DE19827614A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Tiefziehteilen - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Tiefziehteilen aus Blech mit Hilfe einer sogenannten Fluidform (1), die sich in einer hydraulischen Presse (25) befindet, sollen dahingehend verbessert werden, daß man ohne schwere hydraulische Pressen Tiefziehteile herstellen kann, die bisher wegen ihrer Gestaltung und Größe nicht herstellbar waren, wobei die Vorrichtung leicht zu bedienen und unfallsicher sein soll. DOLLAR A Dazu wird vorgesehen, daß auf die mit einem Druckmedium zu befüllende Matrize (4) der Fluidform (1) das tiefzuziehende Blech (5) aufgelegt wird, der Tiefziehvorgang in einer ersten vorverformenden Stufe vollzogen wird, der Druck reduziert und die geschlossene Fluidform (1) der hydraulischen Presse (25) entnommen wird und in den Tunnel (20) einer Hochdruckpresse (13) eingebracht wird, in einer zweiten endverformenden Stufe mit der Membran (23) der Tunnelpresse (13) die geschlossene Fluidform (1) mit einer dem Endverformungshochdruck überlegenen Kraft belastet wird und schließlich das jeweilige Druckmedium in der Matrize (4) auf einen Endverformung bewirkenden Hochdruck gebracht wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Tiefziehteilen aus Blech mit Hilfe einer aus Stempel, Niederhalter und Matritze bestehenden sogenannten Fluidform, die sich betriebsgerecht in einer hydraulischen Presse befindet.

Das klassische Tiefziehverfahren ist seit langem bekannt und hat sich in der Praxis gut bewährt, nicht zuletzt deshalb, weil immer mehr Blechsorten zur Verfügung ste­ hen, die auf Grund ihrer Streckfähigkeit die Herstellung verhältnismäßig komplizierter Gestaltungen zulassen. Der Einsatz von Fluidformen beim Tiefziehen hat eine weite­ re günstige Entwicklung mit sich gebracht, da durch den Einsatz von Flüssigkeiten und auch von gasförmigen Druckmedien in den Matritzen letztere gegenüber reinen Formwerkzeugen wesentlich einfacher bzw. kostengünstiger hergestellt werden kön­ nen. Trotz dieser günstigen Weiterentwicklung von Tiefziehverfahren muß festge­ stellt werden, daß auch dem Fluid-Tiefziehvorgang als solchen Grenzen gesetzt sind, die ihre Begründung in den zur Verfügung stehenden hydraulischen Pressen finden. Theoretisch könnte man den Tonnendruck des Wassers z. B. auch über 100.000 Tonnen ansteigen lassen, jedoch müßten dazu überlegene Gegenkräfte zur Verfü­ gung stehen, die von den hydraulischen Pressen aufzubringen wären, was aber, wenn man die Anschaffungskosten entsprechender hydraulischer Pressen berück­ sichtigt, für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens untragbar ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, gemäß dem man ohne schwere hydraulische Pressen Tiefziehteile herstellen kann, die bis­ her wegen ihrer Gestaltung und Größe nicht herstellbar waren. Zur Aufgabe der Er­ findung gehört es ferner, eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete und kostengünstige Vorrichtung anzugeben, die noch dazu leicht zu bedienen ist und ein unfallsicheres Arbeiten gewährleistet.

