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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen und Bearbeiten von
becherförmigen Werkstücken
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Herstellen und Bearbeiten von becherförmigen Werkstücken, insbesondere Dosen,
auf dem Wege des Tiefziehens mit Hilfe eines Ziehstempels und einer aus wenigstens
einem Ziehring gebildeten Matrize, bei dem in einem Arbeitsgang des Ziehstempeln
das Werkstück nach dem Ziehen in der letzten Matrize an seinem freien Rande besäumt
und mit diesem beim Rückhub des Ziehstempels in Bördelwerkzeuge eingefahren und
beim Umbördeln des Randes gleichzeitig vom Ziehstempel abgestreift z wird.
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Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind bekannt. In einem bekannten
Falle erfolgt das Tiefziehen, Besäumen sowie die Flanschbildung in einem Arbeitsgang.
Die Schwierigkeit besteht hierbei darin, das besäumte Werkstück mit seinem Rand
von dem abgeschnittenen Blechteil so weit zu trennen, daB die Bördelwerkzeuge am
Werkstückrand beim Rückhub des Ziehstempels
angreifen können.
Bei sehr dünnen Blechen, wie sie mehr und mehr für die Dosenherstellung Verwendung
finden, ist dieses Angreifen zusätzlich erschwert, weil der besäumte Rand des Formlings
dicht am Stempelumfang anliegt. In diesem bekannten Falle wird das Abrücken des
Werkstücks vom abgetrennten Teil mit Hilfe einer besonderen hydraulischen Einrichtung
in der tiefsten Stellung des Ziehstempels bewerkstelligt. Abgesehen davon, daß dieser
Vorgang aufwendig und umständlich ist und einer besonderen Steuerung bedarf, bleibt
das Problem des dicht am Stempelumfang anliegenden Blechrandes ungelöst. Das gilt
auch für eine andere bekannte Anordnung, bei der das Abrücken auf mechanischem Wege
erfolgt, was nur bei relativ dickem Dosenboden möglich ist. Diesen Schwierigkeiten
ist man bei einer anderen bekannten Anordnung dadurch begegnet, daß man den Blechabfall
nicht auf dem Ziehdorn sondern zwischen zwei senkrecht zu diesem verlaufenden Klemmplatten
beläßt, zwischen denen das tiefzuziehende Blech eingelegt ist. Bei dieser Anordnung
tritt daher das Problem des Abrückens gar nicht auf. Um das Angreifen der Bördelwerkzeuge
zu erleichtern, wird die Hubgeschwindigkeit abrupt vergrößert, wodurch ein Anlegen
des Randes des Werkstückes an den Ziehdorn verhindert wird. Diese Maßnahme ist zwar
bei thermoplastischen Werkstoffen, nicht aber bei Blechen möglich. Es ist Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art so
weiterzubilden, daß die Herstellung tiefgezogener Dosen mit Flansch mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit
wesentlich
erleichtert wird, ohne daß die Gefahr von Störungen bzw. eine Beschädigung des abzuwinkelnden
Flansches zu befürchten sind.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem gleichen
Arbeitsgang der besäumte Randbereich des Werkstücks zunächst geringfügig gegenüber
dem übrigen Bereich eingezogen wird, daß am Ende des Ziehvorganges zugleich auch
der Boden des Werkstücks so weit verformt wird, daß das tiefgezogene Werkstück dabei
eine Relativverschiebung gegenüber dem Tiefziehstempel erfährt und daß bei dieser
Relativbewegung der eingezogene Randbereich des Werkstücks zum radialen Lösen seiner
freien Kante vom Ziehstempel über einen Abschnitt dieses Stempels von zunehmendem
Durchmesser gezogen wird. Bei diesem Verfahren wirken im wesentlichen zwei Maßnahmen
zusammen. Die eine Maßnahme besteht darin, während des Tiefziehens den besäumten
Randbereich des Werkstückes mit einem etwas kleineren lichten Durchmesser als die
übrigen Teile des Werkstückes zu versehen. Die zweite Maßnahme besteht darin, den
