DE19701423A1

DE19701423A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Lochen eines metallischen Bauteils

Info

Publication number: DE19701423A1
Application number: DE1997101423
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Streubel; Dieter Dr Ing Toepker
Original assignee: Benteler Deustchland GmbH
Current assignee: Benteler Deustchland GmbH
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2017-01-18
Also published as: DE19701423C2

Description

Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zum Lochen eines metallischen Bauteils, insbesondere eines Hohlkörpers oder einer Schale, in einem Schneidwerkzeug mittels eines Lochstempels und andererseits eine Vorrich tung zur Durchführung des Verfahrens.

Durch Lochen wird eine Innenform am Bauteil erzeugt. Spe ziell in der Blechbearbeitung kommt hierbei überwiegend das Scherschneiden zum Einsatz, was häufig als Vorberei tung oder als Nach- oder Zwischenbearbeitung zum Umformen durchgeführt wird.

Unter Scherschneiden versteht man grundsätzlich das Zer teilen von Werkstücken zwischen zwei Schneiden, die sich aneinander vorbei bewegen. Der Werkstoff wird hierbei ab geschert. Ein geschlossener Schnitt wird dabei unter Ein satz von Loch- bzw. Schneidstempeln und Schneidmatrizen in Pressen durchgeführt.

Insbesondere das Lochen von Hohlkörpern oder von Bautei len mit komplizierten Geometrien und Hinterschneidungen ist fertigungs- und anlagentechnisch aufwendig, da häufig eine Innenabstützung des Bauteils durch Matrizen oder Schneidplatten unmöglich ist.

Beim Umformen mittels hydraulischem Innenhochdruck werden die Bauteile daher unter bestehendem Innenhochdruck ge locht. Hierbei unterscheidet man zwischen Lochen mit und ohne Matrize.

Beim Lochen mit Matrize liegt eine Matrize außen am Hohl körper an. Der Lochstempel wird zunächst nach innen in den Hohlkörper bewegt. Aufgrund des Einflusses der Stem pelkraft erfolgt eine elastische Deformation. An schließend wird der Stempel zurückgefahren, wobei der Innendruck den Werkstoff im Matrizenbereich andrückt. Der Werkstoff unter dem Lochstempel wird mitgenommen und ab geschert.

Beim Lochen ohne Matrize wird der Lochstempel in den Hohlkörper geführt, bis eine mechanische Trennung er folgt. Die Schnittkante ist hierbei teilweise stark ver formt, da der Innendruck partiell im Schnittkantenbereich nicht groß genug ist, um den Werkstoff abzustützen.

Nachteilig an beiden Verfahrensweisen ist grundsätzlich, daß zur Vermeidung von unzulässigen Formfehlern ein rela tiv großer Innendruck vorhanden sein muß. Hierzu sind insbesondere bei großflächigen Konstruktionen Zuhalte pressen mit hohen Zuhaltekräften sowie Aggregate zur Be reitstellung des aufzubringenden Innenhochdrucks notwen dig.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche bei vergleichsweise geringem Aufwand ein Lochen von metallischen Bauteilen ohne eine mechanische Abstützung durch zusätzliche Matrizen ermöglichen und da bei eine saubere Schnittkante am Bauteil gewährleisten.

Die Lösung des verfahrensmäßigen Teils dieser Aufgabe be steht in den im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen, wohingegen die Lösung des gegenständlichen Teils der Aufgabe in den Merkmale des Anspruchs 2 zu se hen ist.

Kernpunkt der Erfindung bildet die Maßnahme, daß der me tallische Bauteil mindestens im Schnittkantenbereich des Lochstempels beim Schneiden durch die Kraft eines elek trisch erzeugten Magnetfelds im Schneidwerkzeug fixiert wird.

Hierzu ist im Schneidwerkzeug eine dem Lochstempel zuge ordnete elektrische Spule integriert.

