DE19840637B4

DE19840637B4 - Verfahren zum Herstellen einer Falzverbindung zwischen einem Außenblech und einem Innenblech

Info

Publication number: DE19840637B4
Application number: DE1998140637
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Klamser
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1998-09-05
Filing date: 1998-09-05
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2018-09-06
Also published as: DE19840637A1

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Falzverbindung zwischen einem Außenblech (1) und einem Innenblech (2), wobei das Außenblech (1) ein Aluminiumblech oder ein Blech aus einer anderen naturharten Aluminiumlegierung oder einer Legierung vergleichbarer Bruchdehnung ist, mit folgenden Schritten:
– Abkantung des Außenbleches (1)zum Erhalt eines Steges (1a),
– Vorfalzen des Außenbleches (1) durch Biegebeanspruchung zum Erhalt eines Biegewinkels von größer als 90° zwischen dem Steg (1a) und einem ungebogenen Abschnitt (1b) des Außenbleches (1), wobei der für die Abkantung und das Vorfalzen gewählte Biegeradius r_a des Außenbleches (1) etwa dem 2,5- bis 4fachen der Dicke des Außenbleches (1) entspricht;
– Falzen des Außenbleches (1) durch Biegebeanspruchung zum Erhalt eines Biegewinkels von etwa 180° zwischen dem Steg (1a) und dem ungebogenen Abschnitt (1b) im Wesentlichen unter Beibehaltung eines bei der Abkantung und beim Vorfalzen vorliegenden Biegeradius r_a,
– Reduzierung des Biegeradius r_a durch weitere Biegebeanspruchung und gleichzeitige Erzeugung von...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Falzverbindung zwischen einem Außenblech und einem Innenblech, insbesondere bei Kraftfahrzeugen.
Stahlbleche weisen eine wesentlich höhere Bruchdehnung als beispielsweise Bleche aus Aluminiumlegierungen auf. AlMg0,4Si1,2-Außenhautlegierungen für Kraftfahrzeuge weisen zum Beispiel Bruchdehnungen von etwa 22% auf. Stahlbleche können daher, verglichen mit Blechen aus Aluminiumlegierungen, mit wesentlich kleinerem Falzaußenradius gefalzt werden. Typischerweise erzielbare Falzaußenradien bei Stahlblechen liegen in der Größenordnung der 1,45-fachen Blechdicke.
Durch die bei Aluminiumlegierungen und anderen Legierungen vergleichbarer Bruchdehnung herkömmlicherweise notwendigen größeren Falzaußenradien ergeben sich große Bauteildicken sowie große Rundungen an den Bauteilkanten. Dies führt bei dem Einsatz derartiger Werkstoffe an der Kraftfahrzeug-Außenhaut zu optisch sehr breiten Spalten, den sogenannten Lichtkanten. Es ist jedoch wünschenswert, derartige Spalte in der Außenhaut möglichst klein auszubilden.

Es ist beispielsweise bekannt (siehe beispielsweise Mnif Jamal, Untersuchungen über das Falzen (180° Biegen) von Aluminiumblechen. Abschlußbericht zum Forschungsvorhaben EFB/AIF 8077 am Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart, März 1993; oder Wolff, N.P.: Interrelation between Part and Die Design for Aluminum Auto Body Panels. Society of Automotive Engi neers Technical Paper Series No. 780 392, Detroit, Michigan, USA 27.02.1978), daß bei Aluminiumblechen der Legierung AlMg0,4Si1,2 einer Dicke von 1,25 mm zum Abkanten ein Mindestradius von 3,2 mm, d.h. etwa dem 2,5-fachen der Blechdicke notwendig ist. Kleinere Abkantradien führen zu starken Oberflächenaufrauhungen und Rissen. Zum anschließenden Falzen ist dann ein sogenannter "relieved Flachfalz" mit einem Außenradius von etwa dem 1,75-fachen der Blechdicke oder ein Tropfenfalz mit einem Außenradius von etwa dem 2,0-fachen der Blechdicke notwendig. Derartige Falzungen weisen jedoch eine relativ geringe Klemmkraft zwischen den aneinandergefalzten Teilen auf, so daß zur Gewährleistung einer dauerhaft stabilen Verbindung zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind.