Boden des Werkstückes zugleich zu verformen, so daß zusätzliches Material für die
Verformung des Bodens benötigt wird und damit eine weitere Relativbewegung des Werkstückes
gegenüber dem Dorn stattfindet. Die gleichzeitige Verformung des Bodens eines tiefgezogenen
Werkstückes während des Tiefziehvorganges ist an sich bekannt. Im vorliegenden Zusammenhang
bekommt jedoch diese Maßnahme eine besondere Bedeutung, da
hierdurch
der zuvor mit einem engeren lichten Querschnitt versehene Randbereich des Werkstückes
über einen Bereich von größerem Durchmesser des Dornes geschoben wird, so daß sich
der Randbereich aufweitet, um gleichzeitig das Werkstück ausreichend weit von dem
abgeschnittenen Blechteil zu entfernen. Da-,durch entfernt sich der Rand des Werkstückes
ausreichend weit in radialer Richtung vom Umfang des Ziehstempels, so daß er mit
Sicherheit in die Bördelwerkzeuge einläuft, selbst wenn das Werkstück aus dünnstem
Blech besteht. Auf Grund dieser Maßnahmen läßt sich die Fertigung mit außerordentlich
hoher Geschwindigkeit vornehmen, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung des Werkstückrandes
auftritt oder der Bördelvorgang beeinträchtigt wird.
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Zum Ausführen des neuen Verfahrens geht die Erfindung von einer Vorrichtung
mit einem Ziehstempel und wenigstens einem diesem zugeordneten Ziehring aus, wobei.
der Ziehstempel eine mit dem letzten Ziehring zusammenwirkende ringförmige Schneidkante
aufweist und unter dem letzten Ziehring ein nur während des Rückhubes des Ziehstempels
wirksames ringförmiges Bördelwerkzeug vorgesehen ist, welches zugleich zum Abstreifen
des tiefgezogenen gebördelten Werkstückes dient. Diese Vorrichtung wird erfindungsgemäß
so weitergebildet, daß dem Ende des Tiefzieh-Iiubes des Tiefziehstempels ein den
Boden des Werkstückes verformender Bodenformstempel zugeordnet ist und der Tiefziehstempel
unterhalb der ringförmigen Schneidkante
einen gegenüber dem bis
zu seinem Ende im wesentlichen zylindrischen Bereich geringfügig eingezogenen Abschnitt
aufweist. Vorteilhafterweise geht der eingezogene Bereich in die Schneidkante über
eine abgeschrägte Schulter über. Der eingezogene Bereich kann in dem zylindrischen
Bereich des Ziehstempels vorteilhafterweise über einen sich allmählich erweiternden
Übergangsabschnitt übergehen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an
einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht im teilweisen
Schnitt einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, die einen das Werkstück durch eine
Matrize nach unten auf ein Bodenformglied hin treibenden Stempel zeigt.
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Fig. 1 A ist ein vergrößerter senkrechter Teilschnitt, der die Rumpfwand
des Werkstückes beim Einziehen zwischen einen Stempelabschnitt und dem Matrizen-Ziehring
zeigt.
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Fig. 2 ist eine auseinandergezogene Seitenansicht nach Art der Fig.
1, die den Beschneidevorgang zeigt, wie er sich beim fortgesetzten Niedergehen des
Stempels aus der Stellung nach Fig. 1 vollzieht.
Fig. 2 A ist ein
vergrößerter senkrechter Teilschnitt, der den beschnittenen, freien Rand des Werkstückes
in inniger Anlage an einer Schulter des Stempels nach Vollendung des Beschneidevorganges
zeigt.
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Fig. 3 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung
nach den Figuren 1 und 2, die das im gleichen Arbeitsgang vor sich gehende Eindrücken
der Bodenwand des Werkstückes und das Abrücken des beschnittenen freien Werkstückrandes
von der Stempelschulter zeigt.
