DE19646122A1

DE19646122A1 - Niederhalter für die segmentweise Steuerung des Materialflusses und Verfahren zur Steuerung der Niederhalterkraft

Info

Publication number: DE19646122A1
Application number: DE1996146122
Authority: DE
Inventors: Klaus Prof Dr Ing Siegert
Original assignee: FORSCHUNGSGES UMFORMTECHNIK
Current assignee: FORSCHUNGSGES UMFORMTECHNIK
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2016-11-09
Also published as: DE19646122C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Niederhalter für die segmentweise Steuerung des Materialflusses und ein Verfahren zur Steuerung der Niederhalterkraft und findet vorzugsweise in Ziehwerkzeugen für Blechformteile, die in einfach wirkenden Pressen mit hydraulischen Zieheinrich tungen im Pressentisch eingebaut werden, beim Tiefziehen nicht axialsymmetrischer großer Blechformteile, z. B. PKW-Ka rosserieteile wie Kotflügel, Motorhauben- und Heckdeckel beplankungen, Anwendung.

Zum Ziehen dieser großen Blech formteile werden derzeitig meist dreiteilige Werkzeuge aus Grauguß oder Stahlguß eingesetzt. Dabei wird das Blech meist zwischen einem Niederhalter und einem Ziehrahmen geführt. Beim Umformvorgang führt der Pressenstößel eine Vorschubbewegung in Richtung des Bleches aus, wobei das Blech über die Ziehkante des in Vorschubbewegung ange ordneten Ziehrahmens (Matrize) gezogen wird. Dabei ist es erforderlich, daß das Blech kontrolliert einfließt. Um dieses kontrollierte Einfließen und damit ein riß- und faltenfreies einwandfreies Ziehteil zu gewährleisten, müssen über den Umfang gezielte Fließbedingungen geschaffen bzw. eingehalten werden. Die Beeinflussung des Werkstoff flusses wird über folgenden Maßnahmen realisiert:

1. Größe des Blechbereiches (Platinenform) zwischen Nieder halter und Ziehrahmen

Größere Blechbereiche bewirken höhere Reibungs- und Umformkräfte und behindern den Werkstofffluß. Demgegen über bewirkt die Verringerung des Blechzuschnittes eine Begünstigung des Einfließens.

2. Ziehsicken

Über Ziehsicken wird durch Biegeumformung und Reibung das Einfließen des Werkstoffes behindert.

3. Abklemmsicken

Über Abklemmsicken wird ein Werkstofffluß vollständig verhindert.

4. Beeinflussung der Reibung zwischen dem Blech und den beiden Ziehrahmen durch folgende Möglichkeiten

a) Durch Variieren des Spaltes zwischen beiden Ziehrahmen ergeben sich bei einem geringeren Spalt höhere und bei einem größeren Spalt niedrigere Reibungskräfte.
b) Durch Art und Menge des Schmierstoffes zwischen den Ziehrahmen und dem Blech läßt sich örtlich das Einfließen des Bleches über die Ziehkante begünstigen oder behindern.
c) Es ist möglich, durch örtliche Einleitung von Nieder halterkräften den Niederhalter elastisch so zu ver formen, daß sich unterschiedliche Flächenpressungen ergeben. Durch die Anwendung geeigneter Sensoren und den Aufbau von Regel kreisen ist es möglich, das Einfließen des Bleches über die Ziehkante im geschlossenen Regelkreis bei Vorgabe einer Soll-Ein laufkurve zu steuern. Jedoch ist hierbei bisher eine eindeutige Zuordnung der Niederhalterkraft für bestimmte Flächenbereiche nicht gegeben.

Eine Niederhaltervorrichtung, die es gestattet, während des gesamten Tiefziehvorganges einen konstanten Niederhalter druck beizubehalten wird in 29 35 814 beschrieben. Eine eindeutige geometrische Zuordnung von Niederhaltersegmenten zu hierauf wirkenden Niederhalterkräften ist hiermit jedoch nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Niederhalter für die segmentweise Steuerung des Materialflusses und ein Verfahren zu Steuerung der Niederhalterkraft zu entwickeln, mit welchen eine eindeutige Zuordnung der Niederhalterkraft zu definierten Oberflächenbereichen des Niederhalters und somit zu bestimmten Blechbereichen möglich ist, wobei gleichzeitig eine einfache und kostengünstige Herstellung eines einteiligen Niederhalters gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten Patentanspruches und seiner Unteransprüche sowie durch die Merkmale des fünften Patentanspruches gelöst.

Der Niederhalter für die segmentweise Steuerung des Materialflusses beim Ziehen großflächiger, nicht rotations symmetrischer Blechformteile wird dabei an seiner in Richtung zum Blech weisenden Oberfläche in Ziehrahmenober flächensegmente unterteilt.

