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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Blechbauteilen.
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Technischer Hintergrund
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Zur Herstellung von Blechbauteilen mit komplexer Geometrie kommt üblicherweise das Tiefziehen als bewährtes Umformverfahren zum Einsatz. Eine vorzugsweise ebene Platine wird dabei zwischen Niederhalter bzw. Blechhalter und Ziehring bzw. Gesenkauflagefläche geklemmt und dann über einen Stempel in eine Matrize gezogen. Die Vorrichtung wird dazu in ein- oder auch mehrfach wirkenden Pressen eingesetzt.
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Üblicherweise hat die Berandung des Bauteils nach dem Tiefziehen einen kleineren Umfang als die eingesetzte Platine. Um zu verhindern, dass der beim Umformen vorliegende Materialüberschuss zu Faltenbildung und/oder Blechdickenzunahme führt, wird die Reibung zwischen Blech und Niederhalter über eine abgestimmte Niederhalterkraft oder andere Maßnahmen wie zum Beispiel Ziehsicken o. ä. so eingestellt, dass notwendige Bereiche des Bauteils möglichst maximal ausgestreckt werden und keine Risse oder Falten entstehen. Über den Materialüberschuss in Umfangsrichtung initiierte Druckspannungen werden dadurch mit Zugspannungen überlagert und so lokale Aufdickungen des Materials größtenteils verhindert. Zusätzlich hat das Tiefziehen den Vorteil, dass sich durch die verfahrensbedingt auftretenden, großen plastischen Dehnungen und die damit einhergehende Verfestigung des eingesetzten Materials (Stahlbleche, Aluminiumbleche oder andere metallische Werkstoffe) größtmögliche Materialfestigkeiten erzielen lassen.
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Nachteilig sind beim konventionellen Tiefziehen insbesondere die Neigung des Bauteils zur Rückfederung infolge des inhomogenen Spannungszustands nach dem Ziehen und seine Empfindlichkeit gegenüber Chargenschwankungen. Bereits bei der Auslegung der Umformwerkzeuge wird der zu erwartenden Rückfederung Rechnung getragen, indem über klassische Kompensationsmaßnahmen wie zum Beispiel die sogenannte „Forward Springback Compensation“ die erwarteten Rückfederungswerte in entgegengesetzter Richtung in das Werkzeug eingearbeitet werden, um so nach Entlastung trotz des inhomogenen Spannungszustandes ein möglichst maßgenaues Bauteil zu erhalten. Da diese Maßnahmen insbesondere bei hochfesten Werkstoffen und insbesondere in Kombination mit geringen Blechdicken nicht genügen, sind oftmals Richt- und/oder Kalibrierprozesse zur Erreichung der geforderten Maßhaltigkeit in weiteren Folgeoperationen erforderlich.
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Auch ist es unter Anderem problematisch, dass nach einem Wechsel der Materialcharge, beispielsweise beim Wechsel des Coils, die Maßhaltigkeit der Bauteile nicht mehr eingehalten werden kann. Das hat zur Folge, dass aufwändige Maßnahmen zur Nachjustage der Richt- und/oder Kalibrierprozesse getroffen werden müssen und/oder der Tiefziehprozess, hier insbesondere die Niederhalterkraft, individuell auf die neue Charge abgestimmt werden muss. Auch eine fehlende Konstanz der tribologischen Verhältnisse im Werkzeug führt zu unerwünschten Abweichungen von der Sollgeometrie des fertigen Bauteils.
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Neben den oben beschriebenen Vor- und Nachteilen des konventionellen Tiefziehverfahrens müssen bei derart hergestellten Bauteilen im Anschluss an die Umformung üblicherweise noch die sogenannten Ziehränder abgeschnitten werden. Dieser Beschnitt stellt meistens eine oder mehrere separate Operationen dar, die eine eigene Werkzeugtechnik und ein eigenes Logistiksystem benötigen. Außerdem ist durch die Randbeschnitte die Materialausnutzung häufig ungünstig, sodass weitere Kosten entstehen.
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Um die Prozesskette trotzdem kurz zu halten, kann der Flanschbeschnitt mit in die letzte Tiefziehoperation integriert werden. Damit lassen sich zwar Kosteneinsparungen erzielen, jedoch verbleiben einige Nachteile, wie das Anfallen von Verschnitt, die Erstellung aufwändiger Werkzeuge, ein aufwändiges Tryout, ungewollte Rückfederungseffekte, eingeschränkte Maßhaltigkeit und die Anfälligkeit gegenüber Prozessstörungen.
