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Die Erfindung betrifft zunächst eine Vorrichtung zur Umformung eines Werkstücks.
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Eine solche Vorrichtung ist aus der
DE 10 2008 047 531 B3 bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen Pressstempel, ein Umformwerkzeug und einen Dorn. Mit dieser Vorrichtung wird eine besondere Form eines Rücksprungs in einer Tragstange erzeugt, so dass die Gefahr der Entstehung von Rissen im Boden des Rücksprungs bei der Herstellung des Rücksprungs reduziert wird.
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Es war Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zu schaffen, bei welcher die Herstellung einer Umformung in einem Werkstück weiter vereinfacht ist und insbesondere bei dünnwandigen Teilen im Bereich der Umformung eine ausreichende Wandstärke erhalten bleibt, so dass keine Risse auftreten.
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Die Aufgabe wurde gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Die Vorrichtung umfasst eine Pressvorrichtung mit einem Pressstempel mit einem Umformwerkzeug zum Umformen des Werkstücks. Das Umformwerkzeug ist zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position bewegbar. In der ersten Position ist das Umformwerkzeug außer Kontakt mit dem Werkstück. In der zweiten Position ist das Umformwerkzeug in Kontakt mit dem Werkstück und der Umformvorgang ist abgeschlossen. In einer Kontaktposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position gerät das Umformwerkzeug in Kontakt mit dem Werkstück. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Aufnahme zur Halterung des Werkstücks.
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Die Vorrichtung umfasst eine Stromversorgung, welche mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode verbunden ist. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind mit dem Werkstück leitend verbunden, so dass über das Werkstück der Stromkreis geschlossen werden kann, wenn die Stromversorgung angeschaltet wird. Der Strom durchfließt dann einen mehr oder weniger großen Bereich des Werkstücks, je Positionierung der Elektroden. Es findet dann eine Widerstandserwärmung wenigstens eines Bereichs des Werkstücks statt.
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Die Widerstandserwärmung kann z.B. während des Umformvorgangs oder vor Beginn des Umformvorgangs gestartet und vor dem Umformvorgang, während dem Umformvorgang oder nach Abschluss des Umformvorgangs beendet werden. Der Umformvorgang findet z.B. an dem erhitzten Werkstück oder alternativ an dem bereits abgekühlten Werkstück statt.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass wenn das umzuformende Material vor oder während der Umformung erwärmt wird, das erwärmte Material des Werkstücks bessere Fließeigenschaften aufweist und daher die Umformkräfte geringer sind und Risse vermieden werden. Aufgrund der Warmumformung treten zudem im Material weniger Spannungen auf als bei der Kaltumformung.
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Wenn die Umformung zeitversetzt nach der Erwärmung stattfindet, so dass das Material sich vor der Umformung wieder abkühlt, können aufgrund der Erwärmung des später umzuformenden Bereichs der Tragstange Gefügeveränderungen im Material hervorgerufen werden, so dass hinsichtlich des nach dem Abkühlen stattfindenden Umformvorgangs die Gefahr der Rissbildung verringert ist und die Umformkräfte reduziert sind.
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Bei einer Ausführungsform werden die erste Elektrode und die zweite Elektrode z.B. unmittelbar mit dem Werkstück verbunden. In diesem Fall müssen die Elektroden bei einem Wechsel des Werkstücks gelöst und an das neue Werkstück angelegt werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine der Elektroden, die erste Elektrode oder die zweite Elektrode, mit dem Umformwerkzeug leitend verbunden. In diesem Fall wird die leitende Verbindung zu dem Werkstück automatisch hergestellt, sobald sich das Umformwerkzeug in der Kontaktposition befindet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine der Elektroden, die erste Elektrode oder die zweite Elektrode, mit der Aufnahme verbunden, die in leitender Verbindung zu dem Werkstück steht. Das hat den Vorteil, dass eine leitende Verbindung zu dem Werkstück automatisch hergestellt wird, sobald das Werkstück in die Aufnahme eingelegt wird.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich aus der Kombination der beiden vorgenannten Ausführungsformen, wonach eine Elektrode mit dem Umformwerkzeug in leitender Verbindung steht und eine Elektrode mit der Aufnahme in leitender Verbindung steht. Der Stromkreis wird dann bei Anlage eines Stroms automatisch über das Werkstück geschlossen, wenn sich das Umformwerkzeug in die Kontaktposition bewegt. Das Werkstück braucht dann lediglich in die Aufnahme eingelegt zu werden. Es ist keine Verbindung des Werkstücks mit den Elektroden mehr notwendig.