Der Niederhalter besteht erstmalig aus einem Verbund metallischer Segmenteinsätze und einem Kunststoff. Die Segmenteinsätze werden einzeln durch eine über dem Ziehweg steuer- bzw. regelbare Einzelniederhalterkraft oder eine Gruppe von Einzelniederhalterkräften beaufschlagt, wobei der Kunststoff formschlüssig die Segmenteinsätze so zu einem einteiligen Ziehrahmen (Niederhalter) verbindet, daß eine klare Zuordnung der Einzelniederhalterkraft oder der Gruppe von Einzelniederhalterkräften zu den Ziehrahmenober flächensegmenten gegeben ist. Der Kunststoff übernimmt dabei die Aufgabe einer gelenkigen Verbindung.

In Richtung zum Blech ist der Niederhalter mit einer durchgängigen Kunststoffoberflächenschicht versehen, deren Dicke vorzugsweise 10 bis 15 mm beträgt. Die Kunststoff oberflächenschicht kann zur weiteren Beeinflussung des Materialflusses mit gleitfördernden Substanzen, insbe sondere Graphit oder Molybdändisulfid, versehen werden.

Der Abstand zwischen den in Richtung zum Blech weisenden Oberkanten der Segmenteinsätze sollte vorzugsweise in der Größenordnung von 5 bis 10 mm liegen.

Zur segmentweisen Steuerung des Materialflusses beim Ziehen großflächiger, nicht rotationssymmetrischer Blechformteile wird pro Ziehrahmenoberflächensegment am Pressenbedienbild schirm die Flächenpressung angezeigt. Lediglich durch die Eingabe einer neuen Flächenpressung oder eines prozentualen Differenzwertes für das jeweilige Ziehrahmenoberflächen segment wird die zugehörige Einzelniederhalterkraft oder die Gruppe von Einzelniederhalterkräften geändert.

Dabei kann eine bestimmte Niederhalterkraft z. B. durch direkte Einwirkung der Stangenkraft eines Hydraulik zylinders, oder ggf. einer Gruppe von Hydraulikzylinder stangenkräften, einem bestimmten Segmenteinsatz und damit dem entsprechenden Ziehrahmenoberflächensegment eindeutig zugeordnet werden, d. h. pro Ziehrahmenoberflächensegment ergibt sich eine zugeordnete Niederhalterkraft, was in dieser Eindeutigkeit bisher nicht möglich war.

Die Erfindung koppelt somit die Vorteile eines einteiligen Ziehrahmens bestehend aus gegeneinander verschiebbaren Segmenten mit den Vorteilen eines segmentierten Ziehrahmens durch die Verbindung der einzelnen Ziehrahmen oberflächensegmente mit einem hinreichend flexiblen Kunststoff. Neuartige Polyurethane und verstärkte, vorzugs weise nylonverstärkte Kunststoffe oder Kunststoffe auf Nylonbasis bieten die Möglichkeit, in Ziehwerkzeuge integriert werden zu können. Sie sind sozusagen die Gelenke zwischen den Segmenteinsätzen des Ziehrahmens.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs beispieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Grundaufbau eines Ziehwerkzeuges in einer einfach wirkenden mechanischen oder hydraulischen Presse mit hydraulischer Zieheinrichtung im Pressentisch,

Fig. 2 Unterteilung der Druckfläche des Niederhalters in Oberflächenbereiche,

Fig. 3 Schematische Darstellung der im Kunststoffrahmen angeordneten Segmenteinsätze,

Fig. 4 Ausschnitt eines Niederhalters mit einer in Richtung zum Blech weisenden durchgängigen Schicht.

In Fig. 1 wird der Grundaufbau eines Ziehwerkzeuges in einer einfach wirkenden mechanischen oder hydraulischen Presse mit hydraulischer Zieheinrichtung im Pressentisch P dargestellt. Das Blech 1 wird zwischen dem Niederhalter 2 (auch unterer Ziehrahmen genannt) und einem oberen Ziehrahmen 3 geführt. Beim Abfahren des Pressenstößels 4 wird das Blech 1 über die Ziehkante 5 des Ziehrahmens 3 vom Ziehstempel 6 eingezogen. Auf den in mehrere Segmente (in dieser Darstellung nicht erkennbar) unterteilten Niederhalter 2 wirken die Kolbenstangen 7 der Druckzylinder 8, wobei jedem Segment eine Kolbenstange 7 und ein Druck zylinder 8 zugeordnet sein kann, so daß auf jedes Segment eine Einzelniederhalterkraft FE wirkt. Über die Ventile 9 wird die Einzelniederhalterkraft FE über die Maschin ensteuerung (nicht dargestellt) geregelt.