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Im Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen bekannt, wie der Randbeschnitt von U-förmigen oder hutprofilartigen Bauteilen eingespart bzw. stark reduziert werden kann, siehe beispielsweise die Lehren in den Offenlegungsschriften
DE 10 2007 059 251 A1 ,
DE 10 2008 037 612 A1 ,
DE 10 2009 059 197 A1 ,
DE 10 2013 103 612 A1 ,
DE 10 2013 103 751 A1 . Die Lehren haben gemeinsam, dass in einem ersten Verfahrensschritt eine Vorform erzeugt wird, die der Fertigform des Bauteils geometrisch möglichst nahe kommt, welche jedoch im Unterschied zu dieser keine oder nur abschnittsweise Materialzugaben für einen Randbeschnitt enthält und dafür in typischen Teileabschnitten wie Bodenbereich, Zargenbereich und/oder falls vorhanden im Flanschbereich einen definierten Materialüberschuss aufweist, der in einem zweiten Verfahrensschritt genutzt wird, um durch ein spezielles Stauchen und/oder Kalibrieren des im Wesentlichen gesamten Bauteiles die gewünschte Maßhaltigkeit des Bauteils inklusive der Randkontur ohne weitere Schneideoperationen einzustellen. Dieses bekannte Verfahren beseitigt zwar die oben genannten Nachteile der unerwünschten Rückfederung und der Randbeschnitte, kann aber selbst einige eigene, unerwünschte Nebeneffekte haben. Derart hergestellte Vorformen entsprechen zwar der geforderten Geometrie, können jedoch in ihrer Randkontur insbesondere bei komplexer Bauteilgeometrie und auch in Zusammenhang mit geringen Bauteildicken die Länge der Querschnittsabwicklungen aufgrund von Schwankungen aus einem Chargenwechsel und/oder Abnutzung der Vorformwerkzeuge und/oder den tribologischen Eigenschaften von Werkzeugen und Material heraus derart variieren, dass die so hergestellten Vorformen im nachfolgenden Stauch- und/oder Kalibriergesenk nicht oder nur eingeschränkt verarbeitet werden können. Hinsichtlich der Prozesssicherheit kann das Verfahren und die Vorrichtung weiter optimiert werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung bereitzustellen, mit welchem bzw. welcher gefertigte Blechvorformen unabhängig von Charge und/oder Tribologie, insbesondere mit einer wiederholgenauen Geometrie der Blechvorform im Stauch- und/oder Kalibriergesenk prozesssicher, insbesondere ohne abschließenden Randbeschnitt verarbeitet werden können.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der an die Blechvorformkante der zumindest bereichsweise beschnittenen Blechvorform unmittelbar angrenzende Bereich zumindest bereichsweise im Querschnitt eine positive Maßabweichung in Bezug auf die abgewickelte Länge des entsprechenden Bereichs des fertiggeformten Blechbauteils für das Stauchen und/oder Kalibrieren aufweist.
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Es wurde festgestellt, dass insbesondere zur Herstellung der beschnittenen Blechvorform Maßnahmen erforderlich sind, mit denen eine wiederholgenaue Geometrie, insbesondere betreffend die Lage der Bauteilränder der beschnittenen Blechvorform und damit der für das anschließende Stauchen/Kalibrieren wesentlichen Blechvorformkante gewährleistet wird. Mit der Sicherstellung einer wiederholgenauen Geometrie, insbesondere betreffend die räumliche Lage der Kante der hergestellten beschnittenen Blechvorform wird im Grunde erreicht, dass in möglichst jedem Querschnitt der Blechvorform respektive der beschnittenen Blechvorform im Wesentlichen nur der notwendige Materialüberschuss für den nachfolgenden Stauch-/ Kalibrierschritt vorliegt.
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Die Fertigung der Blechvorform kann dabei mittels beliebig kombinierbaren Formgebungsverfahren in einem oder mehreren Schritten hergestellt werden. Das Vorformen kann beispielsweise einen tiefziehartigen Formgebungsschritt umfassen. Insbesondere kann auch eine mehrstufige Formgebung umfassend beispielsweise ein Prägen des zu erstellenden Bodenbereichs und Hochstellen des zu erstellenden Zargenenbereichs bzw. optional Abstellen des zu erstellenden Flanschbereichs erfolgen. Denkbar sind auch beliebige Kombinationen aus Abkanten und/oder Biegen und/oder (Ver-)Prägen in einer oder in mehreren folgenden Operationen. Das zum Vorformen beispielsweise durchgeführte Tiefziehen wird beispielsweise einstufig oder mehrstufig ausgeführt. Die durch das Vorformen erhaltene Blechvorform kann insbesondere als ein möglichst endformnahes Blechbauteil angesehen werden, welches der beabsichtigten Fertigteilgeometrie unter Berücksichtigung gegebener Randbedingungen wie Rückfederung und Umformvermögen des verwendeten Werkstoffes möglichst gut entspricht. Im Ergebnis des Vorformprozesses ist zumindest abschnittsweise insbesondere die Abweichung der Randkontur der Blechvorform von ihrer Blechbauteilfertigform vorzugsweise positiv (mit mehr Material). Die absolute Abweichung der Randkontur der Bauteilvorform zur Randkontur der Bauteilfertigform soll im Rahmen der technischen Möglichkeiten durch eine geeignete Methodenauslegung zwar gering sein, dies ist jedoch in der Praxis oft nicht möglich. Der Fokus der Methodenauslegung liegt vielmehr darin, die absolute Abweichung der Randkontur der Bauteilvorform untereinander im Prozessverlauf möglichst gering zu halten.