Der verfahrensmäßige Teil der gestellten Aufgabe wird in wirtschaftlicher Weise durch die Kombination der im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches aufgeführ­ ten Teilmerkmale gelöst. Dies ist darauf zurückzuführen, daß gemäß dem neuartigen Verfahren das Tiefziehen in zwei Stufen durchgeführt wird, ohne daß es dazu schwe­ rer und in der Anschaffung untragbarer Pressen bedarf. Dies beruht darauf, daß die zweite Stufe des Tiefziehens in eine Tunnel-Hochdruckpresse verlagert ist, die von vornherein eine hohe Leistung hat und für das Tiefziehen bisher ungenutzt blieb. Hinzu kommt auch noch, daß Tunnel-Hochdruckpressen bezüglich ihrer Tonnenlei­ stung mit einem vergleichsweise tragbaren Kostenaufwand zur Verfügung stehen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren jedenfalls lassen sich Tiefziehteile fertigen, die bisher auf Grund ihrer Größe und sonstiger Gestaltung im Tiefziehverfahren als nicht herstellbar gegolten haben. Ein beachtlicher Vorteil des neuen 2-Stufen- Verfahrens ist ferner darin zu sehen, daß das gefürchtete Reißen des jeweiligen Ble­ ches beim Tiefziehen zumindest gemindert wird, da die Verformung in zwei Stufen erfolgt und damit gewissermaßen aufgeteilt wird. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß das "Recken" des Materials, das bekanntlich von dem Bereich des Niederhalters ausgeht, keine gefährlichen Ausmaße annimmt und das Material in der zweiten Tief­ ziehstufe, entfernt vom Niederhalter gestreckt bzw. auskalibriert wird. Damit wird der durch die hohen Schließkräfte einer Tunnelpresse gegebene Vorteil noch weiter ver­ tieft, zumal nunmehr die Möglichkeit besteht, komplizierte, d. h. großflächige Tiefziehteile mit kleinen Radien herzustellen, und dies auf wirtschaftliche Weise.

Um einmal für die erste Tiefziehstufe mit verhältnismäßig kleinen hydraulischen Pressen auszukommen und um zum anderen kein Abreißen des tiefzuziehenden Bleches befürchten zu müssen, ist es zweckmäßig, nach Anspruch 2 vorzugehen.

Für das Erreichen eines Hochdruckes in der Matritze während der zweiten Stufe empfiehlt es sich, entweder nach Anspruch 3 oder nach Anspruch 4 zu handeln. Beim Anschluß an eine Tunnelpresse ist zu beachten, daß eine unmittelbare Druck­ übertragung von der Presse zur Matritze nur dann möglich ist, wenn die Druckmedi­ en gleicher Art sind. Ist dies nicht der Fall, müssen Trennkolben eingeschaltet wer­ den. Ähnliches gilt auch beim Anschluß an andere Druckquellen.

Zur Druckreduzierung nach Beendigung der vorverformenden Stufe wird auf An­ spruch 5 verwiesen.

Eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ergibt sich aus An­ spruch 6.

Bei manchen Gestaltungen und Größen von tiefzuziehenden Teilen ist es zweckmä­ ßig, eine Vorrichtung gemäß Anspruch 7 zum Einsatz zu bringen.

Wenn die jeweilige Fluidform oder eine Gesamtform eine Gestalt hat, daß die Mem­ bran an einzelnen Stellen ins Leere wirken würde, ist zur Abhilfe auf Anspruch 8 zu verweisen.

Da Tiefziehformen erhebliche Gewichte haben und auch das Umsetzen der jeweili­ gen Fluidform zügig von statten gehen soll, ist es zweckmäßig, sich der Lehren der Ansprüche 9 und 10 zu bedienen.

Wieder im Hinblick auf die hohen Gewichte von Formen und auch im Hinblick auf einen reibungslosen Arbeitsablauf ohne Gefahr für Bedienende wird empfohlen, nach Anspruch 11 vorzugehen. Dabei bilden die Leitflächen Führungen, während unter Transportmitteln Hebe- und Zug- und Schiebeeinrichtungen zu verstehen sind.

Zu der ein Druckmedium, z. B. Wasser enthaltenden Matritze ist es bezüglich einer Druck-Absenkung und/oder -Anhebung zweckmäßig, wenn man nach den Ansprü­ chen 12 und 13 vorgeht. Bei gasförmigen Druckmedien wird die Kompressibilität zu berücksichtigen sein, ebenso die Abdichtung der sogenannten Fluidformen.

In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand einer der Durchfüh­ rung des Verfahrens dienenden Vorrichtung beispielsweise erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine sich in einer hydraulischen Presse (die Presse nicht dargestellt) befindli­ che Fluidform mit dem tiefzuziehenden Blech im vertikalen Schnitt;

Fig. 2 die gleiche Form nach der ersten vorverformenden Stufe;

Fig. 3 die Fluidform gemäß Fig. 2, welche die zweite endverformende Stufe bereits durchlaufen hat;

Fig. 4 eine aus zwei Einzelformen bestehende Gesamtform nach einer zweiten end­ verformenden Stufe;

Fig. 5 einen senkrechten Schnitt durch die eigentliche Tunnel-Hochdruckpresse (ohne Tische), in der sich noch die in Fig. 3 dargestellte Fluidform befindet, jedoch nach Beendigung der zweiten endverformenden Stufe;

Fig. 6 die Tunnelpresse gemäß Fig. 5 in Stirnansicht und

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer denkbaren Fertigungsstraße.

