DE102017116802A1

DE102017116802A1 - Verfahren zum bearbeiten einer öffnung in einer vielzahl von zuschnitten

Info

Publication number: DE102017116802A1
Application number: DE102017116802.8A
Authority: DE
Inventors: Laurent Bernard Chappuis; S. George Luckey Jr.; Andrey M. Ilinich; Keith ZOBAY
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2017-07-25
Publication date: 2018-02-01
Also published as: US20190217371A1; US10315243B2; CN107649828B; US11458526B2; CN107649828A; US20180029105A1

Abstract

Ein Verfahren und ein System zum Erzeugen eines Herstellungsgegenstandes aus einem Zuschnitt, der eine innere Öffnung definiert, werden offenbart. Ein Stapel von Zuschnitten ist ausgerichtet und die inneren Öffnungen der Zuschnitte im Stapel von Zuschnitten werden durch ein Rotationsschneidwerkzeug zu einer Endabmessung bearbeitet. Die Zuschnitte werden vor dem Bearbeiten in einem numerisch gesteuerten Bearbeitungswerkzeug zusammengeklemmt. Die Zuschnitte werden anschließend bei einem Blechformvorgang geformt, bei dem der innere Umfang der inneren Öffnungen erweitert wird, während der Zuschnitt geformt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Bearbeiten von Blechzuschnitten, die eine Öffnung beinhalten, die anschließend an einen Ziehvorgang oder eine andere Art Formvorgang geformt wird.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Das Bearbeiten von Blechbauteilen beginnt im Allgemeinen mit einem Zuschneidevorgang, bei dem Zuschnitte aus Rollen von gewalztem Stahl oder Aluminium ausgeschnitten werden. Der äußere Umfang und große Öffnungen können gestutzt werden, um einen Zuschnitt zu formen, der dann in anschließenden Zieh-, Bördel-, Stanz-, Loch- und Falzprozessen geformt wird. Ein Beispiel eines Bauteils, das mit einer großen Öffnung gestanzt wird, ist eine Karosserieseitenplatte, die die Seite eines Fahrzeugs überspannt und die Öffnung definiert, die die Türen in einer Verschachtelungsbeziehung aufnimmt. Ein Problem beim Formen von vorgeschnittenen Öffnungen in einem Zuschnitt ist, dass bei den anschließenden Formvorgängen das Material um die Öffnung herum sowohl von der Innenseite der Öffnung als auch den Bereichen außerhalb der Öffnung fließen muss. Die vorgeschnittene Öffnung wird erweitert, wenn der Zuschnitt geformt wird und kann Spalte im Material um die Öffnung herum formen.
Durch die Notwendigkeit der Gewichtsreduzierung von Fahrzeugen, um Kraftstoffverbrauchsstandards zu erfüllen, wird die Entwicklung von Blechbauteilen aus Aluminium oder hochfesten Legierungen vorangetrieben. Aluminium und hochfester Stahl sind weniger verformbar als Weichstahl und Probleme betreffs des Aufspaltens am inneren Umfang von größeren Öffnungen treten häufiger auf. Kleine Risse oder kleine Mängel an der Schnittkante, die entstehen, wenn Aluminiumzuschnitte ausgeschnitten werden, erweitern sich, um Spalte bei anschließenden Formvorgängen zu formen, weil zusätzliches Metall von der Innenseite der Öffnung gezogen wird.
Die Hauptursache für das Aufspalten an der inneren Kante des Zuschnittes während der Ziehformerweiterung bei anschließenden Formvorgängen rührt von übermäßiger Kaltverfestigung und kleinen Mängeln aufgrund von rauen Bruchflächen, Mikrorissen, Graten und Wundstellen her. Übermäßige Kaltverfestigung und Mängel schränken die Ausdehnungskapazität des Metalls erheblich ein. Probleme, die durch Mängel in vorgeschnittenen Öffnungen in Aluminiumplatten verursachte Spalte betreffen, schränken die Möglichkeiten, Aluminiumblechbauteile zu verwenden, ein. Plattenspalte können wesentliche Ausbeuteverluste beim Stanzprozess dadurch verursachen, dass Bauteile, die Spalte in kritischen Bereichen aufweisen, verworfen werden müssen. Darüber hinaus führen Probleme, die Spalte in Platten betreffen, zu Kostenüberschreitungen, Versorgungsengpässen, möglichen Qualitätsproblemen und einer verringerten Verfügbarkeit von Herstellungsstraßen.