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Unter dem Stauchen/Kalibrieren kann insbesondere ein Fertigformen oder Endformen der beschnittenen Blechvorform verstanden werden, welches beispielsweise durch einen oder mehrere Pressvorgänge erreicht werden kann. Das daraus im Wesentlichen fertiggeformte Blechbauteil kann insofern als endgeformtes Blechbauteil verstanden werden. Allerdings ist es möglich, dass das im Wesentlichen fertiggeformte Blechbauteil noch weiteren, das Bauteil modifizierenden Verarbeitungsschritten unterzogen werden kann, wie etwa einem Einbringen von Anbindungslöchern, dem Abstellen von Stirnflanschen, dem Einbringen von Kragen und/oder einem bereichsweisen Randbeschnitt. Allerdings wird angestrebt, die Kalibrierform derart zu gestalten, dass im Wesentlichen keine weiteren Umformungsschritte mehr notwendig sind.
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Die zunächst erzeugte Blechvorform, wie auch die beschnittene Blechvorform und letztendlich das fertiggeformte Blechbauteil haben im Wesentlichen eine Längserstreckung und eine Quererstreckung. So bedeutet Querschnitt ein Schnitt durch die Quererstreckung der Blechvorform / die beschnittene Blechvorform / das fertiggeformte Blechbauteil.
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Unter Flanschbereich, falls das Blechbauteil nicht flanschlos ausgeführt ist, ist mindestens auf einer Seite des fertiggeformten Blechbauteils ein zumindest bereichsweise vorgesehener Flanschabschnitt mindestens auf einer Seite in Längserstreckung und/oder Quererstreckung vorgesehen, insbesondere auf beiden Seiten des fertiggeformten Blechbauteils, welcher beispielsweise zur Anbindung mit weiteren Bauteilen dient und auch als Fügeflansch bezeichnet wird. Der Zargenbereich ist mindestens auf einer Seite des fertiggeformten Blechbauteils in Längserstreckung vorgesehen, insbesondere auf zwei gegenüberliegenden Seiten des fertiggeformten Blechbauteils, wobei das fertiggeformte Blechbauteil ein beispielsweise im Wesentlichen hutprofilartigen Querschnitt aufweist, mit jeweils einem Zargenbereich auf beiden Seiten, wobei die Zargenbereiche identisch aber auch mit einer unterschiedlichen Höhen ausgeführt sein können. Zwischen optionalem Flanschbereich und Zargenbereich ist optional einstückig ein Übergangsbereich vorhanden. Der Bodenbereich ist einstückig mit dem Zargenbereich(en) über einen weiteren Übergangsbereich ausgebildet und muss je nach Komplexität des zu erzeugenden Blechbauteils nicht auf eine Ebene beschränkt sein, sondern kann in Längserstreckung auch bereichsweise auf unterschiedlichen Ebenen vorgesehen sein. Die Übergänge zwischen den einzelnen Ebenen im Bodenbereich können stufenweise oder geschwungen ausgeführt sein, insbesondere kann von einer sogenannten gekröpften Ausführung gesprochen werden. Das fertiggeformte Blechbauteil kann auch andere als in Längserstreckung bzw. längsaxiale Formen aufweisen, beispielsweise kann es bogenförmig, C-, L-förmig ausgebildet sein.
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Gemäß einer Ausführung des Verfahrens weist die beschnittene Blechvorform zumindest bereichsweise im Querschnitt eine abgewickelte Länge auf, die zwischen 0,5% bis 4% länger ist in Bezug auf die abgewickelte Länge des fertiggeformten Blechbauteils. Die abgewickelte Länge der so betrachteten Querschnitte der beschnittenen Blechvorform ist dabei abschnittsweise oder im Ganzen vorzugsweise zwischen 0,7% bis 3,3% länger als die des fertiggeformten Blechbauteils. Sollte infolge der Prozessführung bei der Herstellung der beschnittenen Blechvorform die abgewickelte Länge der Querschnitte zu stark variieren, so würde bei einer zu kurzen abgewickelten Länge nicht genügend Materialüberschuss für den nachfolgenden Stauch-/Kalibrierschritt bereit stehen, womit die Maßhaltigkeit des Bauteils beeinträchtigt werden würde. Sollte die abgewickelte Länge des betrachteten Querschnitts der beschnittenen Blechvorform dagegen zu groß sein, so würde während des nachfolgenden Kalibrierprozesses der damit überdimensionierte Materialüberschuss zu Wellen kollabieren, was einen optischen und/oder maßlichen Mangel bedeuten kann.