Zweckmäßigerweise ist die Spule bzw. die Spulenpakete konzentrisch um den Lochstempel angeordnet (Anspruch 3). Die Kraftwirkung des Magnetfelds ist so ausgerichtet, daß eine präzise Fixierung des Bauteils im Schneidwerkzeug gewährleistet ist, ohne daß die Bewegung des Lochstempels durch das Magnetfeld beeinflußt wird.

Die elektromagnetischen Haltekräfte ziehen das im Schneidwerkzeug positionierte Bauteil gegen die Werkzeug wand. Hierbei wird insbesondere gezielt der Bereich um die Schnittkante festgehalten. Auf diese Weise wird eine Gegenhalterung des Bauteils beim Schneidvorgang gewähr leistet, und zwar ohne eine zusätzliche mechanische Ab stützung.

Besonders vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zum Lochen von Bauteilen aus Blech eingesetzt, bei denen die Zugänglichkeit zur An- bzw. Un terbringung von Innendornen oder Innenabstützungen nicht gegeben ist. Dies ist häufig bei Hohlkörpern bzw. Rohr konstruktionen oder fertigungstechnisch aufwendigen Scha lenbauteilen mit Hinterschneidungen der Fall.

Im Schneidwerkzeug werden ein oder mehrere Elektromagne ten so positioniert, daß das zu lochende Bauteil beim Schneidvorgang festgehalten wird. Hierbei kommt es insbe sondere auf eine Fixierung im Schnittkantenbereich des zu lochenden Bauteils an, um nachteilige Formfehler zu ver meiden. Das Joch der Spule ist so gestaltet, daß die Bewe gung des Lochstempels nicht beeinträchtigt wird. Hierzu kann das Joch beispielsweise mit einer Durchführungsöff nung für den Lochstempel versehen sein.

Beim Auftreffen des Lochstempels wirkt die vertikale Stempelkraft. Aufgrund des Einflusses der Vertikalkraft erfolgt zuerst eine elastische Deformation des Werk stoffs. Das Blech wölbt sich unter dem Lochstempel durch. Gleichzeitig wird der Werkstoff des Bauteils durch die Kraft des Magnetfelds an die Innenseite des Schneidwerk zeugs gepreßt. Auf diese Weise erfolgt eine elektromagne tische Abstützung ohne zusätzliche mechanische Bauteile.

Es entsteht dann ein Kanteneinzug an der Blechoberseite und am Ausschnitt. In der nächsten Schneidphase wird der Werkstoff unter Ausbildung einer glatten Schnittfläche abgeschert.

Steuerungstechnisch ist der Aufbau des Magnetfelds ab laufgerecht in den Fertigungsprozeß eingebunden. Die An steuerung der Spule kann dabei an die Bewegung des Loch stempels geknüpft sein. Die Stärke des Magnetfelds kann in Abhängigkeit von den aufgenommenen Schnittkräften be darfsgerecht prozeßautomatisiert geregelt werden.

Bei der Bemessung der lokalen Ausbildung und der Stärke des Magnetfelds sind verschiedene Parameter zu berück sichtigen. Im wesentlichen sind die Werte abhängig von der Geometrie des zu erzeugenden Schnitts, vom Schneid spalt sowie den Werkstoff- und Bauteileigenschaften, bei spielsweise der Blechdicke und der Festigkeitseigenschaf ten. Die Auslegung der Spulen wird den Belastungsanforde rungen angepaßt.

Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung geeignet für die Bearbeitung von Bau teilen des Automobilbaus. Hier werden genaue Werkstücke in großen Stückzahlen verlangt. Die hohen Anforderungen dieses Industriezweigs können mit dem erfindungsgemäß aufgezeigten Fertigungsverfahren rationell erfüllt wer den.

