DE19716663C1

DE19716663C1 - Hydrostatic forming press for sheet metal

Info

Publication number: DE19716663C1
Application number: DE1997116663
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Kaiser; Bernd Hachmann
Original assignee: hde Metallwerk GmbH
Current assignee: hde Metallwerk GmbH
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 1998-06-25
Anticipated expiration: 2017-04-23

Abstract

In a sheet metal hydrostatic forming press, the novelty is that (a) the upper and/or lower die plates (21, 31) are mounted wrt. the ram (15a) and/or the press table (15b) for equalising sheet thickness tolerances; (b) at least one of the die plates (21, 31) is flexible; and (c) a hydraulic functional layer (27), which is fastened at all sides, is located between the flexible die plate. Preferably, the hydraulic functional layer (27) consists of an incompressible medium which flows under pressure, preferably polyurethane.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum hydrosta tischen Umformen von kaltumformbarem metallischem Flachma terial, mit einer oberen Matrizenplatte, auf die ein vertikal beweglicher Pressenstößel einwirkt und einer auf einem Pressentisch gelagerten unteren Matrizenplatte, wobei mindestens eine Matrizenplatte mit einer der gewünschten Form des Blechkörpers entsprechenden Gravur und beide Matrizenplatten innerhalb und/oder gegenüberliegend der Gravur mit Druckmittelkanälen versehen sind und wobei obere und untere Matrizenplatte den umzuformenden Bereich des Blechteils abdichtend zwischen sich aufnehmen.The invention relates to a device for hydrosta table forming of cold-formable metallic flat materials material, with an upper die plate on which a vertically movable press ram acts and one on a lower die plate mounted on a press table, whereby at least one die plate with one of the desired Engraving shape corresponding to the sheet metal body and both Matrix plates inside and / or opposite the Engraving are provided with pressure medium channels and being upper and lower die plate the area of the Hold the sheet metal part between them in a sealing manner.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 41 34 596 A1 der Anmelderin bekannt, in der ein Verfahren zum hydrostatischen Umformen von insbesondere ebenen flä chenhaften Blechkörpern aus kaltumformbaren Metallen und diesbezüglicher Vorrichtung dargestellt und beschrieben ist. In dieser an sich vorteilhaften Vorrichtung können Blechbereiche in gewünschter Weise - beispielsweise mit Be reichen unterschiedlicher Wandstärke - umgeformt werden.Such a device is for example from the DE 41 34 596 A1 known to the applicant, in which a method for hydrostatic forming of flat surfaces in particular Chenlike sheet metal bodies made of cold-formable metals and related device shown and described is. In this device, which is advantageous per se, can Sheet areas in the desired way - for example with Be range of different wall thicknesses - to be reshaped.