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Gemäß einer Ausführung des Verfahrens wird der Materialfluss während des Vorformens des Blechs zu der Blechvorform zumindest bereichsweise gezielt gesteuert. Nach zahlreichen Untersuchungen und Simulationen hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, bei der Erzeugung der Blechvorform für bestimmte Blechbauteile bedingt durch ihre Geometrie den Materialfluss zumindest bereichsweise mit einem kraftbeaufschlagten Blech- bzw. Niederhalter gezielt zu steuern, insbesondere abzubremsen, um dadurch unerwünschte Faltenbildung zu verhindern. Alternativ oder kumulativ kann der Materialfluss über zumindest bereichsweise angeordnete Ziehsicken und/oder Ziehstufen während der Erzeugung der Blechvorform auf eine günstige Weise gesteuert werden, so dass die Herstellbarkeit bestimmter Bauteilgeometrie verbessert werden kann.
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Gemäß einer Ausführung des Verfahrens werden nach Abschluss des Vorformens des Blechs zu der Blechvorform zumindest bereichsweise Materialbevorratungen als überschüssiges Material bereitgestellt bzw. erzeugt. Vorzugsweise wird bei der Herstellung der Blechvorform die Materialbevorratung wulstartig, wellenförmig und/oder leicht faltenförmig eingebracht. Beispielsweise können die Materialbevorratung im Bodenbereich, im Zargenbereich, optional im Flanschbereich, im Übergangsbereich zwischen Boden- und Zargenbereich und/oder optional im Übergangsbereich zwischen Zargen- und Flanschbereich eingebracht bzw. bereitgestellt werden.
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Gemäß einer Ausführung des Verfahrens werden die Materialbevorratungen gezielt über mindestens ein Vorform-Werkzeug eingebracht oder bereitgestellt. Damit ist es vorteilhaft möglich, auch eine Vorform prozesssicher herzustellen, die bedingt durch ihre geometrische Gestalt verstärkt zur Faltenbildung neigt. Über gezielt eingebrachte Materialerhebungen werden damit auch solche, zum Faltenwerfen neigende Bauteile dem erfindungsgemäßen Verfahren zugänglich gemacht.
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Die eingangs genannte Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst, dass das Beschnitt-Werkzeug derart eingerichtet ist, dass im unmittelbar an der Blechvorformkante angrenzende Bereich der zumindest bereichsweisebeschnittenen Blechvorform zumindest bereichsweise im Querschnitt eine positive Maßabweichung in Bezug auf die abgewickelte Länge des entsprechenden Bereichs des fertiggeformten Blechbauteils für das Stauchen und/oder Kalibrieren verbleibt. Wie bereits erwähnt, kann bei der Herstellung der beschnittenen Blechvorform eine wiederholgenaue Geometrie, insbesondere betreffend die Lage der Bauteilränder der beschnittenen Blechvorform und damit der für das anschließende Stauchen/Kalibrieren wesentlichen Blechvorformkante sichergestellt werden. Damit wird erreicht, dass in möglichst jedem Querschnitt der beschnittenen Blechvorform der notwendige Materialüberschuss für den nachfolgenden Stauch-/Kalibrierschritt vorliegt und dadurch auch Schwankungen, die sich aus Chargenwechsel und/oder Abnutzung der Vorformwerkzeuge und/oder den tribologischen Eigenschaften von Werkzeugen und Material ergeben, ausgeglichen werden können.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung ein Vorform-Werkzeug mit beispielsweise einem Vorform-Stempel, einem Vorform-Gesenk und einem Blechhalter. Der Bodenbereich des Vorform-Gesenks kann bei Bedarf zumindest abschnittsweise vom Rest des Vorform-Gesenks losgelöst und beweglich sein, um so beispielsweise einen (inneren) Niederhalter zu bilden. Zusätzlich zum Niederhalter kann auch ein Blechhalter verwendet werden. Die Herstellung der Blechvorform kann vorzugsweise durch ein klassisches Tiefziehen erfolgen. Das Vorform-Gesenk kann zumindest bereichsweise mindestens eine Ziehsicke und/oder Ziehstufe aufweisen, welche positiv insbesondere die Abstreckung während des Tiefziehens zur Blechvorform unterstützt und um eine ausreichende Abwicklung in Quererstreckung und/oder Längserstreckung an der Blechvorform sicherzustellen. Die Herstellung zur Blechvorform kann je nach Komplexität des zu erzeugenden Blechbauteils in zwei oder mehreren Stufen respektive Vorform-Werkzeugen erfolgen.