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Wenigstens eine der beiden Elektroden ist z.B. auf einem separaten Träger angeordnet, welcher zwischen einer primären Position, in welcher die Elektrode außer Kontakt mit der Tragstange ist und einer sekundären Position, in welcher die Elektrode in Kontakt mit der Tragstange ist, bewegbar ist. Z.B. sind beide Elektroden an dem Träger gehalten und derart zueinander angeordnet, dass in der zweiten Position zumindest der umzuformende Bereich der Tragstange erwärmt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Aufnahme bewegbar gelagert und mittels eines Antriebs in wenigstens eine Raumrichtung bewegbar angetrieben. Auf diese Weise kann das Werkstück zur Erzeugung mehrerer Umformvorgänge positioniert werden. Der Antrieb ist z.B. derart ausgestaltet, dass die Aufnahme bezüglich einer Raumachse, bezüglich zwei Raumachsen oder bezüglich drei Raumachsen bewegbar ist. D.h. der Antrieb kann eine Bewegbarkeit der Aufnahme auf einer Linie, alternativ innerhalb einer Ebene oder alternativ innerhalb eines Raums ermöglichen.
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Die Vorrichtung umfasst z.B. eine Steuerung, mit welcher der Antrieb und ggf. die Stromversorgung gesteuert werden können.
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Grundsätzlich kann z.B. der Stempel derart gesteuert sein, dass er zwischen der ersten Position und der zweiten Position einen bestimmten Weg zurücklegt. Alternativ kann von der Steuerung auch eine Kraft vorgegeben sein, mit welcher der Stempel die Tragstange belastet. Die vorgegebene Kraft kann z.B. derart gewählt sein, dass die nicht erwärmte Tragstange der Kraft des Umformwerkzeugs standhält, d.h. dass das Werkstück noch nicht verformt wird. Aufgrund der Erwärmung der Tragstange reicht die Kraft mit welcher das Werkzeug die Tragstange belastet dann aus, um eine Verformung zu bewirken.
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Das Werkstück ist z.B. eine Tragstange für eine Kopfstütze und das Umformwerkzeug ist z.B. so ausgebildet, dass damit ein Rücksprung - auch als Kerbe bezeichnet - in der Tragstange geformt werden kann. Der Rücksprung ist z.B. mit wenigstens einer Riegelfläche versehen. Auf die erfindungsgemäße Weise ist das Formen des Rücksprungs in der Tragstange auf einfache Weise ohne die Verwendung eines Dorns möglich. Außerdem wird im Bereich des Rücksprungs eine große Wandstärke der Tragstange erhalten, so dass an dieser Stelle keine Risse auftreten.
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Wenn, wie oben erwähnt die Aufnahme angetrieben ist und eine Steuerung aufweist, kann die Aufnahme derart gesteuert werden, dass die Tragstange nach Abschluss eines Umformvorgangs derart positioniert werden kann, dass eine weitere Umformung erzeugt werden kann, bis alle Rücksprünge in die Tragstange eingeformt sind.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Umformen eines Werkstücks.
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Ein solches Verfahren ist bekannt aus der oben genannten Druckschrift.
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Bei dem Verfahren wird ein Dorn in eine als Rohr ausgebildete Tragstange eingeführt. Anschließend wird mit einem Pressstempel ein Rücksprung in die Tragstange geprägt. Schließlich wird der Dorn wieder aus der Tragstange entfernt.
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Es war Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zu schaffen mit welchem die Herstellung einer Umformung in einem Werkstück einfacher durchführbar ist und wobei auch bei der Umformung dünnwandiger Werkstücke, wie z.B. Rohre, eine große Wandstärke erhalten bleibt, insbesondere keine Risse entstehen.
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Die Aufgabe wurde gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Bei dem Verfahren wird zunächst ein Werkstück in eine Aufnahme der Vorrichtung eingelegt.
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Ein Pressstempel einer Pressvorrichtung zum Umformen des Werkstücks wird von einer ersten Position, in welcher das Umformwerkzeug keinen Kontakt zu dem Werkstück hat, in eine zweite Position bewegt in welcher der Umformvorgang abgeschlossen ist. Dabei bewegt sich das Umformwerkzeug über eine Kontaktposition, in welcher das Umformwerkzeug mit dem Werkstück in Kontakt gerät und der Umformvorgang beginnt. Bei der weiteren Bewegung des Pressstempels in die zweite Position wird das Werkstück umgeformt. Wenn der Pressstempel eine zweite Position erreicht hat, ist der Umformvorgang abgeschlossen. Anschließend wird der Pressstempel wieder in die erste Position zurückbewegt.