Gemäß den Fig. 1 bis 3 besteht eine Fluidform 1 aus einem Stempel 2, einem Nie­ derhalter 3 und einer Matritze 4, die auch Wasserkasten genannt wird. Mit 5 ist das tiefzuziehende Blech bezeichnet, das die Gestalt 6 des Stempels 2 erhalten soll.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß das Blech b in einer ersten Stufe noch nicht vollständig verformt wird, wie dies bei 8 und 9 angedeutet ist, d. h., Feinheiten und kleine Radien sind noch nicht auskalibriert. Die endgültige Kalibrierung wird in einer zweiten Stufe vorgenommen, wie sich dies aus Fig. 3 ergibt.

Die erste vorverformende Stufe erfolgt auf einer normalen hydraulischen Presse, und zwar gegen den Widerstand einer Fluidfüllung 10 (z. B. Wasser) in der Matritze 4. Das Wasser 10 (es könnte auch ein gasförmiges Druckmedium sein) wird der Matrit­ ze 4 über eine Leitung 11 mit einem Ventil 12 zugeführt. Diese Leitung 11 mit Ventil 12 dient auch der Druckregulierung in der Matritze 4 und - wenn die geschlossene Form gemäß Fig. 2 der hydraulischen Presse zu entnehmen ist - zur Druckabsen­ kung auf Werte, welche die jeweilige Fluidform nicht öffnen.

Die zweite endverformende Stufe, die sich vollzogen aus Fig. 3 ergibt, wird in einer noch zu beschreibenden Tunnelpresse 13 vorgenommen, wie sich eine solche aus den Fig. 5 und 6 ergibt.

Die Fig. 4 zeigt eine aus zwei Einzelformen 14, 15 zusammengesetzte Gesamtform 16, die sich zwischen Platten 17, 18 befinden. Daß hier für jede Form eine Leitung 11 mit Ventil 12 vorgesehen sein muß, versteht sich von selbst.

Auf den Aufbau der Tunnel-Hochdruckpresse 13 der Fig. 5 und 6 braucht nicht näher eingegangen zu werden, da Tunnel-Hochdruckpressen seit langem bekannt sind und sich in der praxis bestens bewährt haben. Für die vorliegende Endverformung ist es wesentlich, daß die auf der Abstellfläche 19 eines Tunnels 20 befindliche Fluidform 1 zumindest die Höhe des Tunnels 20 aufweist. Beim Ausführungsbeispiel kommt die Form 1 oder 16 an den Seitenflächen 21, 22 des Tunnels 20 zur Anlage. Durch diese Gestaltung der Form 1 oder 16 ist gewährleistet, daß die Membran 23 der Tunnel- Hochdruckpresse 13 nicht ins Leere wirkt, wodurch sie zerstört würde. Der Vorteil der Endkalibrierung in einem Tunnel 20 einer Hochdruckpresse 13 ist darin zu se­ hen, daß mit der Membran 23 Schließdrücke für die Form 1 oder 16 erreicht werden können, die hohen Mediendrücken von z. B. 2000 bar ohne weiteres gewachsen sind, so daß mit diesem Verfahren aus Blech Tiefziehteile hergestellt werden kön­ nen, die auf hydraulischen Pressen nicht herstellbar sind.

Zu erwähnen ist noch, daß bei Abmessungen einer Fluidform, welche den Abmes­ sungen des Tunnells 20 nicht entsprechen, ausgleichende Füllstücke erforderlich sind, wodurch tatsächlich erreicht ist, daß die Membran 23 nicht ins Leere wirkt und Schaden nimmt.