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Zur kontrollierten Ausbildung der Materialbevorratungen ist gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung das mindestens eine Vorform-Werkzeug dazu ausgebildet, während des Vorformens des Blechs zu der Blechvorform, beispielsweise durch Tiefziehen, Materialbevorratungen bereitzustellen.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung ein Beschnitt-Werkzeug, insbesondere für einen bereichsweise durchzuführenden Beschnitt an der Blechvorform, mit einem Niederhalter und einem Gesenk. Der Niederhalter und das Gesenk sind vorzugsweise dazu ausgebildet, die Blechvorform klemmend zwischen sich, insbesondere ohne weitere, insbesondere vom beabsichtigten Beschnitt abgesehen, plastische Formgebung, aufzunehmen. Optional und alternativ können auch bereichsweise kleinere Umformungen integriert werden. Mit anderen Worten entspricht insbesondere die Kontur des Niederhalters und des Gesenks, die zumindest bereichsweise den Bodenbereich und den Zargenbereich der Blechvorform kontaktiert, im Wesentlichen der Kontur der gewünschten Blechvorform. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Maßnahmen, die in der Blechvorform für das Stauchen/Kalibrieren umgesetzt wurden, nicht im Beschnitt-Werkzeug wieder kompensiert werden. Des Weiteren kann das Beschnitte-Werkzeug relativ zum Stempel und/oder Gesenk bewegliche Schneidelemente, insbesondere in Form von Schneidstempel und Gegenhalter, umfassen. Alternativ zu den Schneidelementen kann auch ein Laser zum Beschneiden (Laserschneiden) verwendet werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung ein Kalibrier-Werkzeug mit einem Kalibrier-Stempel, einem Kalibrier-Gesenk und einem Absperrelement. Die Kontur des Kalibrier-Stempels und des Kalibrier-Gesenks entspricht im Wesentlichen dem Bodenbereich, Zargenbereich und optional Flanschbereich insbesondere der Sollgeometrie des fertigzustellenden Blechbauteils. Das Absperrelement dient als Widerlager während des Stauchens/Kalibrierens insbesondere der Blechkanten im Flanschbereich des fertigzustellenden Blechbauteils und sperrt somit einen Materialfluss weg von dem Blechbauteil ab, sodass sich gerichtete Spannungen im fertigzustellenden Blechbauteil einstellen, um ein insbesondere hoch maßhaltiges Blechbauteil zu erzeugen. Die Absperrelemente, als Teil(e) des Kalibrier-Werkzeugs können relativ zu dem Kalibrier-Stempel und/oder Kalibrier-Gesenk beweglich sein, entweder koaxial zu beiden verfahrbar oder winklig zu- und wegfahrbar sein. Alternativ kann das Absperrelement einstückig im Kalibrier-Gesenk insbesondere als Stufe und/oder Vorsprung ausgeführt sein, wodurch die Teilezahl des Kalibrier-Werkzeugs reduziert werden kann. Das Stauchen/Kalibrieren kann auch in zwei oder mehreren Stufen respektive Kalibrier-Werkzeugen erfolgen.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Vorrichtung in einer Folgeverbund-Presse integriert. Insbesondere bei der Herstellung von Massenprodukten, beispielsweise für Produkte in der Fahrzeugindustrie, werden Produkte wie Blechbauteile insbesondere wirtschaftlich in Folgeverbund-Presse hergestellt.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Einzelnen zeigen:
- 1 einen Querschnitt durch ein ebenes Blech,
- 2a, b ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vorform-Werkzeugs zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Blechvorform;
- 3a, b ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Beschnitt-Werkzeugs zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen beschnittenen Blechvorform;
- 4a, b ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kalibrier-Werkzeugs zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kalibrierens;
- 5 ein Ausführungsbeispiel eines ersten fertiggestellten Blechbauteils und