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Fig. 3 A ist eine vergrößerte Teilansicht des Schulterbereiches des
Stempels mit dem benachbarten Werkstückbereich im senkrechten Schnitt, die deutlicher
den Abstand zwischen dem beschnittenen Werkstückrand und der Stempelschulter wie
auch eine geringe Aufweiterung des oberen Endes der Rumpfwandung zeigt.
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Fig. 4 ist eine auseinandergezogene Seitenansicht und ein Teilschnitt
durch die Vorrichtung nach den Figuren 1 bis 3, die das Formen eines Bördelrandes
mit Hilfe von einer Anzahl von Bördelwerkzeugen beim Zurückziehen des Stempels nach
oben zeigt und Fig. 4 A ist eine vergrößerte Teilansicht, teilweise im Schnitt,
eines der Bördelwerkzeuge und des Stempels, die eine gekrümmte
Fläche
des Bördelwerkzeuges zeigt, welche den Rand des Behälterrumpfes nach außen zur Bildung
eines Bördelrandes von bestimmten Radius ablenkt.
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Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung allgemein
mit 10 bezeichnet und besteht aus einem Patrizenstempel oder -kolben 11 und einer
Matrize 12.
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Die Matrize 12 besteht aus einem Ziehring 13 mit nach dem Stempel
11 zu offener Ringnut 14. Diese dient zur Aufnahme eines in ihr gesicherten, ringförmigen
Ziehwerkzeuges 15, das aus gehärtetem Metall gefertigt ist und eine Fläche 16 (Fig.
1 A) aufweist, die radial nach innen und unten zur Stempelachse divergiert, sowie
eine Fläche 17, die nach innen aufwärts zur Stempelachse divergiert. Die beiden
Flächen 16 und 17 gehen an ihrer umfänglichen Verbindungsstelle 18 (Fig.
1 A) ineinander über, die den vorbestimmten Mindestdurchmesser einer Üffnung 20
des Ziehringes 13 bildet. Dieser bewirkt in Zusammenarbeit mit dem Stempel 11 das
Ziehen oder Gestalten der Rumpfwand 21 eines rohrförmigen Werkstückes 22, z.B. einer
Dose oder eines ähnlichen becherförmigen Werkstückes, das an seinem einen Ende durch
einen ebenen Boden 23 abgeschlossen ist.
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Der Ziehring 13 ist einer, und zwar der letzte einer Anzahl von ähnlichen
nicht dargestellten Ziehringen der Matrize 12,
die den Patrizenstempel
11 umgeben. Im allgemeinen sind noch zwei zusätzliche Ziehringe oberhalb des in
den Figuren 1 und 2 dargestellten Ziehringes 13 angeordnet und jeder dieser von
oben nach unten aufeinanderfolgenden Ringe hat eine Öffnung von etwas geringerem
Durchmesser, so daß ein Werkstück 22, wenn es durch die Matrizenringe vom Stempel
hindurchgetrieben wird, immer dünnwandiger und länger wird.