Diese Offenbarung ist auf das Lösen der vorstehenden Probleme und anderer Probleme ausgerichtet, wie nachstehend zusammengefasst.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einem Aspekt dieser Offenbarung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Blechbauteils offenbart. Das Verfahren beinhaltet die folgenden Schritte: Ausschneiden einer Vielzahl von Zuschnitten, die innere Öffnungen definieren, aus einer Vielzahl von Blechsegmenten. Stapeln der Vielzahl von Zuschnitten, wobei die inneren Öffnungen ausgerichtet sind, und Bearbeiten innerer Umfänge der inneren Öffnungen mit einem Rotationsschneidwerkzeug zu einer Endabmessung.
Gemäß anderen Aspekten des Verfahrens, kann das Verfahren ferner das Zusammenklemmen der Vielzahl von Zuschnitten vor dem Bearbeiten umfassen. Die Zuschnitte können in einem numerisch gesteuerten Bearbeitungswerkzeug zusammengeklemmt werden. Das Verfahren kann ferner das einzelne Formen von Zuschnitten bei einem Blechformvorgang umfassen, wobei der innere Umfang der inneren Öffnungen im Zuschnitt erweitert wird, während der Zuschnitt geformt wird. Das Rotationsschneidwerkzeug kann ein Fräswerkzeug sein. Das Blechbauteil kann eine Karosserieseitenplatte für ein Fahrzeug sein, die eine Tür- oder eine Fensteröffnung definiert, oder es kann eine andere Art Platte mit einer Öffnung oder einem kritischen Kantenbereich sein, die/der bei anschließenden Formvorgängen erweitert wird.
Gemäß einem anderen Aspekt dieser Offenbarung ist ein System zum Herstellen eines Blechbauteils aus einem Zuschnitt, der eine Öffnung definiert, offenbart. Das System umfasst das Stapeln von Zuschnitten auf einer Basis, wobei die Öffnungen im Allgemeinen ausgerichtet sind. Ein Bearbeitungswerkzeug, das einen Rotationsschneider beinhaltet, entfernt Material von den Öffnungen im Stapel von Zuschnitten, um eine bearbeitete Zuschnittkante zu formen. Ein Formwerkzeug formt und erweitert anschließend die bearbeiteten Zuschnittkanten in jedem der bearbeiteten Zuschnitte.
Das System kann ferner eine Klemmvorrichtung umfassen, die den Stapel auf der Basis zusammenklemmt, während das Bearbeitungswerkzeug Material von den Öffnungen abschneidet.
Die Basis kann einen Abstandhalter, der unterhalb des Stapels von Zuschnitten angeordnet ist, beinhalten, wodurch ein Zwischenraum für das Bearbeitungswerkzeug bereitgestellt wird, um Material von allen der auf der Basis gestapelten Zuschnitte abzuschneiden.
Gemäß einem anderen Aspekt der Offenbarung wird ein Herstellungsgegenstand offenbart, der einen Zuschnitt umfasst, der eine innere Öffnung definiert, die zum Anfang aus einem Blechsegment gestanzt wird. Ein innerer Umfang der inneren Öffnung ist als eine bearbeitete Fläche geformt. Die bearbeitete Fläche kann eine gefräste Fläche sein. Der Herstellungsgegenstand kann eine Karosserieseitenplatte für ein Fahrzeug sein und die innere Öffnung kann eine Türöffnung, eine Fensteröffnung oder eine Entlastungsöffnung sein.
Gemäß einem anderen Aspekt dieser Offenbarung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Blechbauteils durch Bearbeiten von Innen- oder Außenkanten eines Zuschnittes offenbart. Das Verfahren beginnt mit dem Schritt des Ausschneidens einer Vielzahl von Zuschnitten, von denen jeder eine gestanzte Kante beinhaltet, aus einer Vielzahl von Blechsegmenten. Die Zuschnitte werden dann gestapelt, wobei die gestanzten Kanten im Allgemeinen ausgerichtet sind. Die gestanzten Kanten der Vielzahl von Zuschnitten werden dann mit einem Bearbeitungswerkzeug zu einer Endabmessung bearbeitet.