Ein Verfahren zum Herstellen einer Falzverbindung zwischen einem Außenblech, welches insbesondere ein Aluminiumblech sein kann, und einem Innenblech einer Kraftfahrzeugtür ist aus der DE 44 45 579 C1 bekannt. Zunächst wird das Außenblech im Randbereich zum Erhalt eines Steges abgekantet. Dann wird der später umzufaltender Steg des Außenbleches zunächst gestreckt und auf eine geringere Wandstärke gebracht, bevor der Falzvorgang eingeleitet wird. Schließlich wird das Außenblech durch Biegebeanspruchung zum Erhalt eines Biegewinkels von etwa 180° zwischen dem Steg und dem ungebogenen Abschnitt um das Innenblech gefalzt. Dieses Verfahren wird als sehr aufwendig angesehen, da vor dem eigentlichen Falzen eine eine sehr genaue Werkzeugführung erfordernde Streckung des Bleches durchgeführt werden muß.

Aus der EP 0 525 759 A1 ist ein Falzverfahren bekannt, bei dem eine rotierende robotergeführte Walze ein Außenblech zum Erhalt eines Steges abgekantet und um ein Innenblech gefalzt wird, wobei das Außenblech durch Biegebeanspruchung zum Erhalt eines Biegewinkels von etwa 180° zwischen dem Steg und dem ungebogenen Abschntt im Wesentlichen unter Beibehaltung eines bei der Abkantung vorliegenden Biegeradius und der ursprünglichen Blechdicke des Außenbleches gefalzt wird und sich unter Bildung einer regelmäßigen U-Form mit seiner Innenseite an dem Innenblech anlegt.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Falzverbindung, mit der auch bei Verwendung von Blechen aus Aluminiumlegierungen oder Legierungen vergleichbarer Bruchdehnung scharfkantige Falzaußenradien ohne die Gefahr von Materialaufrauhungen und Rissen erzielbar sind.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Erfindungsgemäß ist nun ein Verfahren zur Verfügung gestellt, mit dem auch beispielsweise Bleche aus Aluminiumlegierungen oder Legierungen vergleichbarer Bruchdehnung in einfacher Weise mittels Falzung, insbesondere Flachfalzung, mit Blechen aus beliebigen anderen Werkstoffen verbindbar sind. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist gewährleistet, daß flache, geschmeidige Falz- bzw. Bauteilkanten entstehen. Gegenüber herkömmlichen Falzkanten von Blechen aus Aluminiumlegierungen sind wesentlich kleinere Falzradien bzw. Falzaußenradien ohne Aufrauhungen oder Risse im Blech herstellbar. Hierdurch können Lichtkanten bzw. optische Spalte zwischen Bauteilen auch bei Verwendung derartiger Bleche sehr schmal gehalten werden. Ein mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellter Flachfalz bedarf keiner Nachbearbeitung. Durch den erfindungsgemäß erzielbaren kleinen Falz- bzw.- Biegeradius entsteht zwischen Außen- bzw. Beplankungsblech und Innenblech eine größere Klemmkraft als beispielsweise bei der üblicherweise (insbesondere bei Aluminiumblechen) verwendeten Tropfenfalzverbindung. Der für die Abkantung und das Vorfalzen gewählte Biegeradius des Außenbleches entspricht etwa dem 2,5 bis 4-fachen, vorzugsweise dem 2,8 bis 3,4-fachen der Dicke des Außenbleches. Durch diese Maßnahme wird die Biegebeanspruchung des für das Außenblech verwendeten Werkstoffes reduziert bzw. relativ klein gehalten, so daß der Werkstoff anschließend in besonders günstiger Weise weiter umformbar oder falzbar ist bzw. weitere sogenannte Umformreserven aufweist. Sämtliche Verfahrensschritte werden unter Beibehaltung einer ursprünglichen Blechdicke des Außenbleches durchgeführt. Das Außenblech wird durch ein Aluminiumblech, insbesondere einer Legierung der Zusammensetzung AlMgSi, oder ein Blech aus einer anderen naturharten Aluminiumlegierung oder einer Legierung vergleichbarer Bruchdehnung gebildet. Derartige Bleche sind im Kraftfahrzeugbereich sehr vorteilhaft einsetzbar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Vorteilhafterweise entspricht der Biegeradius nach der Reduzierung des Falzradius etwa dem 1,3 bis 1,7-fachen, insbesondere dem 1,5-fachen der Dicke des Außenbleches.

Zweckmäßigerweise ist das Außenblech aus einer Aluminiumlegierung des Typs AlMg0,4Si1,2 hergestellt. Diese Legierung ist in vorteilhafter Weise beispielsweise für Fahrzeugtüren, Fondklappen, Heckdeckel oder Motorhauben verwendbar. Sie ist preiswert herstellbar und weist ein geringes Gewicht auf.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Außenblech eine Dicke von 1,0 bis 1,7, insbesondere von 1,25 mm, und/oder das Innenblech eine Dicke von 1–1,5, vorzugsweise 1,15 mm auf.