Es ist Tatsache, daß das in einer solchen Vorrichtung verarbeitete Blech, welches als Bandmaterial (Coil) von den Walzwerken geliefert wird, Liefertoleranzen von einigen 1/100 mm aufweist. Diese Liefertoleranzen enthalten neben einer generellen Blechdickentoleranz auch Dickenabweichungen über die Coilbreite sowie über die Coillänge. Da es darüber hinaus auch keine 100%ige Parallelität zwischen der oberen und unteren Matrizenplatte geben kann, ist es in der Praxis zu Problemen gekommen. So kann es beim hydraulischen Umformen manchmal in der Dichtungszone zu Verschmiedungen kommen, die im umgeformten Blech später als Abdruck zu erkennen sind. Diese Verschmiedungen sind damit zu erklären, daß beispielsweise in Bereichen, in denen das Walzblech eine größere Dicke aufweist, die Flächenpressung so groß wird, daß die Oberfläche des Bleches beschädigt wird. Daher hat man versucht, bei der hydraulischen Umformung mit geringeren Anpreßkräften zu arbeiten. Dies kann jedoch bei dem beispielsweise ca. 1500 bar hohen Umformdruck zu Abdich tungsproblemen führen.The fact is that in such a device processed sheet metal, which as coil material from the Rolling mills are delivered, delivery tolerances by some Has 1/100 mm. These delivery tolerances also include a general sheet thickness tolerance too Thickness deviations over the coil width as well as over the Coil length. Since it is also not 100% Parallelism between the upper and lower die plate there have been problems in practice. So can sometimes occur in hydraulic forming Sealing zone come to forging, which in the deformed Sheet can later be recognized as an impression. This Forges can be explained by the fact that, for example in areas where the sheet is thicker has, the surface pressure is so great that the Surface of the sheet is damaged. Therefore one has tried with the hydraulic forming with less Pressure forces to work. However, this can be the case with the for example, about 1500 bar high forming pressure to Abdich lead to problems.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine neue Vorrich tung zum hydrostatischen Umformen von kaltumformbarem me tallischem Flachmaterial zu schaffen, mit der bei zumindest gleichbleibender Qualität der Umformung außerhalb des Um formungsbereiches keine Beschädigungen der Blechoberfläche auftreten. The object of the invention is therefore a new Vorrich device for hydrostatic forming of cold-formable me to create metallic flat material with which at least constant quality of the forming outside the form no damage to the sheet metal surface occur.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkma len des Patentanspruchs 1, insbesondere den Merkmalen des Kenn zeichenteils, wonach die obere und/oder untere Matrizen platte gegenüber dem Pressenstößel und/oder dem Pressentisch die Blechdickentoleranzen ausgleichend gelagert sind, daß wenigstens eine der beiden Matrizenplatten biegsam ausgebildet ist und daß zwischen der mindestens einen biegsamen Matrizenplatte und dem Pressenstößel und/oder dem Pressentisch eine allseitig eingespannte hydraulisch wirksame Schicht angeordnet ist.The solution to this problem results from the characteristics len of claim 1, in particular the features of the characteristic drawing part, after which the upper and / or lower matrices plate opposite the press ram and / or the Balancing the sheet thickness tolerances are stored that at least one of the two Matrix plates is flexible and that between the at least one flexible die plate and the Press ram and / or the press table one on all sides clamped hydraulically effective layer is arranged.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß sich mindestens eine Matrizenplatte während des hydrostati schen Umformvorganges im wesentlichen vollständig an die Oberfläche des umzuformenden Flachmaterials anschmiegen kann, so daß unabhängig vom Blechdickenverlauf jeder Be reich des abdichtend von oberer und unterer Matrizenplatte beaufschlagten Bleches (Dichtungszonen) mit einer im we sentlichen gleichen Flächenpressung beaufschlagt wird. Damit werden einerseits Verschmiedungen (Kanten, Absätze, Eindrückungen) vermieden und andererseits eine ausreichende gleichmäßige Abdichtung des Umformbereiches gewährleistet.The device according to the invention has the advantage that at least one die plate during the hydrostati forming process essentially completely to the Fit the surface of the flat material to be formed can, so that regardless of the sheet thickness course each Be range of sealing from upper and lower die plate loaded sheet metal (sealing zones) with an in substantially the same surface pressure is applied. On the one hand, forges (edges, shoulders, Impressions) avoided and on the other hand sufficient ensures uniform sealing of the forming area.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist darüberhinaus die obere Matrizenplatte aus mindestens zwei lediglich aufeinanderliegenden dünnen Teilplatten ge bildet. Diese Anordnung ermöglicht den Einsatz von relativ dünnen, beispielsweise nur 10 mm dicken Matrizenplatten, die eine geringere Biegesteifigkeit aufweisen. Des weiteren wird es durch diese Bauweise möglich, die zum Führen der Druckflüssigkeit vorgesehenen Kanäle auf einfachere Weise in die Oberfläche einer der beiden Matrizenplatten einzu fräsen.In an advantageous embodiment of the invention is also the upper die plate from at least two only superimposed thin sub-plates ge forms. This arrangement enables the use of relative thin, for example only 10 mm thick die plates, which have a lower bending stiffness. Furthermore this design makes it possible to use the Hydraulic fluid provided channels in a simpler way into the surface of one of the two die plates milling.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die hydraulisch wirksame Schicht aus im we sentlichen inkompressiblen, unter Druck fließfähigem Medium gebildet. Durch eine derartige Ausbildung der hydraulisch wirksamen Schicht ist einerseits eine gleichmäßige Kraft übertragung und andererseits auch ein Bewegungsspielraum für die obere Matrizenplatte gewährleistet. Bei einer be vorzugten Ausführungsform kann diese Schicht letztlich aus Polyurethan gebildet sein.In a further advantageous embodiment of the Invention is the hydraulically effective layer in the we considerable incompressible medium that can flow under pressure educated. By such a design of the hydraulic effective layer is on the one hand an even force transmission and on the other hand also freedom of movement guaranteed for the upper die plate. With a be preferred embodiment, this layer can ultimately consist of Be formed polyurethane.

