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Die Erfindung betrifft ein Umformverfahren für ein Blechteil, mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Es ist im Stand der Technik bekannt, Blechteile wie bspw. Karosseriekomponenten für Kraftfahrzeuge durch eine Mehrzahl von nacheinander ausgeführten Umform- und/oder Trennvorgängen herzustellen. Das Blechteil kann während seiner Fertigung nacheinander eine Mehrzahl von Werkzeugen durchlaufen, wobei typischerweise jedes Werkzeug ein stationäres Werkzeugunterteil sowie einen gegenüber diesem bewegliches Werkzeugoberteil aufweist. Das Werkzeugoberteil wird nach dem Einlegen des Blechteils abwärts (z.B. senkrecht) gegen das Werkzeugunterteil bewegt, wobei weitere Elemente des Werkzeugs relativ zum Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil beweglich sein können. Die Bewegung dieser Elemente wird bevorzugt mittels geeigneter Kraftumlenkung durch die Bewegung des Werkzeugoberteils ausgelöst, so dass keine eigenen Aktoren nötig sind, um diese Bewegung auszulösen und zeitlich mit der Bewegung des Werkzeugoberteils zu koordinieren. Das Werkzeug bzw. Teile desselben können Halteflächen aufweisen, zwischen denen das Blechteil z.B. durch Kraftschluss gehalten wird, sowie Formflächen, an denen eine Umformung des Blechteils erfolgt.
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Eine besondere Herausforderung kann sich bspw. bei der Formung eines Flansches an einem Blechteil mit komplizierterer geometrischer Form ergeben. Ein Beispiel hierfür kann eine Kofferraumklappe eines Kraftfahrzeugs sein, die aus mehreren Blechteilen zusammengeschweißt wird. So kann z.B. an der Unterkante des Blechteils, welches die Außenseite der Kofferraumklappe bildet, ein Flansch vorgesehen sein, der im Nachgang mit einem weiteren, innenseitig der Kofferraumklappe angeordneten Blechteil verschweißt werden soll. D. h., es ist ein - idealerweise ebener - Flansch endseitig eines in der Regel gewölbten Abschnitts der Kofferraumklappe zu formen. Eine weitere Komplikation kann sich daraus ergeben, dass der Blechrohling so im Werkzeug eingelegt werden soll, dass die generelle Verlaufsrichtung der Kofferraumklappe in etwa waagerecht ist. In diesem Fall ist ein Flansch zu erzeugen, der normalerweise gegenüber der generellen Verlaufsrichtung der Kofferraumklappe so stark abgewinkelt ist, dass er entgegen dieser Verlaufsrichtung schräg abwärts verläuft bzw. dass seine Außenseite schräg abwärts orientiert ist. In diesem Fall muss in der Regel zum einen ein Füllschieber eingesetzt werden, der den Blechrohling angrenzend an den Flansch unterstützt und gleichzeitig eine Formfläche ausbildet, entlang welcher der Flansch geformt werden kann.
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Die eigentliche Formung des Flansches erfolgt dann dadurch, dass der Endabschnitt des Blechrohlings zwischen zwei Werkzeugteilen, bspw. einem unteren Blechhalter und einer oberen Formbacke, kraftschlüssig gehalten und nach und nach zwischen diesen herausgezogen wird, während die eigentliche Formung des Flansches erfolgt. Hierdurch wird ein Ausrecken des Metalls erreicht, durch das eine mögliche Rückformung des Flansches minimiert werden soll. Zur Umformung wird bspw. die Formbacke dicht unterhalb der Formfläche des Füllschiebers entlanggefahren, während der gegenüberliegende Blechhalter dem Vorschub der Formbacke folgend zurückgeschoben wird. Aus prozesstechnischen Gründen ist der Blechhalter dabei normalerweise durch eine Gasdruckfeder beaufschlagt, die beim Vorschieben der Formbacke komprimiert wird. Wird die Formbacke nach dem vollständigen Formen des Flansches wieder zurückgefahren, folgt der Blechhalter der Bewegung der Formbacke aufgrund der Expansion der Gasdruckfeder. Da allerdings immer eine gewisse Rückformung bzw. Rückfederung des Flansches erfolgt, besteht hierbei die Gefahr, dass der Blechhalter mit dem Flansch kollidiert und diesen beschädigt. Um dies zu verhindern, wird ein größerer Abstand zwischen dem Blechhalter und der Formfläche des Füllschiebers eingeplant, was allerdings wiederum das Ausrecken beeinträchtigt, da das Blech weniger effektiv festgehalten werden kann.
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Die
US 2020/0078846 A1 offenbart ein Verfahren zum Formen eines fertig gestanzten Produkts aus einem Rohling in einer Servoprägepresse. Der Rohling wird auf einem Rohlingshalter zwischen einer oberen Matrize und einer unteren Matrize positioniert und ein beweglicher Keilblock wird zwischen den Rohlingshalter und die obere Matrize eingesetzt. Während der bewegliche Keilblock eingeführt ist, wird ein erster Schlag durchgeführt, durch Absenken der oberen Matrize um eine erste Distanz, um den Rohling teilweise zu formen. Anschließend wird der Keilblock zurückgezogen und ein zweiter Schlag wird durchgeführt, durch Absenken der oberen Matrize um eine zweite Distanz, die größer ist als die erste Distanz, um den Rohling zum fertigen Stanzprodukt zu formen.
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Die
US 6 276 185 B1 zeigt ein Verfahren zum Ziehen von hochfestem Stahl in einer Umformpresse. Dabei werden Randabschnitte eines Blechrohlings des Stahls mit einem voreingestellten Widerstand zurückgehalten, während Metall von den Randabschnitten unter einer voreingestellten Zugbelastung in einen zugehörigen Formhohlraum gezogen wird. Dann erfolgt ein Festhalten der Kantenabschnitte in festen Positionen, um das Metall ausreichend zu dehnen, um eine endgültige Form ohne wesentliche nachfolgende Verformung herzustellen. Der Rückhalteschritt wird durch Eingriff der Randabschnitte durch Wulstaussparungen und bewegliche Wülste in einer ersten Position durchgeführt, die ein Ziehen der Randabschnitte durch die Wülste mit vorbestimmter Rückhaltung ermöglicht, und der Festhalteschritt wird durchgeführt, indem die Wülste in eine zweite Position vorgeschoben werden, die sich ausreichend in die Wulstvertiefungen erstreckt, um die Randabschnitte zu verriegeln und eine weitere Bewegung der Randabschnitte durch die Wülste zu verhindern.