- 6 ein Ausführungsbeispiel eines zweiten fertiggestellten Blechbauteils.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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In 1 ist beispielsweise ein ebenes Blech (1) im Querschnitt dargestellt, welches von einem nicht dargestellten Coil abgewickelt und abgelängt, und insbesondere als definierter Platinenzuschnitt dem weiteren Verfahren zur Verfügung gestellt wird. Bevorzugt ist das Blech (1) aus einem Stahlwerkstoff hergestellt, vorzugsweise aus einem höherfesten Stahlwerkstoff. Alternativ können auch Aluminiumwerkstoffe oder andere Metalle verwendet werden. Das Blech kann auch als Tailored Product bereitgestellt sein.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Blech (1) mit gängigen Verfahren zuerst derart umgeformt wird, dass die Geometrie der Blechvorform (2) mit einem Materialüberschuss, beispielsweise in Form mindestens einer Materialbevorratung (4) im Bodenbereich (2.1) für die weiteren Prozesse bereitgestellt wird. Der Materialüberschuss kann auch alternativ oder kumulativ im Zargenbereich (2.2), im Flanschbereich (2.3) und/oder in den Übergangsbereichen (2.4, 2.5) zwischen Bodenbereich (2.1), Zargenbereich (2.2) und Flanschbereich (2.3), hier nicht dargestellt, bereitgestellt werden. Die Blechvorform (2) kann vorzugsweise durch ein klassisches Tiefziehen hergestellt werden. Die Blechvorform (2) wird beispielsweise in einem Vorform-Werkzeug (5) hergestellt, wobei das ebene Blech (1) in das geöffnete Vorform-Werkzeug (5) mit geeigneten und hier nicht dargestellten Mitteln eingelegt wird, und anschließend ein Vorform-Stempel (5.1), ein Vorform-Gesenk (5.2) und mindestens ein Blechhalter (5.3) auf das Blech (1) einwirken. Die Bewegung und/oder Verfahrweise der Komponenten des Vorform-Werkzeugs (5) ist symbolisch durch die dargestellten Doppelpfeile (5.11, 5.31) gezeigt. Nach dem Einlegen des Blechs (1) klemmt der Blechhalter (5.3) das Blech (1) ein. Anschließend wird der Vorform-Stempel (5.1) in Richtung UT gefahren und formt das Blech (1) zu einer Blechvorform (2) um. Der Blechhalter (5.3) kann distanziert oder aber mit einer Kraft beaufschlagt werden. Das Vorform-Gesenk (5.2) kann zumindest bereichsweise mindestens eine Ziehsicke und/oder Ziehstufe (5.4) aufweisen, welche positiv insbesondere die Abstreckung während des Tiefziehens zur Blechvorform (2) unterstützt und stellt eine ausreichende Abwicklung in Quererstreckung (Q") und/oder Längserstreckung (A") an der Blechvorform (2), sowie eine Vermeidung unerwünschter Falten sicher. Zur kontrollierten Ausbildung der Materialbevorratung (4) ist beispielsweise der Vorform-Stempel (5.1), gegebenenfalls in Kombination mit einem inneren Niederhalter (hier nicht dargestellt), dazu ausgebildet, dass während des Vorformens des Blechs (1) zu der Blechvorform (2) Materialbevorratung (4) eingebracht werden. Durch das Einbringen oder Bereitstellen der Ausbildung der Materialbevorratung (4) während der Herstellung der Blechvorform (2) kann neben der Überdimensionierung der Blechvorform (2) auch der für das Stauchen/Kalibrieren notwendige Materialüberschuss in Form von Materialbevorratungen (4) in dem Vorform-Werkzeug (5) berücksichtigt werden. Die Herstellung der Blechvorform (2) ist nicht auf ein Vorform-Werkzeug (5) beschränkt, sondern kann je nach Komplexität des zu erzeugenden Blechbauteils (3) in zwei oder mehreren Stufen respektive Vorform-Werkzeugen erfolgen (hier nicht dargestellt). 2a) zeigt das Vorform-Werkzeug (5) im sogenannten unteren Totpunkt. Nach der Formgebung wird die Blechvorform (2) aus dem Vorform-Werkzeug (5) entnommen, welche eine Rückfederung infolge eines unvermeidbaren inhomogenen, eingebrachten Spannungszustandes in der Blechvorform (2) aufweist (2b). Bei der Gestaltung des Vorform-Werkzeugs (5) können bereits Kompensationsmaßnahmen getroffen werden, um eine Blechvorform (2) zu erhalten, die der Endgeometrie möglichst gut entspricht. Schwankungen in der Rückfederung werden im Stauch-/ Kalibrierprozess ausgeglichen, so dass hier keine aufwändigen Korrekturschleifen erforderlich sind. Gleiches gilt für Schwankungen, die sich aus Chargenwechsel und/oder Abnutzung der Vorformwerkzeuge und/oder den tribologischen Eigenschaften von Werkzeugen und Material ergeben können. Die Blechvorform (2) hat beispielsweise eine Quererstreckung (Q") und eine Längserstreckung (A"), wobei die Längserstreckung (A") beispielsweise um ein Vielfaches höher ist als die Quererstreckung (Q") und in Richtung Bildebene symbolisiert dargestellt ist.