Letztlich ist eine besonders bevorzugte Ausführungs form dadurch gekennzeichnet, daß die biegsame Matrizen platte über Schaftschrauben vertikal bewegbar am Pressenstößel angeordnet ist. Diese beispielhafte Ausbildung der Lagerung der oberen und/oder unteren Matrizenplatte ermöglicht auf einfache Weise eine Verbin dung von Pressenstößel bzw. dem Pressentisch mit der jewei ligen Matrizenplatte, ohne daß eine Lageanpassung der Ma trizenplatte an den Blechdickenverlauf behindert wird.Ultimately, a particularly preferred embodiment Form characterized in that the flexible dies plate can be moved vertically via shaft screws on Press ram is arranged. This exemplary Training the storage of the upper and / or lower Matrix plate enables a simple connection press ram or press table with the respective leaden die plate, without a position adjustment of Ma Trizenplatte is hindered to the sheet thickness.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:Further details of the invention emerge from the following description of an embodiment. It demonstrate:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum hydrostatischen Umformen, Fig. 1 shows a longitudinal section through a device for hydrostatic forming,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung gemäß Schnittlinie II-II in Fig. 1 und Fig. 2 shows a cross section through a device according to section line II-II in Fig. 1 and

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine am Pressentisch ange ordnete untere Matrizenplatte. Fig. 3 is a plan view of a lower die plate arranged on the press table.

In den Zeichnungen ist eine Vorrichtung zum hydrosta tischen Umformen von kaltumformbarem metallischem Flachma terial insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.In the drawings, a device for hydrostatic forming of cold-formable metallic Flachma material is generally designated by the reference number 10 .

Die der sogenannten Streck-Stülp-Umformung dienende Vorrichtung 10 weist ein Säulenführungsgestell 11 auf, welches aus einem Oberteil 12 und einem Unterteil 13 be steht und in dem das eigentliche Umformwerkzeug angeordnet ist.The so-called stretch-overturning device 10 has a column guide frame 11 which consists of an upper part 12 and a lower part 13 and in which the actual forming tool is arranged.

Das Säulenführungsgestell 11 ist zwischen einem nur angedeuteten Pressenstößel 15a und einem Pressentisch 15b gelagert, wobei das Oberteil 12 des Säulenführungsgestells 11 mit dem Pressenstößel 15a bewegungsverbunden ist. Ober- und Unterteil 12 und 13 des Säulenführungsgestells 11 sind über Führungszylinder 14 beweglich miteinander verbunden. Am Oberteil 12 des Säulenführungsgestells 11 ist eine obere Grundplatte 16 schraubbefestigt. Beidseitig der oberen Grundplatte 16 sind Bauteile 17 angeordnet, die der verti kal beweglichen Aufnahme von Schaftschrauben 18 dienen. Ein Gewindeabschnitt 19 der Schaftschraube 18 greift in eine Gewindebohrung 20 einer nur 10 mm dicken oberen Matrizen platte 21 ein. An einer Oberseite 22 der Matrizenplatte 21 liegt eine weitere dünne Matrizenplatte 23 an, die auch als Kanalführungsplatte bezeichnet werden kann, da sie im we sentlichen Kanäle 24 für die Druckflüssigkeit aufnimmt. Auf diese Art und Weise können die Kanäle 24 auf einfache Weise in die nach dem Zusammenbau zur oberen Matrizenplatte 23 weisende Oberfläche 25 der Matrizenplatte 23 eingefräst werden, wobei zusätzlich angeordnete Dichtungen 26 das Aus treten der Druckflüssigkeit während des Betriebs verhin dern. Die Matrizenplatte 23 wird zwischen den beidseitig angeordneten Bauteilen 17 in Vertikalrichtung geführt, wobei zwischen der Matrizenplatte 23 und der oberen Grund platte 16 eine hydraulisch wirksame Schicht 27 angeordnet wird, die beispielsweise aus einem inkompressiblem unter Druck fließfähigem Medium, wie Vulkollan ^(R) besteht.The column guide frame 11 is mounted between an only indicated press ram 15 a and a press table 15 b, wherein the upper part 12 of the column guide frame 11 is motionally connected to the press ram 15 a. The upper and lower parts 12 and 13 of the column guide frame 11 are movably connected to one another via guide cylinders 14 . An upper base plate 16 is screw-fastened to the upper part 12 of the column guide frame 11 . Components 17 are arranged on both sides of the upper base plate 16 , which serve the vertically movable receptacle of shaft screws 18 . A threaded portion 19 of the socket head screw 18 engages in a threaded bore 20 of a top die plate 21 that is only 10 mm thick. On an upper side 22 of the die plate 21 there is a further thin die plate 23 , which can also be referred to as a channel guide plate, since it essentially receives channels 24 for the pressure fluid. In this way, the channels 24 can be milled in a simple manner into the surface 25 of the die plate 23 facing the assembly toward the upper die plate 23 , with additionally arranged seals 26 preventing the hydraulic fluid from escaping during operation. The die plate 23 is guided between the components 17 arranged on both sides in the vertical direction, with a hydraulically effective layer 27 being arranged between the die plate 23 and the upper base plate 16 , which layer consists, for example, of an incompressible medium that can flow under pressure, such as Vulkollan ^(R) .

