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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von tiefgezogenen
Hohlteilen, insbesondere von Seitenwandrahmen für Kraftfahrzeuge aus Aluminiumblechen
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1, sowie ein Ziehwerkzeug zur Durchführung eines
solchen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 4.
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Allgemein
bekannte Tiefziehwerkzeuge weisen eine Matrize, einen Ziehstempel
und einen Blechhalter auf, die in Ziehrichtung gegeneinander gesteuert
bewegbar sind. Mit solchen Ziehwerkzeuge werden ebene Blechplatinen
zu tiefgezogenen Hohlteilen verformt. Die Bewegungen der Werkzeugbauteile
zur Umformung der Blechplatinen werden durch Ziehpressen, die maximal
ein dreifachwirkendes Ziehen ermöglichen,
ausgeführt.
Dabei sind die Umformbewegungen je nach Bauart der Ziehpresse zeit-
und druckabhängig
regulierbar.
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Mit
diesen allgemein bekannten Ziehwerkzeugen sind durch Ziehpressen
nur relativ einfache Umformbewegungen ausführbar, so daß entsprechend
nur die Herstellung relativ einfach geformter Ziehteile möglich ist.
Für kompliziert
geformte Ziehteile in Verbindung mit der geforderten Prozeßsicherheit
und Oberflächenqualität sowie
abhängig
vom umzuformenden Werkstoff, z. B. Aluminium, reichen die herkömmlichen
Ziehverfahren und Ziehwerkzeuge nicht aus.
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Es
ist daher bereits bekannt, zusätzliche
Umformbewegungen mittels Stempeleinsätzen durchzuführen, die
im Ziehstempel integriert und über einen eigenen
Steuerantrieb verfahrbar sind. Ein dazu bekanntes, gattungsgemäßes Ziehwerkzeug
(
DE 26 01 423 A1 ,
7) zur Herstellung von Spühltischabdeckungen
aus Edelstahl enthält
im Ziehstempel einen davon unabhängig
verfahrbaren Stempeleinsatz, mit dem zum Erhalt eines Zwischenprodukts
der Boden eines Spühlbeckens
in Ziehrichtung aufwölbbar
ist. Zudem ist hier am Ziehstempel eine in Radialrichtung aufwölbbare Manschette
gezeigt, mit der eine Umformbewegung auch in Radialrichtung durchführbar ist.
Auch ein solches Ziehwerkzeug ist für Ziehteile mit hoher Komplexität nicht
ausreichend.
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Weiter
sind in der Gestalt während
eines Ziehvorgangs veränderbare
Matrizen bekannt. Eine dazu bekannte Matrizenausführung (
EP 0 092 253 A2 )
enthält
einen Matrizeneinsatz als flüssigkeitsgefüllte Druckkammer,
in die die Blechplatine mittels Ziehstempel eingedrückt wird.
Eine solche Anordnung ist aufgrund der Strömungsmedien und Dichtprobleme
aufwendig. Weiter ist eine Matrize bekannt (
EP 0 231 677 B1 ), deren
Matrizenkontur teilweise aus einem elastischen Kissen besteht. Auch
mit solchen Matrizenausführungen
sind nur wenig komplexe Tiefziehteile formbar.
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Weiter
ist aus der
DE 26 51
488 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen
von tiefgezogenen Hohlteilen bekannt, wobei diese Hohlteile hier
insbesondere Spültischabdeckungen
aus Edelstahl mit wenigstens einem Becken und einer sich daran anschließenden Abtropffläche sein
sollen. Eine Platine, die während
der Ziehoperation längs
ihres Randes gehalten ist, wird über
eine der äußeren Kontur
des Hohlteils entsprechenden Ziehkurve gezogen und dabei mit dem
Boden der sich ausbildenden Hohlform zwischen von einander entfernten
Partien der Ziehkurve frei gespannt. Das Ziehwerkzeug umfasst eine
Matrize, einen Stempel und einen Blechhalter, die gegeneinander
bewegbar sind, wobei der Stempel im wesentlichen aus einem dem äußeren Verlauf
des Hohlteils folgenden, die Ziehkurve bildenden Rand mit einer
von diesem umschlossenen, zentralen Mittelausnehmung besteht.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, demgegenüber ein
Verfahren vorzuschlagen, mit dem Ziehteile hoher Komplexität, insbesondere
hochkomplexe Seitenwandrahmen für
Fahrzeuge aus Aluminiumblechen herstellbar sind. Eine weitere Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Ziehwerkzeug zu schaffen, mit dem das
Verfahren zur Herstellung hochkomplexer Ziehteile durchführbar ist.
