DE10233008A1 - Verfahren zur Materialflusssteuerung beim Tiefziehen von Blechen und Tiefziehwerkzeug - Google Patents
Verfahren zur Materialflusssteuerung beim Tiefziehen von Blechen und Tiefziehwerkzeug Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Materialflusssteuerung beim Tiefziehen von Blechen, wobei die Ränder des Bleches (1) zwischen mindestens einem oberen Blechhalter (13) und mindestens einem unteren Blechhalter (6, 7) während des Tiefziehvorganges mit steuerbarer Federkraft (8, 9) zusammengepresst werden und ein entsprechendes Tiefziehwerkzeug. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zunächst mit dem Schließen der oberen und unteren Blechhalter (13, 6, 7) eine Z-förmige Absperrstufe (11) in den Blechrand (1a) geprägt wird, dann unter Beibehaltung der Absperrstufe (11) und einer kompletten Absperrung zwischen den Blechhaltern die Grundform fertiggezogen wird, wobei das Blech (1) von innen nach außen ausgereckt wird und schließlich die Absperrstufe (11) in ihrer Höhe reduziert und dadurch der Blechnachlauf von außen erleichtert wird. Das Tiefziehwerkzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass der untere Blechhalter aus einem inneren Blechhalter (6) und einem äußeren Blechhalter (7) besteht, die ringförmig am Rand des Bleches (1) angeordnet sind und relativ zueinander in Halterichtung bewegbar sind.
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Materialflusssteuerung beim Tiefziehen von Blechen, vorzugsweise aus höhertesten Stählen und/oder Mehrphasenstählen oder aus Aluminium gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und auf ein Tiefziehwerkzeug gemäß Oberbegriff des Anspruches 4.
- Im Rahmen der Entwicklung von immer leichteren Kraftfahrzeugen gewinnt der Einsatz von höherfesten Stählen im Karosserierohbau immer größere Bedeutung. So werden verstärkt für die Beplankungsteile Bleche aus Mehrphasenstählen vorgeschlagen. Insbesondere für Beplankungsteile aus Tiefziehwerkstoffen mit hohen Verfestigungswerten ist es aber wichtig, dass das Blech möglichst „großflächig" ausgereckt wird. Hierzu ist es Stand der Technik, dass der Blechnachlauf von außen durch eine auf dem Blechhalter befindliche Sperrstufe oder Sperrsicke gehemmt wird. Nachteilig kann es hierbei sein, wenn die Blechhemmung während des gesamten Ziehvorganges konstant erhalten bleibt, insbesondere dann, wenn das Blech in stark umgeformten Bereichen und gegen Ende des Ziehvorganges über die kritische Dehnung von 20% hinaus ausgereckt wird. In einem Artikel von S. Beck unter dem Titel „Steuerung des Ziehprozesses durch aktive Ziehsicken in dem Buch „Neuere Entwicklungen in der Blechumformung", Herausgeber Klaus Siegen, Mai 2000 ist der Einsatz höhenverstellbarer Ziehstäbe beschrieben, um die Spannungen beim Umformen und somit den Materialfluss zu steuern. Die konstruktiven Lösungen beziehen sich dabei ausschließlich auf eine relativ aufwendige Höhenverstellung der Ziehstäbe.
- Aus der
EP 806 256 B1 - Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Steuerung beim Tiefziehen von Blechen und ein entsprechendes Tiefziehwerkzeug vorzuschlagen, bei dem auf die Höhenverstellung durch Ziehstäbe und die aufwendigen Reibungskraftsensoren verzichtet werden kann.
- Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen 1, 3 und 4 beschrieben. Die Unteransprüche 2 und 5 bis 7 enthalten sinnvolle ergänzende Maßnahmen bzw. Ausführungsformen.