Das in der Fig. 7 stark schematisiert dargestellte Transportmittel ist als Fertigungs­ straße 24 ausgebildet, in der sich eine hydraulische Presse 25 und die Tunnel- Hochdruckpresse 13 befinden. Diese Fertigungsstraße 24 setzt sich aus im Recht­ eck angeordneten Bahnen, insbesondere Rollbahnen zusammen, wobei Rollen und/oder Kugeln zur Anwendung kommen können. Es ist auch angenommen, daß die Abstellflächen in den Pressen 13, 25 gleich hoch sind, was ideal wäre. Ist dem nicht so, müssen entsprechende Transporthilfsmittel, wie z. B. Hebe- und/oder Ab­ senkvorrichtungen vorgesehen werden, auf die nicht näher eingegangen zu werden braucht, da sie hinreichend bekannt sind.

Die Herstellung von großflächigen Teilen mit engen Radien od. dgl. läuft wie folgt ab:

Eine Fluidform 1 oder 16 wird bei 26 der Fertigungsstraße 24 abgestellt und in Rich­ tung des Pfeiles 27 in die hydraulische Presse 25 eingeschoben. Dort wird - wie be­ kannt - der Stempel und der Niederhalter von der Matritze abgehoben, letztere aus­ gerichtet und das tiefzuziehende Blech 5 auf die Matritze 4 gelegt. Wenn die Matritze 4 noch nicht - wie hier angenommen - mit Wasser 10 befüllt ist, wird dies in der hy­ draulischen Presse 25 vorgenommen. Nunmehr erfolgt die erste Stufe der Verfor­ mung, die sich aus Fig. 2 ergibt. Über die Leitung 11 mit dem Ventil 12 wird der Druck geregelt. Ist das Ende der ersten Stufe erreicht, wird der Druck des Wassers 10 auf Null reduziert und die geschlossene Form 1 oder 16 auf der Fertigungsstraße 24 in Richtung der Pfeile 28, 29 in den Tunnel 20 der Tunnel-Hochdruckpresse 13 gebracht. Dort wird wieder über die Leitung 11 das entspannte Wasser unter einen solchen Druck versetzt, daß eine Endkalibrierung gemäß der Fig. 3 eintritt. Ein weite­ res "Recken" des Bleches 5 im Bereich des Niederhalters 3 erfolgt in der zweiten Endverformungsstufe nicht. Wenn die Endverformungsstufe abgeschlossen ist, wird der Druck des Wassers 10 wieder auf Null abgesenkt und die Form 1 oder die Ge­ samtform 16 der Tunnel-Hochdruckpresse 13 entnommen und in Richtung der Pfeile 30, 31 der Ausgangsstelle 26 zugeführt. Auf dem Weg nach der Tunnel- Hochdruckpresse 13 kann mit einer entsprechenden Vorrichtung der Niederhalter und der Stempel von der Matritze abgehoben und das fertige Teil (vgl. Fig. 3) ent­ nommen werden. Zweckmäßig erscheint es auch, das Öffnen der Fluidform 1 oder 16 in der hydraulischen Presse 25 vorzunehmen und auch dort den fertigen Teil zu entfernen. Anschließend ist das Einlegen eines weiteren noch tiefzuziehenden Ble­ ches 5 ohne weiteres möglich. Mit Linien 32, 33 ist angedeutet, daß die Transport­ straße 24 mit seitlichen Führungen ausgestattet ist. Der Transport der Fluidformen könnte aber auch mit einem Kran erfolgen.

Auf der rechten Seite der Transportstraße 24 ist mit gestrichelten Linien eine zweite Transportbahn 34 mit einer zweiten hydraulischen Presse 35 angedeutet, die vor allem dann von Vorteil ist, wenn verhältnismäßig kleine Formen oder Gesamtformen vorhanden sind, die erst kombiniert den Tunnel 20 auszufüllen vermögen.

Während in Fig. 7 eine Anordnung dargestellt und beschrieben ist, für die größere Flächen in entsprechend großen Räumen zur Verfügung stehen müssen, gibt es auch andere Möglichkeiten, das Verfahren wirtschaftlich abzuwickeln, z. B. dadurch, daß man mit den hydraulischen Pressen 25, 35 oder auch mit einer einzigen hydrau­ lischen Presse von einer Tunnelpresse 13 entfernt gewissermaßen auf Vorrat arbei­ tet, d. h., das vorgeformte Blech 5 wird der Form entnommen, gestapelt und später an die Tunnel-Hochdruckpresse 13 herangeführt, wenn diese zur Verfügung steht.