Die Unterteilung der Druckfläche D des Niederhalters 2 ist in Fig. 2 dargestellt. Die Druckfläche D wird entsprechend der zu erwartenden und geforderten Fließbedingungen des Bleches 1 in Oberflächenbereiche E1, E2 bis En unterteilt. Jedem Oberflächenbereich E1, E2 bis En wird nachfolgend ein Segmenteinsatz 10.1, 10.2 bis 10.n zugeordnet (s. Fig. 3). Die Segmenteinsätze 10.1, 10.2 bis 10.n sind formschlüssig in einem Kunststoffrahmen 11 angeordnet, der entsprechende Ausnehmungen 12.1 bis 12.n aufweist und die Funktion einer gelenkigen Verbindung zwischen den Segmenteinsätzen 10.1, 10.2 bis 10.n übernimmt.

Der Kunststoffrahmen 11 weist gem. Fig. 4 eine durchgängige Schicht 13 auf, die zwischen den Segmenten 10.1 bis 10.n und dem Blech 1 angeordnet ist. Die Dicke H der Schicht 13 sollte in der Größenordnung von 10 bis 15 mm liegen. Der Abstand A der in Richtung zum Blech weisenden Oberseiten der Segmenteinsätze beträgt ca. 5 bis 10 mm. Auf der Rückseite der Segmenteinsätze 10.1, 10.2 bis 10.n wirken die Einzelniederhalterkräfte FE1 bis FEn.

Die Schicht 13 kann zusätzlich durch das Einbringen gleitfördernder Substanzen, z. B. Graphit, Molybdändisulfid (MoS₂) speziell auf die Reibung zwischen Blech 1 und Niederhalter 2 optimiert werden.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein Niederhalter 2 in Form eines Verbundes von Kunststoffrahmen 11 und metallischen Segmenteinsätzen 10.1 bis 10.n geschaffen, der einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist und in eleganter Weise die Vorteile eines einteiligen Niederh alters mit den Vorteilen eines segmentierten Niederhalters verbindet.

Mit dem neuartigen Niederhalter und dem Verfahren zur Steuerung der Niederhalterkraft ist es erstmalig möglich, die Niederhalterkraft FE1 bis FEn den Oberflächenelementen E1 bis En des Niederhalters 2 eindeutig zuzuordnen und auch während des Umformvorganges gezielt zu beeinflussen.

Bezugszeichenliste

1

Blech

2

Niederhalter

3

Ziehrahmen

4

Stößel

5

Ziehkannte

6

Ziehstempel

7

Kolbenstangen

8

Zylinder

9

Ventile

10.1,

. . .,

10

.n Segmente

11

Rahmen

12.1,

. . .,

12

.n Ausnehmungen

13

Schicht oder Platte
A Abstand
D Druckfläche
E1, . . ., En Oberflächenelement
FE1, . . ., FEn Einzelniederhalterkräfte
P Pressentisch

Claims

1. Niederhalter für die segmentweise Steuerung des Materialflusses beim Ziehen großflächiger, nicht rotations symmetrischer Blechformteile, wobei die in Richtung zum Blech (1) weisende Oberfläche des Niederhalters in Ziehrahmenoberflächensegmente (E1 bis En) unterteilt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederhalter (1) aus einem Verbund metallischer Segmenteinsätze (2.1 bis 2.n) und einem Kunststoff (3) besteht, wobei die einzelnen Segmenteinsätze (2.1 bis 2.n) einzeln durch eine über dem Ziehweg steuer- bzw. regelbare Einzelniederhalterkraft oder eine Gruppe von Einzelniederhalterkräften beaufschlagt werden und der Kunststoff (3) formschlüssig die Segment einsätze (2.1 bis 2.n) so zu einem einteiligen Ziehrahmen (1) verbindet, daß eine klare Zuordnung der Einzelnieder halterkraft oder der Gruppe von Einzelniederhalterkräften zu den Ziehrahmenoberflächensegmenten (E1 bis En) gegeben ist, wobei der Kunststoff (3) die Aufgabe einer gelenkigen Verbindung übernimmt.

2. Niederhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederhalter (2) in Richtung zum Blech (1) mit einer durchgängigen Kunststoffoberflächenschicht (13) versehen ist, deren Dicke vorzugsweise 10 bis 15 mm beträgt.

3. Niederhalter nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffoberflächenschicht (13) mit gleitfördernden Substanzen, insbesondere Graphit oder Molybdändisulfid, versehen ist.

4. Niederhalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den in Richtung zum Blech weisenden Oberkanten der Segmenteinsätze (2.1 bis 2.n) 5 bis 10 mm beträgt.

5. Verfahren zur segmentweisen Steuerung des Material flusses beim Ziehen großflächiger, nicht rotations symmetrischer Blechformteile dadurch gekennzeichnet, daß pro Ziehrahmenoberflächensegment (E1 bis En) am Pressen bedienbildschirm die Flächenpressung angezeigt wird und lediglich durch die Eingabe einer neuen Flächenpressung oder eines prozentualen Differenzwertes für das jeweilige Ziehrahmenoberflächensegment (E1 bis En) die zugehörige Einzelniederhalterkraft (FE1 bis FEn) oder die Gruppe von Einzelniederhalterkräften geändert wird.