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Die
JP 2015-006679 A zeigt ein Pressformverfahren, bei dem ein Metallwerkstück zur Formübertragung entlang einer Schleppformfläche vorwärtsbewegt wird und als nächstes der Umfang des Metallwerkstücks durch ein Paar auf- und absteigender Rohlingshalter ergriffen wird. Die Rohlingshalter, die das Werkstück greifen, werden in eine Richtung bewegt, in der sie zu einer äußeren Umfangsrichtung des Werkstücks hin abgesenkt werden. Formflächenformen des Oberteils und des Unterteils werden auf das Werkstück übertragen, indem die Rohlingshalter in eine Richtung bewegt werden, in der sie in eine axiale Richtung der Presse abgesenkt sind, und indem das Werkstück expandiert wird. Nachdem das Pressformen abgeschlossen ist, werden die Rohlingshalter durch Antriebsmittel aus einer Prozess-Endposition in eine Prozess-Ausgangsposition bewegt.
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Aus der
US 9 321 094 B2 ist eine Pressvorrichtung bekannt, mit einer unteren Matrizennockenbasis, welche gleitfähig in einer unteren Matrize angeordnet ist, wobei ein unteres Matrizenpad mit einem oberen Abschnitt der unteren Matrizennockenbasis verbunden ist. Ein oberes Matrizenpad ist unter einer oberen Matrize durch eine Dämpfungsfeder an einer Position gelagert, welche dem unteren Matrizenpad entspricht. Ein oberer Matrizennockengleiter weist eine Nockengleitoberfläche auf, welche an einem unteren Abschnitt davon ausgebildet ist, eine Nockenoberfläche, welche an einem oberen Abschnitt davon ausgebildet ist, und einen Nockenstahl, welcher daran befestigt ist. Eine Halteeinheit ist an der unteren Matrizennockenbasis und dem oberen Matrizennockengleiter gelagert, zum Halten einer Flanschoberfläche eines Paneels während der Pressformung.
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Die
CN 106 734 605 A zeigt eine Ziehvorrichtung mit einem oberen sowie einem unteren Vorrichtungsteil. Auf dem unteren Vorrichtungsteil ist ein Schieberblock horizontal verschiebbar gelagert, an dem eine Matrize ausgebildet ist, während ein zugehöriger Stempel an einem gasfederbeaufschlagten Träger am oberen Vorrichtungsteil befestigt ist. An der Matrize und am Stempel sind komplementäre schrägstehende Formflächen ausgebildet, die beim Ziehvorgang aneinander entlangbewegt werden, während sich der Schieber horizontal und der Träger vertikal bewegt. Es sind Verriegelungsmittel für den Träger vorgesehen, um dessen Bewegung zeitweise zu unterbinden.
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Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Maßhaltigkeit und Prozesssicherheit bei der Herstellung eines Flansches an einem Blechteil durchaus noch Raum für Verbesserungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Maßhaltigkeit und Prozesssicherheit bei der Herstellung eines Flansches an einem Blechteil zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Umformverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
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Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
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Durch die Erfindung wird ein Umformverfahren für ein Blechteil zur Verfügung gestellt, genauer gesagt ein Kaltumformverfahren. Das Blechteil kann zu Beginn des Umformverfahrens normalerweise als Rohling angesehen werden, welcher durch einen oder mehrere Umform- und/oder Beschneidungsschritte aus einem Halbzeug, z.B. einem Stück Blechplatine, hervorgegangen ist. Das Blechteil kann aus Stahlblech bestehen, wobei unterschiedliche Stahlsorten eingesetzt werden können. Neben Stahl können aber auch Aluminium, Titan bzw. Legierungen derselben oder andere Blechwerkstoffe eingesetzt werden. Aus dem Blechteil kann insbesondere ein Karosserieteil eines Kraftfahrzeugs hergestellt werden, z.B. ein Teil einer Tür oder Heckklappe. Dabei stellt das erfindungsgemäße Umformverfahren in der Regel einen Zwischenschritt dar, auf den insbesondere ein Zusammenfügen und Verschweißen mit einem weiteren Teil folgen kann. Das Verfahren wird mittels eines Umformwerkzeugs durchgeführt, wobei die nachfolgend genannten Komponenten, die auf das Blechteil einwirken, Teile dieses Umformwerkzeugs sind.
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Das Blechteil wird teilweise zwischen Halteflächen eines Niederhalters und eines Füllschiebers eingeschlossen, so dass ein Endabschnitt übersteht. Die Begriffe „Niederhalter“ und „Füllschieber“ sind grundsätzlich nicht einschränkend auszulegen, allerdings ist der Niederhalter normalerweise oberhalb des Füllschiebers angeordnet. Des Weiteren ist der Füllschieber normalerweise verschiebbar bzw. verfahrbar, wie weiter unten noch erläutert wird. Das o.g. Formwerkzeug weist normalerweise ein stationäres Werkzeugunterteil auf sowie ein bewegliches Werkzeugoberteil, dass senkrecht gegenüber dem Werkzeugunterteil verfahrbar ist. Zum Durchführen des Umformvorgangs wird das Werkzeugoberteil normalerweise nach unten gefahren und danach, um ein Entnehmen des Blechteils zu ermöglichen, wieder nach oben gefahren. Der Niederhalter ist normalerweise beweglich (z.B. über Fangschrauben und Führungsplatten) mit dem Werkzeugoberteil verbunden. Beim Absenken des Werkzeugoberteils wird der Niederhalter ebenfalls abgesenkt. In jedem Fall wird der Niederhalter so weit an den Füllschieber angenähert, dass ein Teil bzw. Abschnitt des Blechteils, welcher auf dem Füllschieber aufliegt, zwischen einer Haltefläche des Füllschiebers und einer Haltefläche des Niederhalters eingeschlossen und somit gehalten wird. Die Halteflächen sind normalerweise zueinander komplementär, wobei selbstverständlich die Dicke des dazwischenliegenden Blechteils berücksichtigt ist. Der Niederhalter bildet normalerweise zusammen mit einem weiteren Werkzeugteil (z.B. als Stempel bezeichnet), welches im Gegensatz zum Niederhalter stationär angeordnet sein kann, eine Unterlage für das Blechteil. Das Blechteil ist so zwischen Füllschieber und Niederhalter gehalten, dass ein Endabschnitt des Blechteils, welcher auch als Randabschnitt bezeichnet werden könnte, übersteht, d.h. dieser Endabschnitt befindet sich nicht zwischen den genannten Halteflächen, sondern ragt über diese hinaus. Normalerweise erstreckt sich der Endabschnitt von den Haltefläche des Füllschiebers und des Niederhalters aus gesehen nach unten.