Die erwähnten Aspekte dieser Offenbarung und weitere Aspekte werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1a ist eine auseinandergezogene perspektivische schematische Ansicht einer Schneidpresse zum Ausschneiden von Öffnungen in einem Zuschnitt und Stapeln eines Stapels von Zuschnitten auf einer Palette oder anderen Stützfläche gemäß einem Aspekt dieser Offenbarung.
1b ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Karosserieseitenplattenzuschnitts.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer numerisch gesteuerten Maschine, die den inneren Umfang einer inneren Öffnung in einer Vielzahl von Zuschnitten, die festgeklemmt sind, fräst, wobei die Öffnungen ausgerichtet sind.
3 ist eine fragmentarische, entlang der Linie 3-3 aus 2 aufgenommene Querschnittsansicht, die einen Rotationsschneider darstellt, der Material vom inneren Umfang der inneren Öffnungen im Stapel von Zuschnitten entfernt.
4 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ziehform für eine Karosserieseitenplatte mit einem in die Form geladenen Zuschnitt, der in die gewünschte Gestalt gezogen werden soll.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das die Schritte des Herstellungsprozesses zum Formen einer Blechplatte einschließlich einer großen Öffnung, die bearbeitet wird, um Kantendefekte zu entfernen, veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die veranschaulichten Ausführungsformen sind unter Bezugnahme auf die Zeichnungen offenbart. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich als Beispiele vorgesehen sind, welche in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt sein können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu und einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Die offenbarten spezifischen strukturellen und funktionellen Details sind nicht als einschränkend auszulegen, sondern als repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, wie die offenbarten Konzepte ausgeübt werden sollten.
Unter Bezugnahme auf die 1a und 1b ist eine Schneidpresse 10 veranschaulicht, die eine obere Schneidform 11 und eine untere Schneidform 12 beinhaltet, die große Öffnungen wie beispielsweise eine Türöffnung 13, eine Fensteröffnung 14 oder eine Entlastungsöffnung, in einen Zuschnitt 15 schneiden. Die Türöffnung 13, die Fensteröffnung 14 oder die Entlastungsöffnung werden als innere Öffnungen bezeichnet. Der Zuschnitt 15 wird auf einem Stapel 16 von anderen Zuschnitten auf einer Palette 17 im Allgemeinen mit einem Stapel 16 von anderen Zuschnitten 15 ausgerichtet platziert, wenn die inneren Öffnungen aus dem Zuschnitt 15 ausgeschnitten werden. Die Palette 17 kann von der Art sein, die auf einer Stanzpresse (dargestellt in 4) verwendet wird, oder sie kann eine spezielle Bearbeitungspalette sein. Ein Raum 18 ist durch das Stützelement, oder die Palette 17, unterhalb der inneren Öffnungen definiert, um das Bearbeiten der inneren Öffnungen im Stapel von Zuschnitten 16 zu ermöglichen.
Unter Bezugnahme auf die 1a, 1b und 2, enthalten innere Umfänge 20 von inneren Öffnungen 19 einen Streifen hochgradig kaltverfestigten Materials, der Kantendefekte (nicht dargestellt) beinhalten kann, die entstehen, wenn die inneren Öffnungen 19 gestanzt werden. Die Zuschnitte 15 können ungenau gestapelt sein, wobei einige der Zuschnitte 15 relativ zu den anderen Zuschnitten 15 im Stapel 16 versetzt sind. Die Zuschnitte 15 sind auf dem Stapel „im Allgemeinen ausgerichtet”, das heißt, dass die Zuschnitte 15 innerhalb von +/–1 mm von der mittleren Stapelposition gestapelt sind, wobei der gesamte Stapel +/–1 mm über der Höhe des Stapels 16 ist.
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine Vielzahl von Zuschnitten 15, oder ein Stapel von Zuschnitten 16, dargestellt, die/der auf einer Palette 17 gestützt ist und zwischen einer Deckplatte 21 und der Palette 17 angeordnet ist. Die inneren Öffnungen 19 im Stapel von Zuschnitten 16 werden durch eine Vielzahl von Klemmelementen 22 in Position gehalten, die in Eingriff mit der Deckplatte 21 dargestellt sind. Die Deckplatte 21 bewirkt, dass die durch die Klemmelemente 22 aufgebrachten Klemmlasten verteilt werden. Andere Klemmanordnungen können ebenfalls verwendet werden, um eine Klemmlast auf den Stapel 16 aufzubringen. Eine numerisch gesteuerte Maschine 24 (hiernach eine „NC-Maschine”) ist mit einem Rotationsschneidwerkzeug 28, oder einer Fräse, dargestellt, das/die den inneren Umfang 20 der inneren Öffnungen 19 bearbeitet.
Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 ist ein Stapel von Zuschnitten 16 zwischen der Deckplatte 21 und der Palette 17 angeordnet dargestellt. Das Rotationsschneidwerkzeug 28 ist dargestellt, wie es einen durch die NC-Maschine gesteuerten Fräsvorgang am inneren Umfang 20 der inneren Öffnungen 19 durchführt. Der Schneider 28 entfernt Material vom inneren Umfang 20 des Stapels von Zuschnitten 16, das so gefräst werden kann, als ob es eine monolithische Metallstruktur wäre, aufgrund des Drucks, der durch die Klemmelemente 22 auf die Deckplatte 21 aufgebracht wird. Die NC-Maschine 24 wird durch Ausrichten der NC-Maschine 24 relativ zur Position des Stapels 16 auf der Palette 17 initialisiert. Das Rotationsschneidwerkzeug 28 beinhaltet eine Vielzahl von Schneideinsätzen 30, die eine gefräste Fläche 32 auf den aneinanderstoßenden Zuschnitten 15 zu einer Endabmessung bilden. Der Bearbeitungsvorgang kann mit einem oder ohne ein Bearbeitungsschmiermittel durchgeführt werden.
Mindestens eine Metalldicke der gescherten Kante, oder der gestanzten Kante, wird entfernt, um eine anschließende Locherweiterung zu ermöglichen. Die inneren Öffnungen 19 können bis zu einer Größe von 4 mm gefräst werden, um eine Stapeltoleranz auszugleichen.
Wie in 3 dargestellt, sind verschiedene bearbeitete Zuschnitte 34 im oberen Abschnitt des Stapels von Zuschnitten 16 veranschaulicht. Das Rotationsschneidwerkzeug 28, wie veranschaulicht, bewegt sich vom oberen Ende des Stapels von Zuschnitten 16 (dargestellt mit durchgezogenen Linien) zur mit gestrichelten Linien dargestellten Position am unteren Ende des Stapels von Zuschnitten 16. Ein Abstandhalter 36 ist an der Basis 17, oder der Palette, platziert, um dem Rotationsschneidwerkzeug 28 zu ermöglichen, alle der Zuschnitte 15 im Stapel von Zuschnitten 12 zu fräsen, indem ein Zwischenraum 38, der unterhalb des Stapels von Zuschnitten 16 und der Palette 17 definiert ist, bereitgestellt wird. Der Abstandhalter 36 und die Palette 17 sind als getrennte Teile in 3 dargestellt. Alternativ kann der Raum 18 durch die Palette wie in 1a dargestellt definiert sein.
Unter Bezugnahme auf 4 ist ein Zuschnitt 15 für eine Karosserieseitenplatte (nicht dargestellt) in einer Ziehform 42 angeordnet, die Teil einer Pressenstraße ist, die die Karosserieseitenplatte formt. Die Blechpresse 42 erweitert die inneren Öffnungen 19 in einzelnen Zuschnitte 15.
Unter Bezugnahme auf 5 und unterer weiterer Bezugnahme auf die anderen Zeichnungen ist der Prozess unter Bezugnahme auf ein Ablaufdiagramm 50 offenbart. Der Prozess beginnt mit dem Herstellen eines Zuschnittes 15 in einer Schneidpresse 10 oder bei einem Stanzvorgang, um den äußeren Umfang des Zuschnittes und die inneren Öffnungen 19 zu formen. Bei 52 werden die Zuschnitte 15 im Allgemeinen ausgerichtet und zu einem Stapel von Zuschnitten 16 gestapelt, jedoch können einige der Zuschnitte 15 ungenau gestapelt sein. Ungenau gestapelte Zuschnitte 15 mit falsch ausgerichteten Öffnungen 19 können durch anschließendes Bearbeiten zur Endabmessung ausgeglichen werden. Bei 54 wird der Stapel von Zuschnitten 16 in einer NC-Maschine 24 zusammengeklemmt, die die Zuschnitte 15 zusammen und im Allgemeinen ausgerichtet hält. Bei 56 wird der innere Umfang 20 der inneren Öffnung 19 zur Endabmessung der gefrästen Fläche 32 bearbeitet. Nach dem Bearbeiten wird der Stapel von Zuschnitten 16 durch Abbürsten oder -blasen der Bearbeitungsspäne vom Stapel 16 gesäubert. Bei 58 wird der Zuschnitt 15 vom Stapel von Zuschnitten 16 getrennt und jeder einzelne Zuschnitt 15 wird in der Blechpresse 42 zur gewünschten Gesamtgestalt des fertigen Bauteils (nicht dargestellt) geformt.