Zweckmäßigerweise werden die Verfahrensschritte Falzen des Außenbleches und Reduzierung des Biegeradius des Außenbleches mittels einer im Wesentlichen winkelförmigen Fertigfalzplatte durchgeführt, dessen Eckenradius etwa 5% größer ist als ein theoretischer Biegeradius bzw. Falzaußenradius des Außenbleches. Als theoretischer Falzaußenradius wird hierbei etwa das 1,45 -fache der Blechdicke verstanden, so daß sich ein Eckenradius der Fertigfalzplatte von etwa dem 1,5-fachen der Blechdicke ergibt. Es erweist sich, daß der Radius am Bauteil um etwa diesen Betrag kleiner wird.

Es wird bevorzugt, daß wenigstens zwei der Verfahrensschritte Vorfalzen, Falzen und Reduzierung des Radius des Außenbleches mittels der winkelförmigen Fertigfalzplatte durchgeführt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen beschrieben. In dieser zeigt bzw. zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht einer Werkzeuganordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu Beginn des Vorfalzens des Außenbleches, und
2a bis d schematische Seitenansichten einer Werkzeuganordnung während des Falzens und der Reduzierung des Biegeradius des Außenbleches.
In den 1 bis 2d sind die erfindungsgemäß aufeinanderfolgenden Schritte zur Herstellung einer Falzverbindung, beispielsweise für die Tür eines Kraftfahrzeugs, dargestellt.
Ein bereits abgekantetes Außenblech 1 mit einem Abkantflansch bzw. Steg 1a und einem ungebogenen Abschnitt 1b liegt auf einer Auflageplatte 3 auf und wird von einer Gegenhalteplatte 4 festgehalten. Die Abkantung des Außenbleches 1 kann beispielsweise mittels eines (nicht dargestellten) Stempels erfolgen. Der Abkantaußenradius bzw. Biegeradius r_a entspricht etwa dem 2,8 bis 3,4-fachen der Dicke t des Außenbleches 1. Bei einer Blechdicke t von 1,25 mm führt diese Bedingung zu einem Biegeradius von 3,5 bis 4,25 mm.
Anschließend wird der Steg 1a mittels einer Vorfalzplatte 7, welche eine Einlauffläche 7a mit einem Radius Rv, der etwa dem 6-fachen der Blechdicke t entspricht, auf einen Biegewinkel von 135° (bezüglich des ungebogenen Abschnitts 1b) angekippt. Dieser Zustand ist in 2a dargestellt, wobei in dieser Figur das abgekantete Außenblech 1 bereits zusammen mit einem Innen blech 2 zwischen der Auflageplatte 3 und der Gegenhalteplatte 4 eingespannt ist. Bei der Anordnung der 2a–2d ist ferner die Vorfalzplatte 7 durch eine Fertigfalzplatte 5 ersetzt, mittels derer der weitere Falzvorgang durchgeführt wird.
Der Falzradius R_F der Fertigfalzplatte 5 ist etwa 5% größer als der theoretische Falzaußenradius bzw. Biegeradius des Außenbleches 1 gewählt. Durch Anheben der Fertigfalzplatte 5 wird zunächst eine Biegung des Steges 1a auf einen Winkel von etwa 180° ausgeführt. Der Steg 1a wird hierbei rein auf Biegung beansprucht. Dieser Verfahrensschritt bzw. Zustand ist in den 2a, 2b dargestellt. Der Biegeradius des Außenbleches 1 bzw. des Steges 1a entspricht in diesem Zustand im Wesentlichen dem Falzaußenradius bzw. Biegeradius r_a im abgekanteten Zustand.
Zur Anpassung des Biegeradius an die Dicke des Innenbleches 2 wird anschließend eine Radiusreduzierung durchgeführt (2c). Diese Radiusreduzierung erfolgt durch weiteres Anheben der Fertigfalzplatte 5. Die Krafteinleitung erfolgt hierbei in dem Bereich, der in 2c mit Bezugsziffer K bezeichnet ist. Hierbei erfährt der Steg 1a eine Stauchbeanspruchung, in deren Verlauf sich der Biegeradius verkleinert und sich die Innenkante des Steges 1a an das Innenblech 2 anlegt. Durch Reibung der Außenseite des Steges 1a an einer Schulter der Fertigfalzplatte 5 entsteht hierbei eine besonders glatte äußere Oberfläche des Außenbleches 1.