Es versteht sich, daß die zuerst beschriebene Fertigungsstraße 24 ein zeitraffendes Arbeiten gewährleistet, was bei Alternativlösungen nicht möglich ist. Dieser Nachteil fällt aber nicht ins Gewicht, wenn man die mit der Zweistufenverformung erzielten Vorteile entsprechend würdigt, denn mit dieser sind tatsächlich Teile zu fertigen, die man bisher nicht beherrscht hat, so daß der Zeitverlust tatsächlich unbedeutend bleibt.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung von Tiefziehteilen aus Blech mit Hilfe einer aus Stem­ pel, Niederhalter und Matritze bestehenden sogenannten Fluidform, die sich be­ triebsgerecht in einer hydraulischen Presse befindet, gekennzeichnet durch die Kombination teilweise bekannter Einzelmerkmale, nämlich dadurch, daß

• a) auf die mit einem Druckmedium, wie mit Wasser, Öl, mit einem Flüssigkeitsge­ misch, mit Gas, Luft od. dgl. zu befüllende Matritze der Fluidform das tiefzuzie­ hende Blech aufgelegt wird,
• b) der Tiefziehvorgang in einer ersten vorverformenden Stufe gegen den Wider­ stand des jeweiligen Druckmediums vollzogen wird,
• c) der Druck des jeweiligen Druckmediums reduziert und die geschlossene Fluid­ form der hydraulischen Presse entnommen wird,
• d) die Fluidform in den Tunnel einer Hochdruckpresse eingebracht wird,
• e) in einer zweiten endverformenden Stufe mit der Membran der Tunnelpresse die geschlossene Fluidform mit einer dem Endverformungshochdruck überlegenen Kraft belastet wird und
• f) schließlich das jeweilige Druckmedium in der Matritze auf einen die Endverfor­ mung bewirkenden Hochdruck gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der ersten vorver­ formenden Stufe des Tiefziehvorganges mit einem Mediumdruck gearbeitet wird, der deutlich unter dem späteren Endverformungsdruck der zweiten endverformen­ den Stufe liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das unter Hochdruck befindliche Druckmedium der Tunnelpresse mittel- oder unmittelbar auf das je­ weilige Druckmedium der Fluidform wirksam wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Druck­ medium der Fluidform von einer beliebigen Druckquelle aus unter Hochdruck ge­ setzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach vollzogener Vor­ verformung in der ersten Stufe der Druck des jeweiligen Druckmediums derart re­ duziert wird, daß die Form geschlossen bleibt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung aus einer an sich bekannten, einen Stempel (2), einen Niederhalter (3) und eine Matritze (4) aufweisenden Fluidform (1) besteht, die jedoch entsprechend der Länge und des Querschnittes des Tun­ nels (20) der Hochdruck-Tunnelpresse (13) gestaltet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Fluidformen (vgl. 14, 15) eine in den Tunnel (20) einbringbare Gesamtform (16) ergeben.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß Leer­ räume der Form (1) bzw. der Gesamtform (16) gegenüber der Preß-Membran (23) mit Füllstücken ausgeglichen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 und mindestens einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verbringen der jeweiligen Form, z. B. von der hydraulischen Presse (25) zur Tunnelpresse (13) ein besonderes Transport­ mittel vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportmittel von einer Rollbahn gebildet ist, die zusammen mit der Abstellfläche der hydrauli­ schen Presse (25) und der Abstellfläche (19) im Tunnel (20) der Hochdruck- Tunnelpresse (13) eine Fertigungsstraße (24) darstellt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fertigungs­ straße (24) mit Leitflächen (vgl. 32, 33) und Transporthilfsmitteln ausgestattet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6 und mindestens einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die das jeweilige Druckmedium (10) aufnehmen­ de Matritze (4) in einer Leitung (11) mit einem einstellbaren Überdruckventil (12) ausgestattet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruckven­ til (12) auf Füllen oder Entleeren bzw. Entspannen umschaltbar ist.