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Vor oder während des Umformvorgangs wird das Werkstück in eine leitende Verbindung zu einer ersten Elektrode und zu einer zweiten Elektrode gebracht und eine elektrische Spannung wird an die Elektroden angelegt, so dass der Strom durch wenigstens einen Bereich des Werkstücks fließt, wobei sich dieses erwärmt.
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D.h., der Umformvorgang findet gemäß einer ersten Alternative an dem erwärmten Werkstück statt. Bezüglich der Vorteile dieser Ausgestaltung der Erfindung wird auf den ersten Aspekt der Erfindung verwiesen.
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Gemäß einer zweiten Alternative findet der Umformvorgang statt, nachdem das Werkstück erwärmt wurde und zumindest teilweise wieder abgekühlt ist. Auch in Bezug auf die Vorteile dieser Erfindung wird auf den ersten Aspekt der Erfindung verwiesen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist eine der Elektroden leitend mit dem Umformwerkzeug verbunden und oder eine der Elektroden ist leitend mit der Aufnahme verbunden. In dem Fall, dass eine der Elektroden entweder mit der Aufnahme oder mit dem Umformwerkzeug verbunden ist, muss lediglich die andere Elektrode mit dem Werkstück verbunden werden.
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In dem Fall dass eine der Elektroden mit dem Umformwerkzeug und die andere Elektrode mit der Aufnahme verbunden ist, muss das Werkstück nicht mit einer der Elektroden verbunden werden, da der Kontakt automatisch hergestellt wird. D.h., dass das Werkstück nach dem Einlegen in den Sitz der Aufnahme automatisch mit einer der Elektroden verbunden ist und dass nach dem Bewegen des Umformwerkzeugs in die Kontaktposition der Strom über das Werkstück fließt, so dass dieses erhitzt wird. Der Verfahrensschritt des Verbindens der Elektroden mit dem Werkstück entfällt also bei dieser Ausführungsform.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Aufnahme nach Abschluss des Umformvorgangs derart positioniert, dass ein weiterer Umformvorgang an dem Werkstück oder ein Werkstückwechsel stattfinden kann. Ist das Werkstück z.B. eine Tragstange, bewegt der Antrieb die Aufnahme nach Abschluss des Umformvorgangs zur Erzeugung eines ersten Rücksprungs in der Tragstange derart, dass ein weiterer Umformvorgang stattfinden kann.
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Die Positionierung des Antriebs kann von einer Steuerung gesteuert werden. Die Steuerung bewegt den Antrieb dann z.B. so, dass die einzelnen Umformvorgänge durchgeführt werden können und anschließend in eine Werkstückwechselposition, in welcher die Tragstange entnommen und eine noch nicht umgeformte Tragstange in den Sitz der Aufnahme eingelegt wird.
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Weitere Vorteile ergeben sich anhand der Beschreibung eines in den Fig. schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung in der ersten Position,
- 2 eine Schnittansicht gemäß Schnittlinie a - a in 1,
- 3 in Anlehnung an 2, die Vorrichtung in der Kontaktposition,
- 4 in Anlehnung an 3, die Vorrichtung in der zweiten Position,
- 4a eine Seitenansicht einer Variante der Vorrichtung gemäß 1a wobei Elektroden bewegbar und außer Kontakt mit dem Werkstück sind,
- 4b eine Seitenansicht gemäß 1b, wobei die Elektroden in Kontakt mit dem Werkstück bewegt sind,
- 5 in Anlehnung an 1 die Seitenansicht einer weiteren Varianate der Vorrichtung gemäß 1, welches sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch unterscheidet, dass eine Elektrode mit dem Umformwerkzeug verbunden ist und die andere Elektrode mit der Aufnahme verbunden ist,
- 6a bis 6c Seitenansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels, wobei in einem ersten Verfahrensschritt (6a) ein Bereich der Tragstange erwärmt wird und die Umformung in einem zweiten Verfahrensschritt (6b und 6c) nach dem Abkühlen des Werkstücks stattfindet,
- 7 Seitenansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels, wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein Bereich der Tragstange mittels Elektroden erwärmt wird und die Umformung in einem zweiten Verfahrensschritt nach dem Abkühlen des Werkstücks stattfindet.