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Im Weiteren wird der Endabschnitt durch Vorfahren einer Formbacke zwischen Halteflächen eines federbeaufschlagten Blechhalters und der Formbacke eingeschlossen und gehalten. D.h., eine Formbacke wird vorgefahren, wobei die Formbacke normalerweise so an das oben erwähnte Werkzeugoberteil gekoppelt ist, dass sie beim Absenken des Werkzeugoberteils vorgefahren wird. Auch der Begriff „vorfahren“ ist hier nicht einschränkend auszulegen, sondern kennzeichnet lediglich diejenige Bewegungsrichtung der Formbacke, die dem Umformen des Blechteils entspricht, während „zurückfahren“ einer Rückkehr in eine Ausgangsposition vor dem Umformen des nächsten Blechteils entspricht. Dadurch, dass die Formbacke vorgefahren wird, wird der Endabschnitt zwischen einer Haltefläche des federbeaufschlagten Blechhalters und der Formbacke eingeschlossen. D. h. sowohl der Blechhalter als auch die Formbacke weisen Halteflächen auf, also Oberflächen, die zum Halten des Endabschnitts ausgebildet sind. Die Halteflächen üben von entgegengesetzten Seiten Kräfte auf den Endabschnitt aus, wobei sich aufgrund der Reibung auch eine Haltewirkung parallel zur jeweiligen Haltefläche ergibt, man könnte auch sagen in dieser Richtung ist ein Kraftschluss zwischen den Halteflächen und dem Endabschnitt gegeben, der einem Herausziehen des Endabschnitts entgegensteht. Der Blechhalter ist seinerseits federbeaufschlagt, d. h. er ist an wenigstens eine Feder, in aller Regel eine Gasdruckfeder, gekoppelt, so dass er beim Vorfahren der Formbacke zurückgeschoben werden kann, wobei allerdings eine zunehmende Rückstellkraft entsteht. Man kann auch sagen, dass der Blechhalter in Richtung auf den Endabschnitt bzw. in Richtung auf die Formbacke kraftbeaufschlagt ist. In Abhängigkeit von der Charakteristik der wenigstens einen Feder nimmt die Rückstellkraft und somit auch die auf den Endabschnitt ausgeübte Kraft beim Vorfahren der Formbacke zu.
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Im Weiteren wird die Formbacke an einer gegenüber dessen Haltefläche abgewinkelten Formfläche des Füllschiebers entlanggeführt, wodurch der Endabschnitt sukzessive zwischen einer sich an deren Haltefläche anschließenden Formfläche der Formbacke und der Formfläche des Füllschiebers zu einem Flansch umgeformt wird, während der Endabschnitt zwischen den Halteflächen herausgezogen wird. D. h., der Füllschieber weist neben der oben erwähnten Haltefläche eine Formfläche auf, die gegenüber der Haltefläche abgewinkelt ist. Insbesondere kann die Haltefläche aufwärts orientiert, also gerichtet sein, d. h. der (lokale) Normalenvektor der Haltefläche kann einen positiven Winkel mit der horizontalen Ebene einschließen, wobei die Haltefläche im Allgemeinen nicht eben ausgebildet ist, entsprechend der Form des Blechteils. Demgegenüber kann die Formfläche abwärts orientiert, also gerichtet sein, d. h. ihr Normalenvektor kann mit der horizontalen Ebene einen negativen Winkel einschließen. Die Formfläche kann insbesondere eben ausgebildet sein. Die Formbacke wird beim Vorfahren an der Formfläche des Füllschiebers entlanggeführt, d. h. sie wird parallel zur Formfläche geführt, wobei der Endabschnitt sukzessive zwischen einer Formfläche der Formbacke und der Formfläche des Füllschiebers zu einem Flansch umgeformt wird, während der Endabschnitt ebenfalls sukzessive zwischen den Halteflächen des Blechhalters und der Formbacke herausgezogen wird. D. h., nach und nach geraten Teile des Endabschnitts zwischen die Formfläche der Formbacke und die Formfläche des Füllschiebers. Die entsprechenden Teile wurden zwischen den Halteflächen, wo sie sich zuvor befanden, herausgezogen. Der Abstand zwischen den genannten Formflächen entspricht dabei im Wesentlichen der Dicke des Blechs, aus dem das Blechteil gefertigt ist. Bei dem beschriebenen Prozess erfolgt eine Plastifizierung des Blechs im Bereich des Endabschnitts, wobei von besonderer Bedeutung ist, dass der Teil des Endabschnitts, der noch zwischen den Haltefläche gehalten ist, dort über einen Kraftschluss zurückgehalten wird. Somit wird der Endabschnitt im Zuge der Umformung ausgereckt, wodurch Spannungen im Material erzeugt werden, die das weitere Verhalten des so gebildeten Flansches positiv beeinflussen, wie nachfolgend noch erläutert wird. Die Formfläche der Formbacke schließt sich an die Haltefläche der Formbacke an, wobei die beiden Flächen in der Regel nicht durch eine scharf definierte Kante gegeneinander begrenzt werden, sondern in einem konvexen Übergangsbereich ineinander übergehen. Ein solcher Übergangsbereich, dessen Ausdehnung in aller Regel klein ist gegenüber der Ausdehnung sowohl der Formfläche als auch der Haltefläche, wird in diesem Zusammenhang als Teil der Formfläche angesehen.