- Gemäß Patentanspruch 1 wird dazu zunächst, d.h. vor dem eigentlichen Ziehvorgang mit dem Schließen der oberen und unteren Blechhalter in den Blechrand eine Z-förmige Absperrstufe geprägt (vgl. Merkmal a), die dann während des Fertigziehens der Grundform beibehalten wird, wobei durch die zusammengepreßten Blechhalter eine komplette Absperrstufe bewirkt wird und das Blech von innen nach außen ausgereckt wird (vgl. Merkmal b). Während des weiteren Ziehvorganges wird schließlich die Absperrstufe in ihrer Höhe reduziert und dadurch der Blechnachlauf von außen erleichtert (vgl. Merkmal c). Durch die erfindungsgemäße Z-förmige Absperrstufe kann die Blechhemmung von außen insgesamt erhöht werden und gegen Ende des Tiefziehvorganges durch Verringerung der Höhe der Absperrstufe durch mechanisches Wegsteuern der Ziehstufe die Blechhemmung verringert und sogar vollständig aufgehoben werden, sodass der Blechnachlauf ausschließlich von außen nach innen erfolgt.
- Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch durch Umdrehen der Stufe für den umgekehrten Fall Anwendung finden, indem wie im Anspruch 3 beschrieben, zu Beginn des Prozesses ohne Sperrstufe gezogen und erst während des Tiefziehvorganges eine Sperrstufe mit Hilfe der Blechhalter geprägt wird. Es wird dabei also erst zum Schluss der Blechnachlauf mit Hilfe der Sperrstufe gehemmt. Dies kann sowohl bei Tiefziehvorgängen mit örtlich starker Verformung, wobei Material „vorgelegt" werden muss, als auch bei Blechwerkstoffen mit geringer Bruchdehnung wie z.B. Aluminium von Vorteil sein.
- Die konstruktive Lösung sieht ein Tiefziehwerkzeug gemäß Patentanspruch 4 vor, bei dem mindestens ein Blechhalter, vorzugsweise der untere Blechhalter entlang der Sperrstufe in einen inneren und einen äußeren Ring aufgeteilt wird und mindestens einer der Ringe relativ zum anderen in Halterichtung bewegbar ist. Die beiden nebeneinander angeordneten Blechhalter können dabei eine einstellbare Absperrstufe für den Rand des Bleches bilden und gegen eine entsprechende feste Stufe des Gegenhalters gepresst werden, um die gewünschte Blechhemmung zu erreichen. Durch Betätigung des äußeren Ringes in Halterichtung relativ zum inneren Ring kann die Stufe von der Anfangshöhe mit maximaler Sperrwirkung auf jede gewünschte Ziehtiefe im Extremfall bis auf Null verringert werden. Entsprechend dem Verfahren nach Anspruch 3 kann dieser Vorgang auch umgekehrt werden, indem zunächst praktisch ohne Sperrstufe zwischen dem inneren und äußeren Blechhalter gearbeitet wird und dann durch Erhöhen der Stufe zwischen den beiden Ringen die Wirkung der Sperrstufe eingeschaltet und bis zum Schluss auf Maximalwirkung erhöht wird.
- Durch den erfindungsgemäßen zweigeteilten Blechhalter und die Relativbewegung des äußeren Ringes gegenüber dem inneren Ring wird ein Tiefziehwerkzeug mit steuerbarer Sperrstufe erreicht. Dabei sind im Gegensatz zu einfach wirkenden Werkzeugen auch die Matrize und der obere Blechhalter relativ zueinander beweglich. Dieses Ziehwerkzeug kann praktisch in allen konventionellen Pressen mit gesteuertem oder verzögert nachlaufendem Ziehkissen eingesetzt werden.