Die Erfindung ermöglicht das Lochen von Hohlkörpern im Werkzeug, insbesondere von Rohren, unter Wegfall von jeg licher Innenabstützung mit Matrizen. Ferner können auch Bauteile wie Blechschalen im Werkzeug ohne mechanische Unterstützung durch Gegenhalterungen mit Matrizen gelocht werden. Dies ist insbesondere beim Lochen von Bauteilen mit komplizierten Geometrien und Hinterschneidungen vor teilhaft.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeich nungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrie ben. Es zeigen:

Fig. 1 im Vertikalschnitt in technisch generalisier ter Darstellungsweise einen Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Schneidwerkzeug vor dem Schneidvorgang und

Fig. 2 die Darstellung der Fig. 1 nach dem Schneid vorgang.

In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 der obere Teil einer Ma trize eines Schneidwerkzeugs 2 bezeichnet.

Im Schneidwerkzeug 2 ist ein Lochstempel 3 vertikal ver schiebbar angeordnet. An seinem unteren Ende 4 verfügt der Lochstempel 3 über eine schräg verlaufende Schneide 5.

In das Schneidwerkzeug 2 ist eine dem Lochstempel 3 zuge ordnete elektrische Spule 6 integriert. Mit 7 und 8 sind Spulenpakete der Spule 6 bezeichnet.

Die einzelnen Spulenpakete 7, 8 sind im Schneidwerkzeug 2 so positioniert, daß ein zu lochender Blechhohlkörper 9 beim Schneidvorgang festgehalten wird. Die elektromagne tischen Haltekräfte F_H ziehen dabei die Wand 10 des Blech hohlkörpers 9 gegen die Außenwand 11 der Matrize 1. Hier bei wird gezielt der Schnittkantenbereich 12 um den Loch stempel 3 festgehalten. Auf diese Weise wird eine Gegen halterung des Bauteils 9 beim Schneidvorgang erreicht ohne eine mechanische innere Abstützung.

Zum Lochen wird der Blechhohlkörper 9 ohne Innendruck im Schneidwerkzeug 2 positioniert. Anschließend wird der Lochstempel 3 abgesenkt und in den Blechhohlkörper 9 ein gefahren. Hierbei wirkt die vertikale Stempelkraft F_s.

Durch die Spule 6 wird ein Magnetfeld aufgebaut, welches den um den Lochstempel 3 liegenden Bereich (Schnittkantenbereich 12 des Blechhohlkörpers 9) an der Außenwand 11 der Matrize 1 festhält. Das Magnetfeld be wirkt dann eine Gegenhalterung, die wie eine innere Ma trize wirkt.

Die Kraftflußdichte des Magnetfelds nimmt zwar in Bildebene nach außen hin ab. Die Klemmkraft im Schnitt kantenbereich 12 ist jedoch ausreichend groß bemessen, um eine einwandfreie Gegenhalterung beim Lochvorgang zu ge währleisten.

Bei der Abwärtsbewegung des Lochstempels 3 wird dann die gewünschte Lochung hergestellt. Hierbei wird ein Aus schnitt 13 unter Ausbildung einer annähernd glatten Schnittfläche 14 abgeschert.

Bezugszeichenliste

1

Matrize

2

Schneidwerkzeug

3

Lochstempel

4

unteres Ende v.

3

5

Schneide

6

Spule

7

Spulenpaket

8

Spulenpaket

9

Blechhohlkörper

10

Wand v.

9

11

Außenwand v.

1

12

Schnittkantenbereich

13

Ausschnitt

14

Schnittfläche
F_s

Stempelkraft
F_H

Haltekraft

Claims

1. Verfahren zum Lochen eines metallischen Bauteils, insbesondere eines Hohlkörpers oder einer Schale, in einem Schneidwerkzeug (2) mittels eines Lochstempels (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil (9) mindestens im Schnittkantenbereich (12) des Lochstempels (3) beim Schneiden durch die Kraft eines elektrisch erzeugten Magnetfelds im Schneidwerkzeug (2) fixiert wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das Schneidwerkzeug (2) eine dem Lochstempel (3) zugeordnete elektrische Spule (6) integriert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Spule (6) konzen trisch um den Lochstempel (3) angeordnet ist.