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Der hairizenstempel 11 besitzt einen zentralen Abschnitt 24 eines
vorbestimmten Mirchmessers. Sein Ende 25 (Fig. 3) weist eine kegelstumpfförmige
Vertiefung 26 auf. Diese wirkt mit der konvexen Oberfläche 27 eines aufrechten ßodenformgliedes
23 in der Weise zusammen, daß diese, wie hierunter noch erläutert. wird, in den
Werkstückboden eine Vertiefung eindrücken. Ein zweiter Abschnitt 31 des Stempels
11 weist im Anschluß an den Abschnitt 24 eine verhältnismäßig seichte Umfangsnute
32 (Fig. 3) auf, die durch eine erste, kegelstumpfförmige Fläche 33 und eine zweite
kegelstumpfförmige Fläche 34 mit dazwischenl1egender dritter kegelstumpfförmiger
Fläche 35 begrenzt ist. Die erste Fläche 33 konvergiert radial nach innen und aufwärts
zur Achse des Stempels und trifft mit der dritten Fläche 35 an der umfänglichen
Verbindungsstelle 36 zusammen. Die Fläche 35 konvergiert ähnlich radial nach innen
und aufwärts zur Stempelachse und trifft mit der zweiten kegelstumpfförmigen Fläche
34 an der umfänglichen Verbindungsstelle 37
zusammen. Der Abschnitt
31 des Stempels il endet in einem zylindrischen oberen Teil 38, der in die zweite
kegelstumpff örmige Fläche 34 an der umfänglichen Verbindungsstelle 40 übergeht
(Fig. 3). Der von einer durch die Fläche 34 gelegten Ebene und der Stempelachse
eingeschlossene Winkel beträgt vorzugsweise 30o. Die Fläche 3.1 ist die am stärksten
konvergierende der Flächen 33 bis 35. Die zweitstlicirkste konvergierende Fläche
ist die Fläche 33, der die am wenigsten stark konvergierende Fläche 35 folgt, die
unter gewissen Umständen überhaupt nicht kegelstumpfförmig zii sein braucht sondern
auch genau zylindrisch gestaltet sein kann. Der Stempel 11 besitzt eine axiale Bohrung
11 (Fig. 4), die an ihrem oberen, nicht dargestellten Ende durch eine ebenfalls
nicht dargestellte flexible Leitung mit einer geeigneten Druckmittelquelle verbunden
ist, und zwar für das Abstreifen des Werkstückes 22, das hierunter näher beschrieben
wird.
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Eine Anzahl im wesentlichen gleich gestalteter Bördelwerkzeuge 45
umgibt den Stempel 11 unterhalb des Ziehringes 13 der Matrize 12. Jedes dieser Bördelwerkzeuge
45 ist um eine Achse 46 schwenkbar. Nicht dargestellte Federmittel suchen die Bördelwerkzeuge
ständig in Richtung der in Fig. 3 eingezeichneten Pfeile zu verdrehen, so daß eine
Nase 47 eines jeden Werkzeuges 45 ständig in Richtung auf die Stempelachse gedrückt
wird. Wie besonders deutlich die Fig. 4 A zeigt, besitzt
jede
Nase eine abgerundete Spitze 48 und eine Bördel-Fläche 5(), die konkav und nach
unten offen ist.
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Auch weist jedes Bördelwerkzeug 45 einen Anschlag 51 in Gestalt eines
Blockes auf, der in üblicher Weise an ihm befestigt ist. Jeder Klotz oder Block
51 besitzt eine Anschlagfläche 52 in einem vorbestimmten Radialabstand vom Stempel
11. Die Schwenkbewegung jedes der Bördelwerkzeuge 45 entgegen der Richtung der in
Fig. 3 eingezeichneten Pfeile findet ihre Grenze an einem, in der in Fig. #1 dargestellten
Stellung, festgestellten ihischlag 53.
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Zu Beginn eines ilrbeitsganges der neuen Stempel- und Matrizenanordnung
10 nimmt der Stempel 11 eine Stellung oberhalb des Ziehringes 130
und der ihm übergeordneten, nicht dargestellten Ihrige, also vollständig außerhalb
und oberhalb der ganzen Riatrize 12, ein. Ein Metallzuschnitt oder ein schwach becherf
örmiges Rohstück wird durch nicht dargestellte übliche Mittel zwischen den obersten
Ziehring und das Ende 25 des Stempels 11 eingebracht, wobei natürlich, wenn es sich
um ein becherförmiges Rohstück handelt, dessen Achse mit der des Stempels genau
fluchten muß.