- Die Erfindung wird anhand der beigefügten
1 bis3 beispielsweise näher erläutert. Es zeigen -
1 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Tiefziehwerkzeug zwischen Kopfplatte2 und Grundplatte3 einer Presse, -
2 eine vergrößerte Darstellung des zentralen Bereiches in1 und -
3 entsprechend zu der Darstellung nach1 die steuerbare Sperrstufe in fünf verschiedenen Phasen. - In
1 ist das Blech1 vor dem Tiefziehvorgang mit dem Blechrand1a als gestrichelte Linie mit der Absperrstufe11 dargestellt. Nach dem Tiefziehvorgang ist der Blechrand1b mit durchgezogener Linie gezeichnet. Das Blech1 befindet sich zwischen dem Tiefziehstempel4 und der Matrize5 , die zwischen der Kopfplatte2 und der Grundplatte3 einer üblichen Presse angeordnet sind. Die Grundplatte3 ist in üblicher Weise stationär fest angeordnet, während die Kopfplatte2 für den Tiefziehvorgang vertikal beweglich ist. Der relativ zur Matrize5 bewegliche obere Blechhalter13 besitzt an seiner Unterseite eine Stufe16 , die der Absperrstufe11 des Blechrandes1a entspricht. Der obere Blechhalter13 wird während des Tiefziehvorganges von der Federkraft9 , die auch als Oberluft bezeichnet wird, beaufschlagt und gegen den Blechrand gepresst. Als Gegenhalter wirken die beiden unteren Blechhalter6 und7 , die in ihrer oberen Stellung6a ,7a , vor dem Tiefziehvorgang mit gestrichelter Umrandung dargestellt sind. In der unteren Stellung6b ,7b sind diese beiden Blechhalter schraffiert gezeichnet. Der innere Blechhalter6 wird von der Federkraft8 und der äußere Blechhalter7 von der hubabhängigen Gegenkraft10 von unten gegen den Rand des Bleches1 gepresst. Zur Ausbildung einer Formstufe besitzt der Stempel4 eine Wulst12 und die Matrize5 eine entsprechende Nase14 , die in2 insbesondere in der oberen (gestrichelte Linie) und der unteren Stellung dargestellt ist. - In
3 sind insbesondere fünf verschiedene Phasen für die Position der beiden unteren, inneren und äußeren Blechhalter6 und7 dargestellt: - Phase 1: Blechhalter schließen
Über den mit Oberluft
9 beaufschlagten oberen Blechhalter13 und die mit Unterluft8 wirkenden unteren Blechhalter6 ,7 wird eine Absperrstufe11 mit maximaler Stufenhöhe11.1 in den Blechrand1a geprägt. Der äußere Blechhalter7a liegt mit der Unterseite auf der Auflagefläche15 des inneren Blechhalters6a auf. - Phase 2: Streckziehen der Grundform
Unter komplettem Absperren
und Beibehaltung der maximalen Stufenhöhe
11.2 wird die Grundform fertiggezogen, wobei das Blech ausschließlich von innen nach außen ausgereckt wird. Diese Fließrichtung des Materials wird durch die Pfeile P1 angedeutet. - Phase 3: Beginn der Formung der Formstufe auf dem Stempel
Durch
das Einwirken der hubabhängigen
Gegenkraft
10 auf den äußeren unteren Blechhalter7 wird die Sperrstufe in ihrer Stufenhöhe11.3 reduziert und der Blechnachlauf von außen erleichtert (vgl. Pfeil P2). - Phase 4: Weitere Verformung der Formstufe
Durch das weitere
Reduzieren der Sperrstufenhöhe
11.4 erfolgt der erforderliche Blechnachlauf verstärkt von außen. - Phase 5: Fertigformen
Durch die nicht mehr vorhandene Stufenhöhe
11.5 und die praktisch weggefallene Sperrstufe erfolgt der Blechnachlauf ausschließlich von außen (vgl. Pfeil P3). -
- 1
- Blech
- 1a
- Blechrand (gestrichelte Linie, vor dem Tiefziehvorgang)
- 1b
- Blechrand (durchgezogene Linie, nach dem Tiefziehvorgang)
- 2
- Kopfplatte (vertikal beweglich)
- 3
- Grundplatte (fest)
- 4
- Tiefziehstempel an 3
- 5
- Matrize an 2
- 6
- Blechhalter (unten, innen)
- 6a
- Blechhalter (unten, innen, vor dem Tiefziehvorgang, gestrichelt dargestellt)
- 6b
- Blechhalter
(unten, innen, nach dem Tiefziehvorgang, in
1 schraffiert dargestellt) - 7
- Blechhalter (unten, außen)
- 7a
- Blechhalter (unten, außen, vor dem Tiefziehvorgang, gestrichelt dargestellt)
- 7b
- Blechhalter
(unten, außen,
nach dem Tiefziehvorgang, in
1 schraffiert dargestellt) - 8
- Federkraft (Unterluft)
- 9
- Federkraft (Oberluft)
- 10
- hubabhängige Gegenkraft zu 9
- 11
- Absperrstufe in 1a
- 11.1
- maximale Stufenhöhe
- 11.2
- maximale Stufenhöhe
- 11.3
- reduzierte Stufenhöhe
- 11.4
- reduzierte Stufenhöhe
- 11.5
- keine Stufenhöhe
- 12
- Wulst an 4
- 13
- Blechhalter oben
- 14
- Nase an 5
- 15
- Auflagefläche
- 16
- Stufe an der Unterseite von 13
- P1, P2, P3
- Pfeil für Fließrichtung des Materials
Claims (7)
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum
Schluss durch vollständiges
Aufheben der Absperrstufe (11 ) der Blechnachlauf ausschließlich von
außen
nach innen erfolgt.