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Diese
Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und hinsichtlich des Ziehwerkzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs
4 gelöst.
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Gemäß Anspruch
1 liegt in einem ersten Verfahrensschritt das Oberteil des Blechhalters
außen formschlüssig am
Unterteil an. In einem zweiten Verfahrensschritt wird bei beginnendem
Ziehvorgang durch Bewegung des Ziehstempels der Blechhalter verdrängt. In
dem folgenden dritten Verfahrensschritt wird der wenigstens eine
Stempeleinsatz durch ein Weiterbewegen des Ziehstempels formschlüssig an wenigstens
einem, gesteuert in Ziehrichtung verfahrbaren Matrizeneinsatz zur
Anlage gebracht und damit die Funktion eines Blechhalters hergestellt.
In einem vierten Verfahrensschritt wird durch Weiterbewegen des
Ziehstempels der wenigstens eine Matrizeneinsatz von dem zugeordneten
Stempeleinsatz in Ziehrichtung verdrängt. In dem sich anschließenden fünften Verfahrensschritt
wird der Ziehstempel bis zu seinem unteren Totpunkt (UT) und bis
zur Anlage an der Matrize weiterbewegt. Dabei wird der Stempeleinsatz
bei beibehaltener Matrizeneinsatzposition entgegen der Ziehrichtung
verdrängt.
Gegebenenfalls verfährt
dabei ein Bevorratungsstempel im Matrizeneinsatz in Ziehrichtung
und gibt das Ziehteil frei. Anschließend wird in einem sechsten
Verfahrensschritt der Matrizeneinsatz entgegen der Ziehrichtung
verfahren und der Stempeleinsatz verdrängt. Danach ist der Ziehvorgang
abgeschlossen, so daß schließlich in
einem siebten Verfahrensschritt der Ziehstempel, der Stempeleinsatz,
der Blechhalter und ggf. der Bevorratungsstempel in ihre Ausgangsposition
zurückverfahren
werden, wodurch das Ziehteil entnommen und ein weiterer Ziehvorgang
gestartet werden kann.
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Mit
diesem Verfahren können
in die Presse eingebrachte Blechplatinen nunmehr in einem Preßvorgang
durch ein vierfachwirkendes Ziehen umgeformt werden. Dieses vierfachwirkende
Ziehen wird insbesondere durch das Zusammenspiel der relativ zueinander
bewegbaren Bauteile erreicht, nämlich dem
Zusammenwirken von Ziehstempel und Matrize mit dem wenigstens einen
Matrizeneinsatz und dem wenigstens einen Stempeleinsatz im Verlauf
des Tiefziehvorgangs. Bei diesem vierfachwirkenden Ziehen haben
der jeweils wenigstens eine Stempeleinsatz und Matrizeneinsatz eine Doppelfunktion.
So wirken sie in Abhängigkeit
von der Stempelbewegung in einer ersten Funktion als Niederhalter
und in einer zweiten Funktion als Ziehwerkzeug. Sobald der wenigstens
eine Stempeleinsatz formschlüssig
an dem zugeordneten, wenigstens einen Matrizeneinsatz zur Anlage
gebracht wird, ist dabei zudem auch noch eine Funktion als Blechhalter
gegeben. Durch dieses vierfachwirkende Ziehen ist es somit nunmehr möglich, Ziehteile
mit hoher Komplexität,
wie z. B. Seitenrahmen von Fahrzeugen aus Aluminiumblech, in einem
Ziehvorgang herzustellen, wobei diese komplexen Ziehteile sowohl
mit der geforderten Prozeßsicherheit
als auch mit der erforderlichen Oberflächenqualität hergestellt werden.