Bei weiterer Umformung, nämlich von dem in 2c gezeigten Zustand in den in 2d gezeigten Zustand, werden mittels der Fertigfalzplatte 5 in den Biegebereich des Außenbleches 1 bzw. des Steges 1a tangentiale bzw. Umfangs-Druckspannungen eingeleitet. Hierdurch entsteht im Bereich des Radius bzw. der Biegung ein Materialüberschuß, welcher zu einer Verlängerung des Steges 1a führt. Gleichzeitig wird jedoch auch Material in den Radiusbereich verdrängt und stößt gegen einen seitlichen Anschlag der Fertigfalzplatte 5, wodurch radiale Druckspannungen erzeugt werden. Durch die Kombination bzw. Überlagerung dieser Druckspannungen, d.h. der radialen Druckspannungen mit den tangentialen Druckspannungen (Biegezugspannungen) wird eine Überdehnung des Materials in dem äußeren Biegebereich vermieden, wodurch im Vergleich zu herkömmlichen Falzverfahren für Aluminiumbleche wesentlich kleinere Falzradien ohne oberflächliche Materialaufrauhung oder Anrißgefahr herstellbar sind.
Gemäß einer weiteren, nicht im einzelnen dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Fertigfalzen sowie die Radiusreduzierung mittels einer ebenen Fertigfalzplatte, d.h. einem Falzwerkzeug ohne einen Falzradius R_F, durchgeführt werden. Auch mit einer derartigen Fertigfalzplatte ist die beschriebene Überlagerung von Druckspannungen erzielbar, so daß kleine Falzradien ohne Materialbeeinträchtigungen herstellbar sind.
Es ist ferner möglich, die Schritte Vorfalzen und Fertigfalzen bzw. Radiusreduzierung mit einer einzigen winkelförmigen Fertigfalzplatte, welche beispielsweise der Fertigfalzplatte 5 entsprechen kann, durchzuführen, so daß diese beiden Schritte in einem Arbeitsgang ausgeführt werden können.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Falzverbindung zwischen einem Außenblech (1) und einem Innenblech (2), wobei das Außenblech (1) ein Aluminiumblech oder ein Blech aus einer anderen naturharten Aluminiumlegierung oder einer Legierung vergleichbarer Bruchdehnung ist, mit folgenden Schritten: – Abkantung des Außenbleches (1)zum Erhalt eines Steges (1a), – Vorfalzen des Außenbleches (1) durch Biegebeanspruchung zum Erhalt eines Biegewinkels von größer als 90° zwischen dem Steg (1a) und einem ungebogenen Abschnitt (1b) des Außenbleches (1), wobei der für die Abkantung und das Vorfalzen gewählte Biegeradius r_a des Außenbleches (1) etwa dem 2,5- bis 4fachen der Dicke des Außenbleches (1) entspricht; – Falzen des Außenbleches (1) durch Biegebeanspruchung zum Erhalt eines Biegewinkels von etwa 180° zwischen dem Steg (1a) und dem ungebogenen Abschnitt (1b) im Wesentlichen unter Beibehaltung eines bei der Abkantung und beim Vorfalzen vorliegenden Biegeradius r_a, – Reduzierung des Biegeradius r_a durch weitere Biegebeanspruchung und gleichzeitige Erzeugung von tangentialen und radialen Druckspannungen im Radiusbereich derart, dass sich eine Innenkante des Steges (1a) an das Innenblech (2) anlegt, wobei sämtliche Verfahrensschritte unter Beibehaltung einer ursprünglichen Blechdicke des Außenbleches (1) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegeradius r_a nach seiner Reduzierung etwa dem 1,3 bis 1,7-fachen der Dicke des Außenbleches (1) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenblech (1) aus einer Aluminiumlegierung des Typs AlMg0,4Si1,2 hergestellt ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenblech (1) eine Dicke von 1,0 bis 1,7 mm und/oder das Innenblech (2) eine Dicke von 1–1,5 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrensschritte Falzen des Außenbleches (1) und Reduzierung des Biegeradius des Außenbleches (1) mittels einer im wesentlichen winkelförmigen Fertigfalzplatte (5) durchgeführt werden, dessen Eckenradius R_F etwa 5% größer ist als ein theoretischer Biegeradius des Außenbleches (1).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigsten zwei der Verfahrensschritte Vorfalzen, Falzen und Reduzierung des Radius des Außenbleches (1) mittels der winkelförmigen Fertigfalzplatte (5) durchgeführt werden.