Während das Verfahren unter Bezugnahme auf das Fräsen innerer Öffnungen 19, wie beispielsweise Türöffnungen 13 und Fensteröffnungen 14, beschrieben ist, ist das Verfahren ebenfalls auf kleinere Öffnungen oder außerhalb von Stutzkanten, die anschließend beim Formprozess gedehnt werden, anwendbar.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind spezifische Beispiele, welche nicht alle möglichen Formen der Offenbarung beschreiben. Die Merkmale der veranschaulichten Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der offenbarten Konzepte zu bilden. Die in der Patentschrift verwendeten Wörter dienen der Beschreibung und nicht der Einschränkung. Der Anwendungsbereich der folgenden Ansprüche ist größer als die spezifisch offenbarten Ausführungsformen und enthält auch Änderungen der veranschaulichten Ausführungsformen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Blechbauteils, umfassend: Ausschneiden einer Vielzahl von Zuschnitten, die innere Öffnungen definieren, aus einer Vielzahl von Blechsegmenten; Stapeln der Vielzahl von Zuschnitten, wobei die inneren Öffnungen ausgerichtet sind; und Bearbeiten von inneren Umfängen der inneren Öffnungen mit einem Rotationsschneidwerkzeug zu einer Endabmessung.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Zusammenklemmen der Vielzahl von Zuschnitten vor dem Bearbeiten.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Zusammenklemmens der Zuschnitte in einem numerisch gesteuerten Bearbeitungswerkzeug durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: einzelnes Formen von Zuschnitten bei einem Blechformvorgang, wobei der innere Umfang der inneren Öffnungen im Zuschnitt erweitert wird, während der Zuschnitt geformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Rotationsschneidwerkzeug ein Fräswerkzeug ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Blechbauteil eine Karosserieseitenplatte für ein Fahrzeug ist.
System zum Herstellen eines Blechbauteils aus einem Zuschnitt, der eine Öffnung definiert, wobei das System Folgendes umfasst: Stapeln eines Stapels von Zuschnitten auf einer Basis, wobei die Öffnungen ausgerichtet sind; ein Bearbeitungswerkzeug, das einen Rotationsschneider beinhaltet, der Material von den Öffnungen im Stapel von Zuschnitten abschneidet, um einen bearbeiteten Zuschnitt zu formen; und mindestens ein Formwerkzeug, das die Öffnung jeder der bearbeiteten Zuschnitte einzeln formt und erweitert.
System nach Anspruch 7, ferner umfassend: eine Klemmvorrichtung, die den Stapel von Zuschnitten auf der Basis zusammenklemmt, während das Bearbeitungswerkzeug Material von den Öffnungen abschneidet.
System nach Anspruch 7, wobei die Basis einen Abstandhalter, der unterhalb des Stapels von Zuschnitten angeordnet ist, beinhaltet, um einen Zwischenraum für das Bearbeitungswerkzeug bereitzustellen, um Material von allen der auf der Basis gestapelten Zuschnitte abzuschneiden.
System nach Anspruch 7, wobei das Rotationsschneidwerkzeug ein Fräswerkzeug ist.
System nach Anspruch 7, wobei das Blechbauteil eine Karosserieseitenplatte für ein Fahrzeug ist.
Herstellungsgegenstand, der einen Zuschnitt umfasst, der eine innere Öffnung definiert, die zum Anfang aus einem Blechsegment gestanzt wird, wobei ein innerer Umfang der inneren Öffnung eine bearbeitete Fläche ist.
Herstellungsgegenstand nach Anspruch 12, wobei die bearbeitete Fläche eine gefräste Fläche ist.
Herstellungsgegenstand nach Anspruch 12, wobei der Herstellungsgegenstand eine Karosserieseitenplatte für ein Fahrzeug ist und die innere Öffnung eine Türöffnung ist.
Herstellungsgegenstand nach Anspruch 12, wobei der Herstellungsgegenstand eine Karosserieseitenplatte für ein Fahrzeug ist und die innere Öffnung eine Fensteröffnung ist.