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Erfindungsgemäß wird nach dem Formen des Flanschs der Blechhalter gegenüber der Formbacke zurückgehalten, während die Formbacke zurückgefahren und das Blechteil entfernt wird. D. h., wenn die Formbacke zurückgefahren wird, wird der federbeaufschlagte Blechhalter daran gehindert, deren Bewegung zu folgen, indem er zurückgehalten wird. Dies geschieht wenigstens so lange, bis das Blechteil entfernt wurde. Wenn der Blechhalter in sehr geringem Abstand an der Formfläche des Füllschiebers entlanggeführt wird, bestünde aufgrund des qualitativ unvermeidlichen Rückfederns des Flansches die Gefahr, dass der Blechhalter mit dem Flansch kollidiert und diesen verformt oder anderweitig beschädigt. Eben dies wird durch das erfindungsgemäße Zurückhalten des Blechhalters verhindert. Daher kann insbesondere ein (maximaler) Abstand des Flanschs von der Formfläche des Füllschiebers nach dem Rückfedern größer sein als der Abstand der Haltefläche des Blechhalters von der Formfläche. So könnte der Abstand der Haltefläche des Blechhalters z.B. ein bis drei Blechdicken entsprechen, selbst wenn der Flansch um fünf bis sieben Blechdicken zurückfedert. Nachdem das Blechteil entfernt wurde, besteht keine Gefahr einer Kollision mehr und der Blechhalter kann wieder in die Position zurückkehren, in welcher er sich vor der Umformung des Endabschnitt befunden hat. Da die Erfindung einen geringen Abstand zwischen der Haltefläche des Blechhalters und der Formfläche des Füllschiebers ermöglicht, kann das Ausrecken des Flanschs (nahezu) über die gesamte Länge des Endabschnitts bzw. des hieraus geformten Flansches durchgeführt werden. Dies hat entscheidende Konsequenzen für das Verhalten des Flansches, wenn die Formbacke zurückgefahren wird. Während der Flansch zunächst formschlüssig zwischen den Formflächen der Formbacke und des Füllschiebers eingeschlossen ist und in Form gehalten wird, erfolgt nach dem Zurückfahren der Formbacke ein Zurückfedern, d. h. der Flansch löst sich aufgrund innerer Spannungen bis zu einem gewissen Grad von der Formfläche des Füllschiebers. Eben dieser Effekt kann durch das Ausrecken und die damit induzierten Spannungen wesentlich verringert werden, d. h. es kommt zu einem nur geringfügigen Rückfedern.
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Bevorzugt ist während des Haltens des Endabschnitts ein Abstand der Haltefläche des Blechhalters von der Formfläche des Füllschiebers höchstens fünfmal so groß ist wie ein Abstand der Haltefläche der Formbacke. Der Abstand der Haltefläche der Formbacke entspricht normalerweise bis auf geringfügige Abweichungen der Blechdicke, ggf. zuzüglich der Dimension eines o.g. konvexen Übergangsbereichs. Der Abstand der Haltefläche ist in diesem Zusammenhang der Abstand desjenigen Teils der Haltefläche, der am nächsten an der Formfläche angeordnet ist, typischerweise einer Kante, die Haltefläche begrenzt oder der Teil der Haltefläche, der an einen konvexen Übergangsbereich angrenzt. Der Abstand der Haltefläche des Blechhalters ist bei dieser Ausführungsform allenfalls unwesentlich größer (nämlich maximal fünfmal so groß) als der Abstand der Haltefläche der Formbacke. Vorteilhaft kann der Abstand der Haltefläche des Blechhalters maximal viermal so groß, maximal dreimal so groß oder maximal doppelt so groß sein wie der Abstand der Haltefläche der Formbacke. Man könnte auch sagen, dass sowohl Formbacke (bzw. deren Haltefläche) als auch der Blechhalter (bzw. dessen Haltefläche) dicht an der Formfläche des Füllschiebers entlanggeführt werden können. Von wesentlicher Bedeutung ist hierbei, dass der Endabschnitt bis zum Ende der Umformung (bzw. bis unmittelbar vor Ende der Umformung) beidseitig von den Halteflächen gehalten werden kann. Dementsprechend kann das Ausrecken über die (nahezu) gesamte Länge des Endabschnitts bzw. des hieraus geformten Flansches durchgeführt werden, was sich positiv auf das Rückformverhalten des Flanschs auswirkt, wie bereits oben erläutert wurde.
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Das effektive Ausrecken des Flansches lässt sich weiter verbessern, wenn während des Haltens des Endabschnitts der Abstand der Haltefläche des Blechhalters von der Formfläche des Füllschiebers höchstens so groß ist wie der Abstand der Haltefläche der Formbacke. Die Halteflächen des Blechhalters und der Formbacke könnten bspw. im gleichen Abstand von der Formfläche des Füllschiebers enden. Insofern, als zwischen dem Füllschieber und dem Blechhalter kein Zwischenraum für den Endabschnitt gelassen werden muss, könnte der Abstand der Haltefläche des Blechhalters sogar geringer sein als der Abstand der Haltefläche der Formbacke. Im Extremfall könnte die Haltefläche des Blechhalters gewissermaßen unmittelbar an der Formfläche des Füllschiebers enden.