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Der Stempel 11 wird dann in die Stellung nach i#ig. 1 herabbewegt,
wobei das Werkstück 22 nach und nach vom Stempel durch
die aufeinanderfolgenden
Ziehringe der Matrize 12 getrieben wird. Hierbei vermindert sich die Wandstärke
des Werkstückes unter Vergrößerung seiner Länge oder Höhe. Das eigentliche "Ziehen"
des Werkstückes 22 (unter Verminderung der Wandstärke) ist im wesentlichen vollendet
bevor es durch den letzten Ziehring 13 gedrückt wird. Das heißt, im Gegensatz zu
dem eigentlichen Ziehvorgang, in dem die Wandstärke des Werkstükkes verringert und
seine Länge vergrößert wird, ändern sich im letzten Ziehring 13 die Länge des Werkstückes
und die Wandstärke nur wenig. Das Werkstück erhält vielmehr hier seine endgültig
vorbestimmte, einheitliche Gestalt und Wandstärke. Diese anschließende Ziehwirkung
oder Gestaltung findet an der Stelle 18 (Fig,. 1 A) statt, während der Stempel 11
das Werkstück 22 durch den Ziehring 13 treibt.
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Zwischen dem hintritt de2 Endbereichs 25 des Stempels in den Ziehring
13 und der Stelle, wo sich die kegelstumpfförmige Fläche 33 der Durchgangsstelle
18 nähert, ist die Wandstärke des Rumpfes 21 im wesentlichen einheitlich, was durch
die Bezeichnung "T" in den Figuren 1 und 2 deutlich gemacht ist. Beim Durchgang
der kegelstumpfförmigen Fläche 33 durch die engste Stelle 18 des Ziehringes 13 nimmt
die Wandstärke des Werkstückes in Richtung auf die Stelle 3(i des unteren Stempelbereichs
24 progressiv zu. Diese progressive Verdickung ist durch die Bezeichnung T1 in Figur
2 verdeutlicht.
Beim Durchgang der kegelstumpfförmigen Fläche 35
erfolgt jenseits der engsten Umfangsstelle 18 des Ziehringes 13 eine weitere progressive
Verdickung der tVerkstückwand, die durch die Bezeichnung T2 in Figur 2 und 2 A verdeutlicht
ist.
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hin oberer Randbereich P (Fig. 2 und 2 A) des Werkstückes 22 wird
beim Durchgang der Kante 40 des Stempels 11 durch die engste Stellung 18 des Ziehringes
13 beschnitten, wie das die Fig. 2 A verdeutlicht. Der Umfangsbereich P des iVerkstückes
22 erhält hierbei unmittelbar gegenüber der Kegelstumpffläche oder Schulter 34 die
beschnittene freie Umfangskante E (Fig. 2 A). Ein ringförmiges Abfallstück S verbleibt
zunächst am Ziehring 13 bis zu seiner Entfernung nach dem anschließenden Rückhub
des Stempels 11 in üblicher Weise.
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Während sich das Werkstück 22 mit dem Stempel 11 abwärtsbewegt, liegt
die Nase 4? eines jeden Bördelwerkzeuges 45 an der Außenfläche des Werkstückes 22
an, und zwar aufgrund der Vorspann-Kräfte, welche dazu neigen, die Werkzeuge 45
in Pfeilrichtung in Fig. 3 zu verdrehen.
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Nach dem Beschneiden des Werkstücks 22 setzt der Stempel 11 seine
Abwärtsbewegung aus der in Fig. 2 dargestellten Stellung in die Stellung nach Fig.
3 fort. Während dieser Bewegung berÜhrt der Boden 23 die konvexe Fläche 2? des Bodenformgliedes
28, auf der er bei weiterer Abwärtsbewegung des Stempels 11
mit
einer konkaven Eindrückung 30 versehen wird. Bei diesem Eindrücken des Werkstückbodens
aus der Planlage nach den Figuren 1 und 2 in die konkave Konfiguration nach Fig.