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Die entnommene Blechvorform (2) wird in ein Beschnitt-Werkzeug (6) eingelegt, welches einen Niederhalter (6.1) und ein Gesenk (6.2) umfasst. Der Niederhalter (6.1) und das Gesenk (6.2) sind vorzugsweise dazu ausgebildet, die Blechvorform (2) klemmend bzw. fixierend zwischen sich und insbesondere ohne weitere plastische Formgebung aufzunehmen. Die Kontur des Niederhalters (6.1) und des Gesenks (6.2), die zumindest bereichsweise den Bodenbereich (2.1) und Zargenbereich (2.2) der Blechvorform (2) kontaktieren, entsprechen im Wesentlichen der Kontur des Vorform-Stempels (5.1) und des Vorform-Gesenks (5.2). Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Maßnahmen, die in der Blechvorform (2) für das Stauchen/Kalibrieren umgesetzt wurden, nicht im Beschnitt-Werkzeug in negativer Weise beeinflusst werden. Alternativ können auch über entsprechende Maßnahmen zusätzliche, plastische Formgebungen, wie zum Beispiel Verprägungen etc, im Beschnitt-Werkzeug integriert werden. Des Weiteren umfasst das Beschnitt-Werkzeug (6) relativ zum Niederhalter (6.1) und/oder Gesenk (6.2) bewegliche Schneidelemente (6.3, 6.4, 6.5, 6.6). Die Bewegung und/oder Verfahrweise der Komponenten des Beschnitt-Werkzeugs (6) ist symbolisch durch die dargestellten Doppelpfeile (6.11, 6.31, 6.41, 6.51, 6.61) gezeigt. Die Blechvorform (2) wird derart beschnitten, dass die abgewickelte Länge (L) der beschnittenen Blechvorform (2') im Querschnitt zwischen 0,5 % bis 4 % länger ist in Bezug auf die abgewickelte Länge (L') des fertiggeformten Blechbauteils (3). Insbesondere weist die beschnittene Blechvorform (2') einen längeren Flanschbereich (2'.3, M) in Bezug auf den Flanschbereich (3.3, M') des fertiggeformten Blechbauteils (3) auf. In dem Beschnitt-Werkzeug (6) wird dann zumindest abschnittsweise der Flanschbereich (2'.3) in einem Schneid- oder Stanzprozess abgeschnitten, um so eine wiederholgenaue Querschnittsabwicklung respektive eine Blechvorformkante (2'.31) für den anschließenden Stauch-/Kalibrierprozess herzustellen. Es sind vier bewegliche Schneidelemente (6.3, 6.4, 6.5, 6.6) dargestellt, die individuell als Schneidmesser (6.3, 6.5) und bewegliche Gegenhalter (6.4, 6.6) ausgebildet sein können. Die Zahl der Schneidelemente ist nicht auf vier festgelegt, vielmehr kann pro Seite auch jeweils nur ein Schneidelement vorgesehen sein, welches von oben oder von unten auf den Flanschbereich (2.3) der Blechvorform (2) schneidend einwirken kann. Die beschnittene Blechvorform (2') hat im Querschnitt eine Quererstreckung (Q) und ggf. eine Längserstreckung (A), die im Vergleich zur Quererstreckung (Q") und ggf. zur Längserstreckung (A") der Blechvorform (2) kleiner ist.
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Die aus dem Beschnitt-Werkzeug (6) entnommene, beschnittene Blechvorform (2') weist immer noch eine Rückfederung wie vor dem Einlegen auf und wird in ein Kalibrier-Werkzeug (7) eingelegt, welches einen Kalibrier-Stempel (7.1) und ein Kalibrier-Gesenk (7.2) umfasst.
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4a) zeigt das Kalibrier-Werkzeug (7) im unteren Totpunkt. Des Weiteren umfasst das Kalibrier-Werkzeug (7) insbesondere ein Absperrelement (7.3), welches als Widerlager auf die umlaufende Kante (2'.31) der beschnittenen Blechvorform (2') einwirkt, um während des Stauchens/Kalibrierens mittels Druckspannungsüberlagerung die finale, endformnahe Geometrie des fertiggestellten Blechbauteils (4b) zu bewirken. Die Bewegung und/oder Verfahrweise der Komponenten des Kalibrier-Werkzeugs (7) ist symbolisch durch die dargestellten Doppelpfeile (7.11, 7.21, 7.31) gezeigt. Aus der beschnittenen Blechvorform (2'), die im Querschnitt eine abgewickelte Länge (L) zwischen 0,5 % bis 4 % länger als in Bezug auf die abgewickelte Länge (L') des fertiggeformten Blechbauteils (3) ist und die beschnittene Blechvorform (2') einen längeren Flanschbereich (2'.3, M) in Bezug auf den Flanschbereich (3.3, M') des fertiggeformten Blechbauteils (3) aufweist, wird im Kalibrier-Werkzeug (7) ein hoch maßhaltiges, flanschbehaftetes Blechbauteil (3) erzeugt.
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Neben den in Längserstreckung (A') und Quererstreckung (Q'), welche beispielsweise um ein Vielfaches kleiner als die Längserstreckung (A') ist, mit einem im Wesentlichen in einer Ebene ausgebildeten Bodenbereich (3.1) und einem Zargenbereich (3.2), der auf beiden Seiten im Wesentlichen die gleiche Höhe (T) aufweist (4b), können auch gekröpfte Blechbauteile (3') mit einem Bodenbereich (3'.1) in unterschiedlichen Ebenen und mit unterschiedlichen Höhen (T, T1 , T2 ) der Zargenbereiche (3.2, 3'.2), insbesondere in Längserstreckung (A') auf beiden Seiten ausgebildet sein (5). Auch andere Formen, beispielsweise C-förmige Blechbauteile (3") in ihrer Längserstreckung (A') sind maßhaltig insbesondere mit einem Flanschbereich (3.3) herstellbar (6).