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Je
nach dem, welches Ziehteil mit diesem vierfach wirkenden Ziehvorgang
tiefgezogen werden soll, können
in dem Stempel und der Matrize jeweils mehrere Stempeleinsätze und
entsprechend zugeordnete Matrizeneinsätze verwendet werden. Für das Tiefziehen
von Seitenwandrahmen von Kraftfahrzeugen aus Aluminiumblechen bietet
sich gemäß Anspruch
2 eine Anordnung von jeweils zwei Stempeleinsätzen und Matrizeneinsätzen an,
die einander entsprechend zweier Türöffnungen eines Seitenwandrahmens
zugeordnet sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird gemäß Anspruch
3 die Bewegung des Blechhalters und des Ziehstempels durch die Ziehpresse
gesteuert, während
die Bewegung des wenigstens eines Stempeleinsatzes durch die Bewegung
des Ziehstempels und den Gegendruck des wenigstens einen zugeordneten
Matrizeneinsatzes gesteuert wird. Die Bewegung des wenigstens einen
Matrizeneinsatzes wird mittels eines Matrizeneinsatzantriebs wegabhängig über den
Ziehstempel gesteuert.
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Ein
Ziehwerkzeug zur Durchführung
eines Ziehverfahrens weist bekanntermaßen wenigstens eine Matrize,
einen Ziehstempel, einen Blechhalter und einen Stempeleinsatz auf,
die in Ziehrichtung gegeneinander gesteuert bewegbar sind. Erfindungsgemäß ist nach
Anspruch 4 in der Matrize wenigstens ein gesteuert bewegbarer Matrizeneinsatz
enthalten, der dem wenigstens einen Stempeleinsatz gegenüberliegt
und mit diesem zusammenwirkt.
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Mit
einem derartigen Aufbau eines Ziehwerkzeugs wird ein vierfachwirkendes
Ziehwerkzeug geschaffen, mit dem ein Verfahren zur Herstellung hochkomplexer
Ziehteile durchführbar
ist. Ein solches Ziehwerkzeug ist insbesondere zur Herstellung von
Seitenwänden
für Fahrzeuge
aus Aluminiumblech geeignet, die als hochkomplexe Ziehteile eine hohe
Oberflächenqualität erfordern.
Zudem kann mit einem derartigen, vierfachwirkenden Ziehwerkeug der
Ziehvorgang auch mit der geforderten Prozeßsicherheit durchgeführt werden.
Der wenigstens eine Matrizeneinsatz und der diesem zugeordnet gegenüberliegende
wenigstens eine Stempeleinsatz wirken in einer Doppelfunktion in
Abhängigkeit
von der Stempelbewegung in einer ersten Funktion als Niederhalter
und in einer zweiten Funktion als Ziehwerkzeug.
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Gemäß Anspruch
5 sind mehrere, vorzugsweise zwei jeweils zusammenwirkende Stempeleinsätze und
Matriezeneinsätze
vorgesehen. Diese sind gemäß Anspruch
6 einzeln druck- und wegregulierbar, wobei eine wegabhängige Steuerung über den Ziehstempel
erfolgt. Ein Ziehwerkzeug mit jeweils zwei zugeordneten Einsätzen eignet
sich insbesondere zum Tiefziehen komplexer Seitenwandrahmen eines
Kraftfahrzeug mit zwei Türöffnungen.
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Der
wenigstens eine Stempeleinsatz wirkt nach Anspruch 7 in Verbindung
mit dem wenigstens einen Matrizeneinsatz bis zum Schließen der
Form zwischen Ziehstempel und Matrize als Blechhalter und führt danach
eine druck- und zeitregulierbare Umformbewegung aus. Zusätzlich zur
Doppelfunktion als Niederhalter und Ziehwerkzeug fungieren die Einsätze hier somit
auch noch als Blechhalter, wodurch ein optimiertes vierfachwirkendes
Ziehen eines Ziehteils möglich
ist.
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Gemäß Anspruch
8 weist der wenigstens eine Stempeleinsatz als Steuerantrieb Bestandteile wenigstens
einer im Ziehstempel enthaltenen Zylinder/Kolben-Einheit auf, die
mittels Druckgas, vorzugsweise durch ein geschlossenes, in den Ziehstempel
eingebautes Stickstoffsystem, steuerbar ist. Das Stickstoffsystem
ist hier im Ziehstempel eingebaut und somit werkzeugzugehörig. Anstelle
von Stickstoff kann auch ein anderes Druckgas verwendet werden.