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Die Haltefläche des Füllschiebers kann insbesondere wenigstens teilweise konvex ausgebildet sein und wenigstens abschnittsweise in einem Winkel von über 90° zur Formfläche verlaufen. Unmittelbar angrenzend an die Formfläche kann der Winkel kleiner als 90° sein, wobei der genannte Winkel bezüglich der gedachten Verlängerung der Formfläche gemessen wird, d.h. gemeint ist hier der Richtungswechsel gegenüber der Formfläche. Aufgrund der konvexen Ausbildung können dennoch andere Teile der Haltefläche in einem Winkel von über 90° oder sogar über 120° zur Formfläche verlaufen. Diese Teile verlaufen gewissermaßen entgegengesetzt zur Formfläche. Entsprechend weist auch das fertig umgeformte Blechteil einen Richtungswechsel auf. Man kann auch davon sprechen, dass der Flansch Teil eines hinterschnittenen Bereichs des Blechteils ist, in welchen der Füllschieber eingreift.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung verläuft die Formfläche des Füllschiebers schräg abwärts, so dass die Formbacke beim Vorfahren schräg abwärts entlang der Formfläche des Füllschiebers entlanggeführt wird. Da die Formbacke mit ihrer Formfläche dicht unterhalb der gegenüberliegenden Formfläche des Füllschiebers entlanggeführt werden muss, ist durch den Verlauf der Formfläche des Füllschiebers die Bewegungsrichtung der Formbacke vorgegeben. Diese Bewegungsrichtung entspricht in aller Regel auch der Bewegungsrichtung des Blechhalters. Bewegen sich also wie beschrieben die Formbacke und der Blechhalter schräg abwärts, ist die Formbacke zwangsläufig wenigstens teilweise höher angeordnet als der Blechhalter, so dass die Formbacke auch als „obere Formbacke“ bezeichnet werden kann und der Blechhalter als „unterer Blechhalter“. In diesem Zusammenhang bezeichnet „schräg abwärts“ eine Bewegungsrichtung, die weder senkrecht noch waagerecht verläuft. Bevorzugt verläuft die Bewegungsrichtung in einem Winkel zwischen 10° und 80°, weiter bevorzugt zwischen 30° und 60°, zur Senkrechten, welche der Richtung der Schwerkraft entspricht.
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Bevorzugt wird der Blechhalter gegenüber einem stationären Werkzeugunterteil zurückgehalten. Normalerweise wird hierzu eine Verbindung zwischen dem Blechhalter und dem Werkzeugunterteil hergestellt, welches während des gesamten Umformvorgangs stationär bleibt. Wie bereits oben erläutert, wird das Verfahren bevorzugt mit einem Werkzeug durchgeführt, welches ein stationäres Werkzeugunterteil aufweist sowie ein Werkzeugoberteil, das senkrecht gegenüber dem Werkzeugunterteil verfahren wird. Durch die Verbindung mit dem stationären Werkzeugunterteil wird der Blechhalter ebenfalls stationär gehalten. Wenngleich eine kraftschlüssige Verbindung nicht ausgeschlossen ist, ist im Allgemeinen eine formschlüssige Verbindung bevorzugt. Es versteht sich, dass die formschlüssige Verbindung nicht unmittelbar zwischen dem Blechhalter und dem Werkzeugunterteil erfolgt, sondern über ein zwischengeordnetes Element, welches einerseits mit dem Blechhalter und mit dem Werkzeugteil formschlüssig verbunden ist.
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Insbesondere kann der Blechhalter durch ein Sperrelement gegenüber dem Werkzeugunterteil zurückgehalten werden, indem das Sperrelement im Winkel zu einer Bewegungsrichtung des Blechhalters vorgefahren und in einen Formschluss mit dem Blechhalter gebracht wird. Hierbei bedeutet „im Winkel“, dass sich das Sperrelement nicht parallel zur Bewegungsrichtung des Blechhalters bewegt. Es kann insbesondere senkrecht zur Bewegungsrichtung des Blechhalters vorgefahren werden. Wie bereits oben erwähnt, entspricht die Bewegungsrichtung des Blechhalters in aller Regel dem Verlauf der Formfläche des Füllschiebers. Das Sperrelement (oder Riegelelement) wird also gewissermaßen bezüglich der Bewegungsrichtung des Blechhalters von der Seite vorgefahren, so dass es mit dem Blechhalter formschlüssig eingreift. Das Sperrelement ist seinerseits derart mit dem Werkzeugunterteil verbunden, dass es keine (nennenswerte) Bewegung in Bewegungsrichtung des Blechhalters ausführen kann. Das Vorfahren des Sperrelements kann bspw. pneumatisch oder hydraulisch ausgelöst werden. Nachdem das Blechteil entfernt wurde und somit eine Kollision zwischen dem Blechhalter und dem Flansch nicht mehr möglich ist, kann das Sperrelement wieder zurückgefahren und der Formschluss zum Blechhalter gelöst werden.
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Wie bereits erwähnt, ist der Blechhalter in aller Regel durch wenigstens eine Gasdruckfeder beaufschlagt. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der Blechhalter durch wenigstens eine Gasdruckfeder beaufschlagt ist, die wenigstens indirekt am Füllschieber widergelagert ist. D. h., die jeweilige Gasdruckfeder setzt einerseits am Blechhalter an sowie andererseits entweder direkt am Füllschieber oder an einem Element, das starr mit dem Füllschieber verbunden ist. Somit erfolgt durch die wenigstens eine Gasdruckfeder eine Kraftübertragung zwischen dem Blechhalter und dem Füllschieber. Man könnte auch sagen, dass sich der Blechhalter über die wenigstens eine Gasdruckfeder direkt oder indirekt am Füllschieber abstützt oder dass der Kraftfluss vom Blechhalter über die Gasdruckfeder (direkt oder indirekt) zum Füllschieber verläuft. Dies hat die wichtige Konsequenz, dass die Kompression der Gasdruckfeder und somit auch die von ihr übertragene Kraft ebenso von der Stellung des Blechhalters wie von der Stellung des Füllschiebers abhängt.