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Die Vorrichtung zum Umformen eines Werkstücks insgesamt ist in den Fig. mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Gleiche Bezugszeichen in den unterschiedlichen Fig. bezeichnen entsprechende Teile, auch wenn kleine Buchstaben nachgestellt oder weggelassen sind.
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Die Vorrichtung 10 umfasst gemäß 1 eine Aufnahme 11 zur Lagerung eines Werkstücks 16 und eine Pressvorrichtung 12 mit einem Pressstempel 13 und einem Umformwerkzeug 19. Eine erste Elektrode 14 ist mit dem Werkstück 16 und eine zweite Elektrode 15 ist ebenfalls mit dem Werkstück 16 verbunden. Die Elektroden 14 und 15 sind mit einer Stromquelle 23 verbunden, was in 1 lediglich durch + und - Symbole dargestellt ist.
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Die Aufnahme 11 ist mit einem Sitz 17 versehen, in welchem das Werkstück 16, im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Tragstange 18, angeordnet werden kann. Der Sitz 17 ist fest auf einem Werktisch 20 befestigt, welcher mittels eines nicht dargestellten Antriebs in die Richtungen x1 und x2 sowie y1 und y2 bewegbar ist. Für große Werkstücke kann der Werktisch 20 auch in die Richtungen z1 und z2 bewegt werden.
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Die Pressvorrichtung 12 umfasst einen nicht dargestellten Antrieb mit welchem der Pressstempel 13 in die Richtungen z1 und z2 bewegbar ist und eine Kraft F in Richtung z1 auf das Werkstück 16 aufgebracht werden kann.
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Eine Steuerung 21 ist mit den Antrieben der Pressvorrichtung und des Werktisches 20 sowie mit der Stromquelle 23 verbunden und kann diese steuern.
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Das Werkstück 16 wird gemäß 1 in die Aufnahme 11 eingelegt. Die Steuerung 21 steuert den Antrieb der Pressvorrichtung 12 derart, dass der Pressstempel 13 aus der ersten Position gemäß der 1 und 2 in eine Kontaktposition gemäß 3 bewegt wird. In der Kontaktposition gerät der Pressstempel 13 in Kontakt mit dem Werkstück 16.
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In der Kontaktposition oder kurz vor erreichen der Kontaktposition wird die Stromquelle 23 von der Steuerung 21 angeschaltet, so dass ein Strom an den Elektroden 14 und 15 anliegt, die mit dem leitenden Werkstück 16 verbunden sind. Es findet dadurch eine Wiederstandserwärmung des Werkstücks 16 statt. Aufgrund der Umformung des erwärmten Werkstücks, kann das Material besser fließen und Risse im Werkstück werden verhindert.
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Das Werkstück wird über die Zwischenposition hinweg in eine zweite Position bewegt, wobei die Umformung des erwärmten Werkstücks 16, im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Formung eines Rücksprungs 22 in Gestalt einer Tragstangenkerbe in der Oberfläche 24 des Werkstücks 16, stattfindet.
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Anschließend veranlasst die Steuerung 21, dass die Stromquelle 23 ausgeschaltet wird und sich der Pressstempel 13 wieder in Richtung z2 in die erste Position bewegt. Die Steuerung 21 verursacht dann, dass der Werktisch 20 in Richtung x1 in eine Position bewegt wird in welcher der Sitz 17 in einer geeigneten Position zur Formung der zweiten Tragstangenkerbe 22 angeordnet ist.
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Dieser Vorgang wird sooft wiederholt, bis alle Tragstangenkerben 22 geformt wurden. Nach Formung der letzten Tragstangenkerbe 22 wird der Werktisch 20 in Richtung x2 in die Ausgangsposition gemäß 1 bewegt, die eine Werkstückwechselposition darstellt.
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In den 4a und 4b ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, welches sich von dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß der 1 bis 4 nur dadurch unterscheidet, dass die Elektroden bewegbar an einem Träger angeordnet sind. Gemäß 4a sind die Elektroden in einer primären Position des Trägers außer Kontakt mit dem Werkstück 16. Je nachdem, wann die Umformung stattfinden soll, kann der Träger mit den Elektroden unabhängig von dem Stempel in eine sekundäre Position in Kontakt mit dem Werkstück bewegt werden, wie in 4b dargestellt. Die Elektroden können dabei z.B. in dem Träger derart angeordnet sein, dass lediglich ein Bereich des Werkstücks 16 erwärmt wird.