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Gemäß Anspruch
9 weist der als Steuerantrieb ausgebildete, wenigstens eine Matrizeneinsatz Teile
wenigstens einer in der Matrize enthaltenen Zylinder/Kolben-Einheit
auf. Dieses sind mittels eines Hydrauliksystems zeit- und druckregulierbar,
wobei die Regulierung vorzugsweise in Verbindung mit einem im Pressenumfeld
aufgestellten Hydraulikaggregat erfolgt. Die Hydraulikzylinder sind
somit hier in die Matrize eingebaut und somit werkzeugzugehörig. Die Zeit-
und Druckregulierung des wenigstens einen Matrizeneinsatzes kann über eine
elektromagnetische Steuerung der Hydraulik realisiert werden. Dieser
Steuerantrieb stellt somit einen pressenunabhängigen Antrieb zur Umformung
von Ziehteilen dar.
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Anhand
einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische Schnittansicht durch ein Tiefziehwerkzeug, das einen
ersten Verfahrensschritt ausführt,
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2 eine
schematische Schnittdarstellung eines Tiefziehwerkzeugs, in dem
ein zweiter, auf den ersten Verfahrensschritt folgender Verfahrensschritt dargestellt
ist,
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3 eine
schematische Schnittdarstellung durch ein Tiefziehwerkzeug, das
einen dritten Verfahrensschritt zeigt,
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4 eine
schematische Schnittdarstellung eines Tiefziehwerkzeugs, das einen
vierten Verfahrensschritt zeigt,
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5 eine
schematische Schnittdarstellung durch ein Tiefziehwerkzeug, in dem
ein fünfter
Verfahrensschritt durchgeführt
wird,
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6 eine
schematische Schnittdarstellung eines Tiefziehwerkzeugs, das einen
sechsten, den Ziehvorgang abschließenden Verfahrensschritt zeigt, und
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7 eine
schematische Schnittdarstellung durch ein Tiefziehwerkzeug nach
abgeschlossenem Ziehvorgang, das in einem siebten Verfahrensschritt in
die Ausgangsposition zurückverfahren
wird.
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In
der 1 ist eine schematische Schnittdarstellung eines
Tiefziehwerkzeugs 1 dargestellt. Dieses Tiefziehwerkzeug 1 umfaßt einen
Pressentisch 2, oberhalb dem eine starre Matrize 3 angeordnet
ist. In einem mittleren Bereich der starren Matrize 3 befindet
sich ein erster Matrizeneinsatz 4 sowie beabstandet dazu
ein zweiter Matrizeneinsatz 5.
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Der
Matrizeneinsatz 4 ist über
eine Zylinder/Kolben-Einheit 8 und der Matrizeneinsatz 5 ist über eine
Zylinder/Kolben-Einheit 7 relativ zu der Matrize 3 verfahrbar.
Die Zylinder/Kolben-Einheiten 7, 8 sind mittels
eines hier nicht dargestellten Hydrauliksystems in Verbindung mit
einem im Pres senumfeld aufgestellten Hydraulikaggregat zeit- und
druckregulierbar. Das Hydrauliksystem kann dabei einen Druck von
bis zu 150 Tonnen aufbauen.
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In
den zweiten Matrizeneinsatz 5 ist, wie dies aus den 1 bis 7 ersichtlich
ist, ein Bevorratungsstempel 6 eingesetzt, der relativ
zu diesem zweiten Matrizeneinsatz 5 ebenfalls über ein
Hydrauliksystem gesteuert verfahrbar ist.
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Weiter
umfaßt
das Tiefziehwerkzeug 1 jeweils auf der linken und rechten
Seite der Matrize 3 einen Blechhalter 9, der mittels
einer Blechhalterpresse 11 zusammenwirkt. Über diese
Blechhalterpresse 11 kann der Blechhalter 9 zum
Einspannen eines Ziehteils in Ziehrichtung nach unten auf die Matrize 3 gepreßt werden.
Der Blechhalter 9 ist dabei z. B. gegen eine im Pressentisch 2 angeordnete
Zylinder/Kolben-Einheit eines Hydrauliksystems verschiebbar, was
in den 1 bis 7 allerdings nicht dargestellt
ist.
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Wie
dies aus den 1 bis 7 weiter
ersichtlich ist, umfaßt
das Tiefziehwerkzeug 1 weiterhin einen Pressenstößel 13,
an den sich in Richtung zur Matrize 3 hin ein Ziehstempel 14 anschließt. In den Ziehstempel 14 sind
in einem mittleren Bereich, beabstandet voneinander ein erster Stempeleinsatz 15 und
ein zweiter Stempeleinsatz 16 eingesetzt, die relativ zu
dem Ziehstempel 14 verfahrbar sind.