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Um ein Entnehmen des Blechteils zu ermöglichen bzw. zu erleichtern, wird nach dem Umformen des Endabschnitts der Füllschieber bevorzugt vom Blechteil fort zurückgefahren, während der Blechhalter zurückgehalten wird. Wie bereits oben erläutert, wird der Blechhalter zurückgehalten, bis das Blechteil entnommen wurde. Nach dem Formen des Flansches bildet das Blechteil in der Regel eine gekrümmte und/oder abgewinkelt Struktur, bei welcher der Füllschieber gewissermaßen in einen hinterschnittenen Abschnitt des Blechteils eingreift. Bspw. kann der Flansch unterhalb des Füllschiebers angeordnet sein, während ein anderer Teil des Blechteils oberhalb des Füllschiebers angeordnet ist. Somit wäre eine senkrechte Entnahme des Blechteils nach oben unmöglich, solange der Füllschieber in Position ist. Entsprechend wird bei dieser Ausführungsform der Füllschieber vom Blechteil fort zurückgefahren, normalerweise so, dass der Flansch nach oben hin freigegeben wird und das Blechteil senkrecht entnommen werden kann. D. h., bei dieser Ausführungsform wird der Füllschieber zurückgefahren, während der Blechhalter noch zurückgehalten wird.
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Die beiden oben beschriebenen Ausführungsformen können vorteilhaft kombiniert werden, indem die wenigstens eine Gasdruckfeder zwischen Blechhalter und Füllschieber entspannt wird, während der Blechhalter zurückgehalten und der Füllschieber zurückgefahren wird. D.h. die (teilweise) Entspannung der Gasdruckfeder resultiert hier nicht aus einer Bewegung des Blechhalters, sondern aus einer Bewegung des Füllschiebers. Dies ist von besonderer Bedeutung, da sich die Gasdruckfeder bei einer Kompression erwärmt und bei einer Expansion abkühlen kann. Solange der Füllschieber in Kontakt mit dem Blechteil ist und der Blechhalter zurückgehalten wird, hat die wenigstens eine Gasdruckfeder ihren Zustand maximaler Kompression erreicht. Allerdings wird die Gasdruckfeder bereits wieder entspannt, wenn der Füllschieber zurückgefahren wird, was mit einer Abkühlung einhergeht. Außerdem unterstützt die Gasdruckfeder beim Entspannen das Zurückfahren des Füllschiebers, d. h. die zuvor in der Gasdruckfeder gespeicherte Energie kann wenigstens teilweise wieder als mechanische Energie zurückgewonnen werden. Somit kann bei hohen Taktraten eine Überhitzung der Gasdruckfeder verhindert werden, ohne dass eine Kühlung notwendig wäre, die den Prozessablauf und den Aufbau des Werkzeugs unnötig verkomplizieren würde.
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Vorteilhaft erfolgt über einen Umlenkschieber eine Kopplung der Bewegung des Füllschiebers an eine Bewegung eines Werkzeugoberteils, das senkrecht relativ zum Werkzeugunterteil bewegt wird. Bei der Abwärtsbewegung des Werkzeugoberteils kann bspw. die Abwärtsbewegung über Umlenkflächen zunächst eine Seitwärtsbewegung des Umlenkschiebers auslösen, die wiederum über Umlenkflächen eine schräg aufwärts gerichtete Bewegung des Füllschiebers auslöst, die in seiner beim Umformen des Endabschnitts vorgesehenen Position endet. Solange das Werkzeugoberteil abgesenkt ist, wird der Füllschieber in dieser Position gehalten. Wenn das Werkzeugoberteil wieder angehoben wird, kann der Umlenkschieber freigegeben werden, so dass er durch den Füllschieber wieder seitwärts zurückbewegt wird. Die hierfür notwendige Kraft kann einerseits durch die Gewichtskraft des Füllschiebers (bzw. durch die Komponente der Gewichtskraft, die in Richtung seiner Bewegungsrichtung wirkt) aufgebracht werden sowie andererseits durch die Entspannung der wenigstens einen Gasdruckfeder, die zwischen dem Füllschieber und dem (zu diesem Zeitpunkt noch zurückgehaltenen) Blechhalter zwischengeordnet ist. Somit kann die in der Gasdruckfeder gespeicherte Energie anteilig das Hochfahren des Werkzeugoberteils unterstützen.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
- 1 eine Schnittdarstellung eines Werkzeugs für ein erfindungsgemäßes Umformverfahren;
- 2 eine vergrößerte Detaildarstellung von 1; sowie
- 3A-3E schematische Detaildarstellungen des Werkzeugs aus 1 sowie einen Blechteils während verschiedener Schritte des Umformverfahrens.
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Des Weiteren zeigen 4A-4D schematische Detaildarstellungen einer Werkzeugs mit einem Blechteil bei einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik.
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In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
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1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Werkzeugs 1 zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Umformverfahrens, wobei 2 eine vergrößerte Detaildarstellung des die eigentliche Umformung durchführenden Bereichs des Werkzeugs 1 darstellt. Das Werkzeug 1 weist ein stationäres Werkzeugunterteil 2 auf sowie ein Werkzeugoberteil 3, das senkrecht gegen das Werkzeugoberteil 2 verfahrbar, also absenkbar und anhebbar, ist. Das Werkzeug 1 dient zur Umformung eines Blechteils 30, welches in diesem Fall als Teil einer Heckklappe eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist und zu diesem Zweck nach seiner vollständigen Umformung mit wenigstens einem weiteren (hier nicht dargestellten) Blechteil verschweißt werden kann. Wenn das Blechteil 30 in das Werkzeug 1 eingelegt wird, hat es bereits einen oder mehrere Umformungs- sowie Beschneidungsvorgänge durchlaufen. Ein größerer Teil des Blechteils 30 ruht auf einem Stempel 6, der stationär bezüglich des Werkzeugunterteils 2 befestigt ist. In vertikaler Richtung V gegenüber dem Stempel 6 ist ein Niederhalter 5 angeordnet, der über Gasdruckfedern 4 mit dem Werkzeugoberteil 3 verbunden ist. Nach dem Einlegen des Blechteils 30 wird das Werkzeugoberteil 3 in vertikaler Richtung nach unten, also zum Werkzeugunterteil 2 hin, verfahren. Als Ergebnis hiervon wird auch der Niederhalter 5 abwärts bewegt, bis er oberseitig am Blechteil 30 anliegt, so dass dieses überwiegend eingeschlossen wird.
