 22 und dem Außengesenk 24 auf.
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Nach dem Einlegen des Werkstücks 10 in das Werkzeug 2 wird das Werkstück 10 zunächst durch den Niederhalter 26 fixiert. Dies geschieht vorzugsweise mit einer ausreichend hohen Niederhalterkraft, sodass kein oder nur wenig Werkstofffluss von dem getieften Bereich 12 in den Niederhalterbereich hinein zugelassen wird (2b und 2c).
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Nun fahren gleichzeitig der Kragenstempel 19 und das Kragengesenk 22 aufeinander zu und mittig gegen den getieften Bereich 12 (2d). Dabei bildet sich durch die gegenläufige Bewegung des Kragenstempels 19 und des Kragengesenks 22 ein vorgeformter Kragenabschnitt 28 mit einem Zargenbereich 30 und einem Bodenbereich 32 in dem getieften Bereich 12 des Werkstücks 10 aus, sodass sich der vorgeformte Kragenabschnitt 28 an einen getieften Randbereich 34 anschließt (2e).
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Im Zuge dieser der Ausbildung des vorgeformten Kragenabschnitts 28 erreicht der Kragenstempel 19 in einer zuvor durch die Einstellung der Position des Schneidstempels 18 definierten Position den fest positionierten Schneidstempel 18. Dabei locht der Schneidstempel mit seinen Schneidkanten den Bodenbereich 32 des vorgeformten Kragenabschnitts 28 mittig (2f), insbesondere gegen eine an dem Kragenstempels 19 angeordnete Schneide. Hierdurch entsteht eine Lochung 36 in dem Bodenbereich 32 des vorgeformten Kragenabschnitts 28, sodass noch ein Teilbodenbereich 38 übrig bleibt, und ein Schneidbutzen 40. Der Durchmesser der Lochung 36 ist dabei kleiner als der Durchmesser des herzustellenden Kragens.
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Während der Kragenstempel 19 bereits seine Endlage erreicht hat, wird im Weiteren das Kragengesenk 22 (zum Beispiel durch Pinole) weiter in Richtung des Kragenstempels 19, das heißt in Richtung der Außenseite 16 des getieften Randbereichs 34 bewegt. Dabei ist der vorgeformte Kragenabschnitt 28 innen mit dem Kragenstempel 19 gestützt, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser des späteren Kragens entspricht. Zumindest ein Teil des getieften Randbereichs 34 wird somit wieder entgegen dem ursprünglich eingebrachten getieften Bereich 12 umgeformt.
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Wie in 2g dargestellt, ebnet das Kragengesenk 22 mit seinen Stirnflächen aufgrund der Platzverhältnisse und der Hebelwirkung einen Teil des getieften Randbereichs 34 ein. Der um die Lochung 36 liegende Teilbodenbereich 38 wird allerdings in den Spalt zwischen Schneidstempel 18 und Kragengesenk 22 hineingezogen. Gleichzeitig wird damit die Lochung 36 aufgeweitet. Der vorgeformte Kragenabschnitt 28 verformt sich demnach fortschreitend in den Kragen 42 und einen sich daran anschließenden eingeebneten Bereich 44. In der Endposition des Funktionsstempels 22 ist der getiefte Bereich 12 eingeebnet und der Kragen 34 fertig ausgeformt. Wenn die Geschwindigkeiten von Kragenstempel 19 und Kragengesenk 22 gut aufeinander abgestimmt sind, entspricht die Fläche des getieften Bereichs 12 abzüglich der Fläche der Lochung 36 im Wesentlichen der Summe aus der Fläche des eingeebneten getieften Randbereichs 44 und der Fläche des Kragens 42. Das heißt, dass insbesondere das Umformen respektive Einebnen des getieften Randbereichs 34 zumindest teilweise (beispielsweise das Ausbilden vorgeformten Kragenabschnitts 28 und/oder das Ausbilden des Kragens 42) im Wesentlichen als ein freies Einziehen mit kombinierter Biegeumformung bezeichnet werden kann.
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Je nach Wirkungsrichtung fällt der aufgrund der Lochung 36 entstandene Schneidbutzen 40 ohne Mehraufwand nach unten hinaus oder kann nach der Öffnung des Werkzeuges 2 leicht entnommen werden. Mit der Ausbildung des Kragens 42 ist der Umformprozess beendet. Die Werkzeugteile fahren in ihre Ausgangslage zurück und die (nicht dargestellten) Auswerfer und das Kragengesenk 22 heben das Werkstück 10 in dem Werkzeug 2 an. Der fertig ausgeformte Kragen 42 liegt in großer Länge vor und das Werkstück 10 kann dem Werkzeug 2 entnommen werden (2h).
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In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Kragenausformung und Einebnung insbesondere deshalb gut möglich, da der getiefte Bereich 12 und die Lochung 36 so dimensioniert sind, dass nur geringe zusätzliche Dehnungen bei der Aufweitung und Ausbildung des Kragens 42 benötigt werden und weil die Fläche des getieften Bereichs 12 die Fläche des Kragens 42 und die Fläche des eingeebneten Bereichs 44 bereitstellen kann, ohne das der Bereich 34 nennenswert aufdickt. Dabei können die Umformoperationen in dem getieften Randbereich 34 innerhalb des Werkzeuges 2 zumindest teilweise im Wesentlichen als ein freies Einziehen mit kombinierter Biegeumformung bezeichnet werden.
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Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen umfasst die Vorrichtung zwei Werkzeuge 1 und 2 und setzt das Verfahren in einer zwei- bzw. dreistufigen Vorgehensweise um. Ebenfalls ist jedoch denkbar, dass das Verfahren beispielsweise in drei oder mehr unterschiedlichen Werkzeugen umgesetzt wird. Vorteilhaft kann das Verfahren in die sowieso benötigten Tiefzieh- und Beschnittoperationen von Pressen integriert werden.