3 wird die Rumpfwand 21 relativ zum Stempel 11 nach unten gezogen, wodurch die freie
Kante E von der Fläche 31 des -Stempels 11 abgerückt und zwischen beiden ein zylindrischer
Spalt G gebildet wird (Fig. 3 A). Bei dieser Relativbewegung zwischen der Rumpfwand
21 und dem Stempelbereich 2.1 wird der Uandabschnitt F' vier Rumpfwand 21 nach außen
erweitert (Fig. i A). Diese Erweiterung P entsteht bei der Abwärtsbewegung cles
,Merkstückes 22 relativ zum Stempel 11 infolge der unterschiedlichen konvergierenden
Winkel der Flächen 33, 35. Das heißt, daß die weniger stark konvergievende
Fläche 33 die stärker konvergierend: Tnnenf llche des Umfangsrandes P radial
nach i111iiG11 druckt, wenn bei der aelativ-Bewegung der Rumpfwand
211 und des Stempels 11 diese Flächen sich relativ zueinander bewegen. Die
durch den kegelstumpffürmigen Abschnitt 33 geformte konvergierende Flüche wird in
gleicher Weise nach außen aufgeweitet, wenn sie während der Bodengestaltung über
die Fläche 33 hinausgelangt, wie das graphisch in den Figuren 3 und 3 A dargestellt
ist. Nachdem die Eindrückung 30 im Werkstückboden gebildet ist, beginnen die nicht
dargestellten Antriebsmittel,den Stempel 11 nach oben aus der in r'ig. 3 gezeichneten
Stellung zurückzuziehen. Bei dieser Bewegung aus Stellung Fig. 3 in die Stellung
der Fig. 4 greift das stumpfe Ende 48 der Nase #1? eines jeden
Bördelwerkzeuges
115 unter dem Einfluß einer nicht dargestellten Feder in den Spalt "G" ein. Infolgedessen
trifft bei fortgesetzter Aufwärtsbewegung des Stempels 11 die freie Ringkante L
des Werkstückrumpfes auf die Bördelt läche 50 und wird an dieser radial nach
außen in einen Bördelrarid F umgeformt (Feg. -1 A). Während dieses Bördelvorganges
wird das Werkstück 2 auf dem Stempel durch die iZeibungshaftung zwischen den Stempelabschnitten
2-1, 33 und der Innenwand des Aerkstückrumpfes 21 festgehalten. Mit dem auftreffen
der freien Umfangskante i des Dördelrandes F auf die Anschlagfläche 52 (feg. 1 .1)
ist der Bö rde lvorgang beendet und durch die weitere Aufwärtsbewegung des Stempels
11 wird (las Werkstück 22 von diesem zit)gestreift. Dieses Abstreifen kann
durch Einführen von Di-cic,-l;luft durch Leitung -1l unterstützt werden.
Während des letztere 'teils der Aufwärtsbewegung des Stempels, niimlich von dem
Zeitpunkt an, wo die Bördelwerkzeuge auf die Kante F des ',i`ei#Icstiikkes 22 auftreffen,
bis zum Entfernen des Werkstückes, begrenzen die Anschläge 53 die Verdrehung der
Bördelwerkzeuge -15, wie sich deutlich aus Fig. 4 ergibt. Nachdem das gebördelte
Werkstück 22 vom Stempel 11 abgestreift ist, entfernt sich dieser aus dem Bereich
der Bördelwerkzeuge -15 und des Bodengestaltungsgliedes 28.infolge seiner weiteren
Aufwärtsbewegung. Der Abfallring S wird durch übliche Abstreifmittel entfernt, indem
hierbei der Stempel sich weiter mich oben bis in seine Ausgangsstellung außerhalb
der Matrize 12
weiterbewegt. Jetzt wird ein neuer Zuschnitt
oder flacher Becher in der oben beschriebenen Weise in Stellung gebracht und der
ganze Arbeitsvorgang des Ziehens, Beschneidens, Bördelns und der Bodenformung wiederholt.