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Das Werkzeug 1 weist eine Formbacke 18 auf, die beweglich an das Werkzeugoberteil 3 gekoppelt ist, so dass sie sich bei der Abwärtsbewegung des Werkzeugoberteils 3 zunächst in vertikaler Richtung V abwärts bewegt und dann entlang einer Vorschubrichtung S schräg abwärts, in einem Winkel von ca. 50° gegenüber der vertikalen Richtung V. Die Vorschubrichtung S entspricht dabei zum einen dem Verlauf einer Formfläche 10.2, die an der Unterseite des Füllschiebers 10 ausgebildet ist, sowie andererseits dem Verlauf einer Formfläche 18.2, die an einer Oberseite der Formbacke 18 ausgebildet ist. In Vorschubrichtung S gegenüber der Formbacke 18 ist ein Blechhalter 15 angeordnet, der über eine Gasdruckfeder 16 am Füllschieber 10 widergelagert ist. Unter Kompression bzw. Expansion der Gasdruckfeder 16 ist der Blechhalter 15 ebenfalls in Vorschubrichtung S verschiebbar.
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Der Füllschieber 10 ist seinerseits nicht stationär bezüglich des Werkzeugunterteils 2 befestigt, sondern entlang einer Verstellrichtung T verstellbar, die in einem Winkel von ca. 45° gegenüber der vertikalen Richtung V verläuft. Dabei stellen 2 sowie 3A bis 3D den Füllschieber 10 jeweils in einer oberen Endposition dar, in welche er bei der Abwärtsbewegung des Werkzeugoberteils 3 verschoben wird, indem das Werkzeugoberteil 3 einen Umlenkschieber 12 horizontal verschiebt, wobei entsprechende Umlenkflächen 11 des Werkzeugoberteils 3 und des Umlenkschiebers zusammenwirken. Der Umlenkschieber ist seinerseits wiederum über Gleitschienen 13 an den Füllschieber 10 gekoppelt. In der oberen Endposition stützt eine Haltefläche 10.1 des Füllschiebers 10 einen Abschnitt des Blechteils 30, so dass dieser Abschnitt zwischen der Haltefläche 5.1 des Niederhalters 5 sowie der Haltefläche 10.1 des Füllschiebers 10 gehalten wird. Dieser Zustand ist in 3A dargestellt. Dort ist gut erkennbar, dass ein Endabschnitt 31 des Blechteils 30 nach unten übersteht. In diesem Zustand ist die Gasdruckfeder 16 entspannt.
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Dies ändert sich, wenn sich die Formbacke 18 in Vorschubrichtung S vorwärts bewegt, wobei eine Formfläche 18.2 der Formbacke 18 dicht unterhalb der Formfläche 10.2 des Füllschiebers 10 entlang bewegt wird. Der Abstand entspricht dabei im Wesentlichen der Dicke des Blechteils 30. Dabei wird der Endabschnitt 31 zwischen der Haltefläche 18.1 der Formbacke 18 und einer gegenüberliegenden Haltefläche 15.1 des Blechhalters 15 eingeschlossen und reibschlüssig festgehalten.
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Im weiteren Verlauf der Bewegung wird, wie in 3B dargestellt, der Endabschnitt 31 sukzessive zu einem Flansch 32 entsprechend dem Verlauf der Formflächen 10.2, 18.2 umgeformt, während er nach und nach zwischen den Halteflächen 15.1, 18.1 herausgezogen wird. Da der Endabschnitt 31 allerdings unter Reibung zwischen den Halteflächen 15.1, 18.1 zurückgehalten wird, wird er unter Zug gehalten, was zu einem Ausrecken des Blechteils führt. Das entsprechende Zurückhalten und Ausrecken kann während des gesamten Umformens des Endabschnitts 31 aufrechterhalten werden, da sich die Haltefläche 15.1 des Blechhalters 15 bis dicht unter die Formfläche 10.2 des Füllschiebers 10 erstreckt. Der Abstand der Haltefläche 15.1 (bzw. der Abstand einer Oberkante 15.2 der Haltefläche 15.1) von der Formfläche 10.2 kann bspw. so groß sein wie der Abstand der Haltefläche 18.1 der Formbacke 18 von der Formfläche 10.2 (und somit im Wesentlichen der Blechdicke entsprechen), er kann aber auch noch geringer sein, da kein Platz zwischen dem Blechhalter 15 und dem Füllschieber für die Dicke des Blechteils 30 gelassen werden muss. Das Ende des Umformungsvorgangs ist in 3C dargestellt. In diesem Zustand ist der Endabschnitt 31 vollständig zwischen den Halteflächen 15.1, 18.1 herausgezogen.
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Im weiteren Verlauf wird das Werkzeugoberteil 3 in vertikaler Richtung V nach oben verfahren, wodurch der Niederhalter 5 ebenfalls nach oben vom Blechteil 30 abgehoben wird. Des Weiteren wird die Formbacke 18 entgegen der Vorschubrichtung S nach schräg oben zurückgefahren, wodurch der zum Flansch 32 umgeformte Endabschnitt 31 unterseitig freigegeben wird. Dieser Zustand ist in 3D dargestellt. Da der Füllschieber 10 noch in seiner oberen Endposition verbleibt, ist die Gasdruckfeder 16 maximal komprimiert, so dass sich der Blechhalter 15 normalerweise ebenfalls entgegen der Vorschubrichtung S schräg nach oben verschieben würde. Dies wird allerdings dadurch verhindert, dass ein Sperrelement 20 seitlich bezüglich der Vorschubrichtung S vorgefahren wird, so dass es einen Formschluss mit dem Blechhalter 15 bildet. Wie in 2 gut erkennbar ist, ist das Sperrelement 20 entlang einer Verriegelungsrichtung R verschiebbar am Werkzeugunterteil 2 gelagert, wobei es durch einen Aktor 21 verschiebbar ist, der bspw. mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch betrieben werden kann. Die Bewegung des Sperrelements 20 ist normalerweise nicht direkt an die Bewegung des Werkzeugoberteils 3 gekoppelt und kann zeitlich mit den Bewegungen der anderen Elemente des Werkzeugs 1 koordiniert werden, indem letztere Bewegungen über Sensoren detektiert werden. Das Sperrelement 20 wird in die in 1 sowie 2 dargestellte Verriegelungsposition gebracht, wenn der Blechhalter 15 durch den Vorschub der Formbacke 18 seine untere Endposition erreicht hat. Hierdurch wird verhindert, dass der Blechhalter 15 unter dem Druck der Gasdruckfeder 16 der Bewegung der Formbacke 18 folgt. Wie in 3D angedeutet ist, ergibt sich nach dem Zurückziehen der Formbacke 18 eine Rückformung bzw. Rückfederung des Flansches 32, so dass dieser insbesondere zum Ende hin von der Formfläche 10.2 des Füllschiebers 10 absteht. Allerdings fällt die Rückformung aufgrund des o.g. Ausreckens vergleichsweise gering aus. Dennoch könnte bei einem Vorfahren des Blechhalters 15 die Oberkante 15.2 mit dem Flansch 32 kollidieren und diesen verformen oder anderweitig beschädigen. Ebendies wird durch den Einsatz des Sperrelements 20 verhindert.