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Bei allen Ausführungen ist erfindungsgemäß, dass der an die Blechvorformkante (2'.31) der zumindest bereichsweise beschnittenen Blechvorform (2') unmittelbar angrenzende Bereich (2.2, 2.5, 2.3) zumindest bereichsweise im Querschnitt eine positive Maßabweichung (M) in Bezug auf die abgewickelte Länge (M') des entsprechenden Bereichs (3.2, 3.5, 3.3) des fertiggeformten Blechbauteils (3, 3', 3") für das Stauchen und/oder Kalibrieren aufweist. Insbesondere entspricht die positive Maßabweisung (M) in den obigen Ausführungen beispielhaft im Querschnitt (Q) einem längeren Flanschbereich (2'.3) der beschnittenen Blechvorform (2') in Bezug auf die abgewickelte Länge (M') des Flanschbereichs (3.3) des fertiggeformten Blechbauteils (3, 3', 3").
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Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungen eingeschränkt. Andere Bauteilformen sind ebenfalls möglich und benötigen entsprechend angepasste Werkzeugkonturen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- ebenes Blech
- 2
- Blechvorform
- 2.1
- Bodenbereich der Blechvorform und der beschnittenen Blechvorform
- 2.2
- Zargenbereich der Blechvorform und der beschnittenen Blechvorform
- 2.3
- Flanschbereich der Blechvorform
- 2.4
- Übergangsbereich zwischen Bodenbereich und Zargenbereich der Blechvorform und der beschnittenen Blechvorform
- 2.5
- Übergangsbereich zwischen Zargenbereich und Flanschbereich der Blechvorform und der beschnittenen Blechvorform
- 2'
- beschnittene Blechvorform
- 2'.3
- beschnittener Flanschbereich
- 2'.31
- Blechvorformkante der beschnittenen Blechvorform
- 3, 3', 3"
- fertiggeformtes Blechbauteil
- 3.1
- Bodenbereich des fertiggeformten Blechbauteils
- 3'.1
- gekröpfter Bodenbereich des fertiggeformten Blechbauteils
- 3.2
- Zargenbereich des fertiggeformten Blechbauteils
- 3.3
- Flanschbereich des fertiggeformten Blechbauteils
- 3.4
- Übergangsbereich zwischen Bodenbereich und Zargenbereich des fertiggeformten Blechbauteils
- 3.5
- Übergangsbereich zwischen Zargenbereich und Flanschbereich des fertiggeformten Blechbauteils
- 4
- Materialbevorratung als Stauchzugabe
- 5
- Vorform-Werkzeug
- 5.1
- Vorform-Stempel
- 5.11
- Bewegungsrichtung des Vorform-Stempels
- 5.2
- Vorform-Gesenk
- 5.3
- Blechhalter
- 5.31
- Bewegungsrichtung des Blechhalters
- 5.4
- Bremssicke/Bremswulst am Vorform-Gesenk
- 6
- Beschnitt-Werkzeug
- 6.1
- Niederhalter
- 6.11
- Bewegungsrichtung des Niederhalters
- 6.2
- Gesenk
- 6.3-6.6
- Schneidelemente, Schneidmesser und Gegenhalter
- 6.31-6.61
- Bewegungsrichtung der Schneidelemente
- 7
- Kalibrier-Werkzeug
- 7.1
- Kalibrier-Stempel
- 7.11
- Bewegungsrichtung des Kalibrier-Stempels
- 7.2
- Kalibrier-Gesenk
- 7.21
- Bewegungsrichtung des Kalibrier-Gesenks
- 7.3
- Absperrelement
- 7.31
- Bewegungsrichtung des Absperrelements
- A
- Längserstreckung der beschnittenen Blechvorform
- A'
- Längserstreckung des fertiggeformten Blechbauteils
- A"
- Längserstreckung der Blechvorform
- L
- abgewickelte Länge im Querschnitt der beschnittenen Blechvorform
- L'
- abgewickelte Länge im Querschnitt des fertiggeformten Blechbauteils
- M
- positive Maßabweichung im Flanschbereich der beschnittenen Blechvorform
- M'
- gestauchter/kalibrierter Flanschbereich
- Q
- Quererstreckung der beschnittenen Blechvorform
- Q'
- Quererstreckung des fertiggeformten Blechbauteils
- Q"
- Quererstreckung der Blechvorform
- T, T1, T2
- Höhe des Zargenbereichs
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007059251 A1 [0008]
- DE 102008037612 A1 [0008]
- DE 102009059197 A1 [0008]
- DE 102013103612 A1 [0008]
- DE 102013103751 A1 [0008]