Verfahren zur Materialflusssteuerung beim Tiefziehen von Blechen,
vorzugsweise aus höherfesten
Stählen
und/oder Mehrphasenstählen
oder aus Aluminium, wobei
– das
Blech (1 ) in einer Presse zwischen einem an einer Grundplatte
(3 ) angeordneten Ziehstempel (4 ) und einer an
einer Kopfplatte (2 ) angeordneten Matrize (5 )
geformt wird,
– der
Ziehstempel (4 ) und die Matrize (5 ) angepasste Profile
(12 , 14 ) für
die Bildung von Ziehsicken an den Rändern des Bleches (1 )
besitzen und
– die
Ränder
des Bleches (1 ) zwischen mindestens einem oberen Blechhalter
(13 ) und mindestens einem unteren Blechhalter (6 , 7 )
während
des Tiefziehvorganges mit steuerbarer Federkraft (8 , 9 )
zusammengepresst werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
a)
zunächst
im Wesentlichen ohne Sickenwirkung die Grundform gezogen wird, während die
oberen und unteren Blechhalter (13 , 6 , 7 )
im Wesentlichen eben aufeinanderliegen und
b) danach eine Absperrstufe
in den Blechrand geprägt
wird, um den Blechnachlauf von außen nach innen zu hemmen.
Tiehziehwerkzeug zum Tiefziehen von Blechen, vorzugsweise zur
Durchführung
des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, mit
– in einer
Presse an einer Grundplatte (3 ) angeordnetem Ziehstempel
(4 ) und gegenüberliegend
an einer Kopfplatte (2 ) angeordneter Matrize (5 ),
– an dem
Ziehstempel (4 ) und der Matrize (5 ) angeordneten
Profilen (12 , 14 ) für die Bildung von Ziehsicken
an den Rändern
des umzuformenden Bleches (1 ) und
– mindestens einem oberen Blechhalter
(13 ) und mindestens einem unteren Blechhalter (6 , 7 ),
dadurch
gekennzeichnet, dass der untere Blechhalter aus einem inneren Blechhalter
(6 ) und einem äußeren Blechhalter
(7 ) besteht, die ringförmig
am Rand des Bleches (1 ) angeordnet sind und relativ zueinander
in Halterichtung bewegbar sind.
Tiefziehwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
der untere innere Blechhalter (6 ) eine Auflagefläche (15 )
besitzt, auf der der äußere Blechhalter
(7 ) in der im Vergleich zum inneren Blechhalter (6 )
unteren Relativlage zur Auflage kommt.
Tiefziehwerkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
dass die beiden unteren Blechhalter (6 , 7 ) mit
ihren Oberseiten eine einstellbare Absperrstufe (11 ) für den Rand
des Bleches (1 ) bilden.
Tiefziehwerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass an der Unterseite des oberen Blechhalters (13 ) eine
der maximalen Stufenhöhe
(11.1 ) der Absperrstufe (11 ) entsprechende Stufe
(20 ) angeordnet ist.
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