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Im weiteren Verlauf fährt, wie in 3E dargestellt, der Füllschieber 10 entlang der Verstellrichtung T nach schräg unten zurück, bis er den Bereich oberhalb des Flansches 32 freigegeben hat. Dabei wird die Bewegung des Füllschiebers 10 teilweise durch die Gasdruckfeder 16 bewirkt, die sich währenddessen zwischen Füllschieber 10 und Blechhalter 15 entspannt. D. h., die zuvor in der Gasdruckfeder gespeicherte Kompressionsarbeit kann zu einem großen Teil als mechanische Energie wiedergewonnen werden, was zum einen zur Effizienz des Verfahrensablaufs beiträgt, zum anderen aber vor allen Dingen verhindert, dass ein wesentlicher Teil der Kompressionsarbeit in Wärmeenergie umgesetzt wird, was nach mehreren Arbeitsvorgängen zu einer Überhitzung der Gasdruckfeder 16 führen könnte. Wenn das Blechteil 30 aus dem Werkzeug 1 entfernt wurde, kann das Sperrelement 20 entlang der Verriegelungsvorrichtung R wieder zurückgefahren werden, wodurch die Sperrung des Blechhalters 15 für den nächsten Arbeitsvorgang gelöst wird. Wenn dieser mit dem erneuten Herunterfahren des Werkzeugoberteils 3 beginnt, wird der Füllschieber 10 wiederum in Richtung auf seine obere Endposition vorgefahren, wobei der Blechhalter 15 aufgrund der Kopplung über die Gasdruckfeder 16 ebenfalls mit verfahren wird.
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4A bis 4D illustrieren zum Vergleich ein nicht-erfindungsgemäßes Umformungsverfahren in einem Werkzeug, das weitgehend dem erfindungsgemäßen Werkzeug 1 entspricht und insoweit nicht nochmals erläutert wird. Allerdings fehlt in diesem Fall das Sperrelement 20, so dass der Blechhalter 15 nicht zurückgehalten werden kann, wenn die Formbacke 18 zurückgefahren wird. 4A entspricht dabei 3A, 4B entspricht 3B usw. Ein wesentlicher Unterschied ist, dass der Abstand der oberen Kante 15.2 der Formbacke 15 von der Formfläche 10.2 des Füllschiebers 10 wesentlich größer ist als die Dicke des Blechteils 30. Dies dient dazu, nach der Rückformung bzw. Rückfederung des Flansches 32 zu vermeiden, dass die Formbacke 15 mit dem Flansch 32 kollidiert. Allerdings kann eben aufgrund dieses Abstands das Ende des Endabschnitts 31 nicht bis zum Schluss zwischen den Halteflächen 15.1, 18.1 gehalten werden, sondern gleitet zwischen diesen hinaus, bevor der Umformvorgang abgeschlossen ist, wie in 4C dargestellt. Aufgrund dessen erfolgt das Ausrecken nur unvollständig bzw. in geringerem Maße als beim erfindungsgemäßen Umformverfahren, was wiederum dazu führt, dass die Rückformung des Flansches 32 wesentlich stärker ausfällt. Daher kann es vorkommen, dass es trotz des größeren Abstandes zwischen der oberen Kante 15.2 bzw. der Haltefläche 15.1 und der Formfläche 10.2 zu einer Kollision zwischen dem Blechhalter 15 und dem Flansch 32 kommt. Versucht man dem entgegenzuwirken, indem man den Abstand weiter vergrößert, wirkt sich dies weiter negativ auf das Ausrecken aus, womit wiederum die Rückformung verstärkt wird. Unabhängig davon, ob es zu einer Kollision zwischen dem Blechhalter 15 und dem Flansch 32 kommt, verschlechtert die Rückformung des Flansches 32 die Maßhaltigkeit des Blechteils 30, was bspw. einen nachfolgenden Schweißvorgang erschwert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkzeug
- 2
- Werkzeugunterteil
- 3
- Werkzeugoberteil
- 4
- Gasdruckfeder
- 5
- Niederhalter
- 5.1
- Haltefläche
- 6
- Stempel
- 10
- Füllschieber
- 10.1
- Haltefläche
- 10.2
- Formfläche
- 11
- Umlenkfläche
- 12
- Umlenkschieber
- 13
- Gleitschiene
- 15
- Blechhalter
- 15.1
- Haltefläche
- 15.2
- Oberkante
- 16
- Gasdruckfeder
- 18
- Formbacke
- 18.1
- Haltefläche
- 18.2
- Formfläche
- 20
- Sperrelement
- 21
- Aktor
- 30
- Blechteil
- 31
- Endabschnitt
- 32
- Flansch
- R
- Verriegelungsrichtung
- S
- Vorschubrichtung
- T
- Schieberrichtung
- V
- vertikale Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2020/0078846 A1 [0005]
- US 6276185 B1 [0006]
- JP 2015006679 A [0007]
- US 9321094 B2 [0008]
- CN 106734605 A [0009]