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Die
Stempeleinsätze 15, 16 werden
durch ein in sich geschlossenes Stickstoffsystem 17, 18 über Bolzen
mit Druck beaufschlagt. Dieser Druck, der über das Stickstoffsystem auf
die Stempeleinsätze 15, 16 wirkt
und etwa eine Größe von ca.
50 Tonnen aufweisen kann, ist regulierbar.
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Die
Durchführung
eines vierfachwirkenden Tiefziehverfahrens mit dem Tiefziehwerkzeug 1 wird nachfolgend
anhand der 1 bis 7 am Beispiel eines
Seitenwandrahmens für
Kraftfahrzeuge aus Aluminiumblechteilen näher erläutert. In den 1 bis 7,
die lediglich schematische Darstellungen sind, ist die zu einem
Seitenwandrahmen tiefzuziehende Blechplatine nicht eingezeichnet.
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In
der 1 ist ein erster Verfahrensschritt dargestellt,
bei dem der Blechhalter 9 zur Einspannung der hier nicht
dargestellten, tiefzuziehenden Blechplatine durch die Blechhalter-Presse 11 nach unten
auf die Matrize 3 gepreßt wird. Der Ziehstempel 14 befindet
sich in diesem Verfahrensstadium 210 mm entfernt von dem unteren
Totpunkt der Presse. In einem zweiten und dritten Verfahrensschritt
wird bei beginnendem Ziehvorgang durch Bewegung des Ziehstempels 14 der
Blechhalter 9 verdrängt,
was der schematischen Darstellung der 2 allerdings
nicht zu entnehmen ist, und durch Weiterbewegen des Ziehstempels 14 der
erste Stempeleinsatz 15 und der zweite Stempeleinsatz 16 formschlüssig an
den entsprechend zugeordneten ersten Matrizeneinsatz 4 und
zweiten Matrizeneinsatz 5 zur Anlage gebracht, wie dies
schematisch in der 3 dargestellt ist. Diese übernehmen
in diesem Verfahrensstadium die Funktion eines Blechhalters. Der
Ziehstempel 14 steht in diesem Verfahrensstadium 70 mm
vor dem unteren Totpunkt der Presse.
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In
einem schematisch in der 4 dargestellten vierten Verfahrensschritt
werden der erste Matrizeneinsatz 4 und der zweite Matrizeneinsatz 5 durch
Weiterbewegen des Ziehstempels 14 von den entsprechend
zugeordneten Stempeleinsätzen 15 und 16 in
Ziehrichtung nach unten verdrängt.
In diesem Verfahrensstadium steht der Ziehstempel 35 mm vor dem
unteren Totpunkt der Presse.
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In
einem in der 5 schematisch dargestellten
fünften
Verfahrensschritt wird der Ziehstempel 14 bis zu seinem
unteren Totpunkt und zur Anlage an die Matrize 3 weiterbewegt.
Der erste Stempeleinsatz 15 und der zweite Stempeleinsatz 16 werden
dabei bei beibehaltener Einsatzposition des ersten Matrizeneinsatzes 4 und
des zweiten Matrizeneinsatzes 5 entgegen der Ziehrichtung
bis 35 mm vor der Fertigform des Türeinstiegs verdrängt. In
diesem Verfahrensstadium kann nun der Bevorratungsstempel 6 um
35 mm nach unten verfahren und das Ziehteil freigeben. In einem
sechsten Verfahrensschritt, der schematisch in der 6 dargestellt
ist, wird der erste Matrizeneinsatz 4 und der zweite Matrizeneinsatz 5 entgegen
der Ziehrichtung um 35 mm nach oben verfahren, wodurch der erste
Stempeleinsatz 15 und der zweite Stempeleinsatz 16 verdrängt werden.
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Nach
diesem Verfahrensschritt ist das vierfachwirkende Tiefziehen einer
Blechplatine abgeschlossen, so daß in einem nachfolgenden siebten Verfahrensschritt,
wie er in der 7 schematisch dargestellt ist,
der Ziehstempel 14 nach oben fährt. Gleichzeitig fahren der
erste Stempeleinsatz 15 und der zweite Stempeleinsatz 16 um
70 mm aus dem Ziehstempel 14 und hebt der Blechhalter 9 ab.
Anschließend
fährt der
Bevorratungsstempel 6 um 35 mm nach oben, so daß das Ziehteil
entnommen werden kann. Anschließend
kann der Ziehvorgang von neuem gestartet werden.