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Z.B. werden die Elektroden zunächst aus der primären Position in die sekundäre Position bewegt. In der sekundären Position wird das Werkstück 16 erwärmt. Danach findet z.B. die Umformung des Werkstücks 16 an dem erwärmten Werkstück 16 statt, indem der Stempel 13 in die zweite Position bewegt wird.
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Ein drittes Ausführungsbeispiel ist in 5 dargestellt. Dieses unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 bis 4 lediglich dadurch, dass die Aufnahme 11 und das Umformwerkzeug 19 aus leitendem Material ausgebildet sind und dass die Elektrode 14 permanent mit dem Umformwerkzeug 19 und die Elektrode 15 permanent mit der Aufnahme 11 leitend verbunden ist.
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Bei dem dritten Ausführungsbeispiel wird das Umformwerkzeug 19 in die Kontaktposition mit dem Werkstück 16 gebracht. Eine vordefinierte Druckkraft wird über die Pressvorrichtung 12 aufgebaut. Weiterhin wird über die Steuerung 21 der Stromfluss für eine definierte Zeit eingeschaltet. Durch die Widerstandserwärmung des Werkstücks in der Umgebung der Kontaktstelle werden die lokalen Fließeigenschaften des Materials so verändert, dass eine Absenkung des Umformwerkzeugs 19 stattfindet. Somit wird an der Oberfläche des Werkstücks 16 ein Rücksprung (z.B. eine Tragstangenkerbe) geformt.
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Ein viertes Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem dritten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass sobald sich das Umformwerkzeug 19 in der Kontaktposition befindet, der Stromkreis automatisch geschlossen wird und eine Erwärmung des Werkstücks 16 stattfindet. Sobald sich das Umformwerkzeug 19 bei der Bewegung in Richtung z2 in die erste Position den Kontakt zum Werkstück verliert, wird der Stromkreis automatisch unterbrochen. Ein Verbinden des Werkstücks 16 mit den Elektroden 14 und 15 sowie eine Schaltung der Stromquelle 23 ist bei dieser Ausführungsform nicht notwendig.
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Darüber hinaus haben das dritte und vierte Ausführungsbeispiel den Vorteil, dass der Strom über die kürzeste Verbindung zwischen dem Umformwerkzeug 19 und der Aufnahme 11 fließt und daher lediglich eine örtlich begrenzte Erwärmung des Werkstücks 16 stattfindet.
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In einem fünften Ausführungsbeispiel gemäß den 6a bis 6c wird in einer ersten Station die Erwärmung nach dem vierten Ausführungsbeispiel ausgeführt (siehe 6a). Die Umformung findet an einer zweiten Station statt (siehe die 6b und 6c). Das Werkstück 16a kann auf dem Weg von der ersten Station zu der zweiten Station, welcher durch den Pfeil x2 dargestellt ist, teilweise oder vollständig abkühlen, so dass es sich bei der Umformung um eine Kaltumformung handelt. Gemäß einer alternativen Ausführung kann der zweite Verfahrensschritt zeitlich so dicht hinter dem ersten Verfahrensschritt liegen, dass das Werkstück noch warm ist, d.h. es findet eine Warmumformung statt.
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Ein sechstes Ausführungsbeispiel ist in 7 dargestellt. Hier findet zunächst in einem ersten Verfahrensschritt die Erwärmung eines Werkstücks 16a an einer ersten Station der Fertigung statt, indem die Elektroden 14 und 15 an das Werkstück 16 angelegt werden und eine Spannung angelegt wird. Das Werkstück 16 wird dann von den Elektroden gelöst und zu einer zweiten Station transportiert. In einem zweiten Verfahrensschritt findet die Umformung der Tragstangenkerben mittels des Werkzeugs 19 an der zweiten Station der Fertigung statt, in welchem das Werkstück 16b dargestellt ist. Auch bei dieser Ausführungsform kann das Werkstück 16a auf dem Weg x2 von der ersten Station zu der zweiten Station teilweise oder vollständig abkühlen, so dass es sich bei der Umformung um eine Kaltumformung handelt. Gemäß einer alternativen Ausführung kann der zweite Verfahrensschritt zeitlich so dicht hinter dem ersten Verfahrensschritt liegen, dass das Werkstück noch warm ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008047531 B3 [0002]