Eine Unterfläche 28 der Matrizenplatte 21 weist eine erste Gravur 29 auf, in denen jeweils die Druckmittelkanäle 24 münden.A lower surface 28 of the die plate 21 has a first engraving 29 , in each of which the pressure medium channels 24 open.

Auf dem Unterteil 13 des Säulenführungsgestells 11 ist des weiteren eine untere Grundplatte 30 schraubbefestigt. Auf der Grundplatte 30 ist die untere Matrizenplatte 31 be festigt, die der Gravur 29 der oberen Matrizenplatte 21 ge genüberliegend eine die Endform darstellende Gravur 32 auf weist. Auch diese Gravur 32 ist über Druckmittelkanäle 24 mit einer nicht dargestellten Druckmittelpumpe verbunden. Beidseitig der Gravur 32 ist eine zur oberen Matrizenplatte 21 weisende Dichtfläche 33 mit Längsvertiefungen 34 verse hen, deren Querschnitte dem Querschnitt der Gravur 32 (s. Fig. 2) entsprechen. Die Gravur 32 und die Längsvertiefun gen 34 sind beabstandet voneinander in der unteren Matri zenplatte 31 angeordnet, so daß dazwischen Dichtflächenbe reiche 33 angeordnet sind, die parallel zur Unterfläche 28 der oberen Matrizenplatte 21 verlaufen.A lower base plate 30 is further screw-fastened to the lower part 13 of the column guide frame 11 . On the base plate 30 , the lower die plate 31 is fastened, which has the engraving 29 of the upper die plate 21 lying opposite an engraving 32 representing the final shape. This engraving 32 is also connected via pressure medium channels 24 to a pressure medium pump, not shown. On both sides of the engraving is a 32 facing the upper die plate 21 sealing surface 33 verses with longitudinal recesses 34 hen whose cross sections 32 correspond to the cross-section of the engraving (s. Fig. 2). The engraving 32 and the Längenvertiefun conditions 34 are spaced from each other in the lower Matri zenplatte 31 , so that in between rich Rich 33 are arranged, which run parallel to the lower surface 28 of the upper die plate 21 .

Ein strichpunktiert dargestelltes Metallblech 35 wird beispielsweise in Vorschubrichtung x (s. Fig. 2 und 3) in die Vorrichtung 10 eingeschoben. Dabei liegt das Blech 35 auf den Dichtflächenbereichen 33 der unteren Matrizen platte 31 und wird seitlich durch Führungselemente 36 ge führt. Während der Zustellung der Vorrichtung 10 durch Ab senken des Pressenstößels 15a legt sich die biegsame obere Matrizenplatte 21 unabhängig vom Blechdickenverlauf an die Oberfläche des Bleches 35 an. Dies geschieht unter gleich zeitiger Lageveränderung von oberer Matrizenplatte 21 und Kanalführungsplatte 23. Diese Lageveränderung wird durch die hydraulisch wirksame Schicht 27 einerseits sowie die in Vertikalrichtung bewegliche Verbindung zwischen oberer Matrizenplatte 21 und Säulenführungsgestell 11 möglich.A metal sheet 35 shown in broken lines is inserted into the device 10 , for example, in the feed direction x (see FIGS. 2 and 3). The sheet 35 lies on the sealing surface areas 33 of the lower die plate 31 and is guided laterally by guide elements 36 . During the delivery of the device 10 by lowering the press ram 15 a, the flexible upper die plate 21 lays against the surface of the sheet 35 regardless of the sheet thickness profile. This is done while changing the position of the upper die plate 21 and channel guide plate 23 . This change in position is made possible on the one hand by the hydraulically active layer 27 and by the vertically movable connection between the upper die plate 21 and the column guide frame 11 .

Da die Blechdickentoleranzen sich lediglich im Bereich einiger 1/100 mm bewegen, sind selbstverständlich die zur vollständigen Anlage der biegsamen oberen Matrizenplatte 21 sich innerhalb der Vorrichtung 10, insbesondere im Bereich der oberen Matrizenplatte 21, ergebenden Lageveränderungen nur sehr geringfügig. Sie führen jedoch dazu, daß unabhängig vom Blechdickenverlauf und von eventuell nicht vorhandener Parallelität von oberer und unterer Ma trizenplatte 21, 31 während des hydrostatischen Umformvor ganges ein im wesentlichen gleichmäßiger Flächendruck auf das zu verformende Blech 35 im Bereich der Dichtungszonen ausgeübt wird.Since the sheet thickness tolerances are only in the range of a few 1/100 mm, the changes in position which result for the complete contact of the flexible upper die plate 21 within the device 10 , in particular in the area of the upper die plate 21 , are of course only very slight. However, they result in a substantially uniform surface pressure being exerted on the sheet metal 35 to be deformed in the region of the sealing zones, regardless of the sheet thickness profile and any parallelism of the upper and lower die plates 21 , 31 during the hydrostatic forming operation.

Während der Verformung wird nun Druckmittel zunächst über die untere Matrizenplatte 31 in die Gravur 32 einge preßt, so daß sich das Blech 35 der Gravur 29 folgend an die Unterfläche 28 der oberen Matrizenplatte 21 anlegt. Un mittelbar darauf wird dann umgekehrt durch die obere Matri zenplatte 21 hindurch die Gravur 29 mit Druckmittel beauf schlagt, so daß sich der teilumgeformte Blechbereich an die untere Gravur 32 anlegt. Danach wird die Vorrichtung 10 geöffnet und das Blech 35 um ein Schrittmaß in x-Richtung bewegt, so daß der umgeformte Bereich in einer Vertiefung 34 angeordnet ist. Nach einem weiteren Zufahren der Vor richtung 10 beginnt der nächste Umformvorgang.During the deformation pressure medium will first be pressed through the lower die plate 31 is in the engraving 32, so that the plate 35 following applies to the lower surface 28 of the upper die plate 21 of the engraving 29th Un directly on it is then reversed through the upper Matri zenplatte 21 through the engraving 29 with pressure medium strikes so that the partially formed sheet metal area bears against the lower engraving 32 . The device 10 is then opened and the sheet 35 is moved by one increment in the x direction, so that the deformed area is arranged in a recess 34 . After a further closing of the device 10 , the next forming process begins.

Claims

1.Device for the hydrostatic forming of cold-formable metallic flat material, with an upper die plate, on which a vertically movable press ram acts and a lower die plate mounted on a press table, at least one die plate with an engraving corresponding to the desired shape of the sheet metal body and both die plates inside and / or opposite the engraving are provided with pressure medium channels and the upper and lower die plates sealingly receive the area of the sheet metal part to be formed between them, characterized in that the upper and / or lower die plate ( 21 , 31 ) relative to the press ram ( 15 a) and / or the press table ( 15 b), the sheet thickness tolerances are compensated so that at least one of the two die plates ( 21 , 31 ) is flexible and that between the at least one flexible die plate ( 21 , 31 ) there is a hydraulic clamped on all sides ch effective layer ( 27 ) is arranged.

2. Device according to claim 1, characterized in that the upper die plate (21) is formed from at least two superimposed only thin part plates (21, 23).

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the hydraulically active layer ( 27 ) is formed from essentially incompressible, flowable under pressure medium.

4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the layer ( 27 ) is formed from polyurethane.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the flexible die plate ( 21 ) via shaft screws ( 18 ) is arranged vertically movable on the press ram ( 15 a).