DE19952105A1

DE19952105A1 - Verfahren und Vorrichtung zum hydromechanischen Tiefziehen von Metallblech

Info

Publication number: DE19952105A1
Application number: DE1999152105
Authority: DE
Inventors: Ralf B Kolleck
Original assignee: Schuler SMG GmbH and Co KG
Current assignee: Schuler SMG GmbH and Co KG
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 1999-10-29
Publication date: 2001-06-28
Also published as: EP1095717A3; EP1095717A2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum hydromechanischen Tiefziehen von Metallblech beschrieben, bei dem das Blech in der Trennebene zwischen einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug, von denen eines die Formkontur aufweist, flüssigkeitsdicht eingespannt, mittels Druckgas in Umformrichtung beaufschlagt und vorgeformt und anschließend in gleicher Richtung mittels des die Formkontur aufweisenden Werkzeugs gegen ein hydraulisches Kissen in dem anderen Werkzeug endgeformt wird. Ferner ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum hydromechanischen Tiefziehen, indem das Blech in der Trennebene zwischen ei nem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug, von denen eines die Formkontur aufweist, flüssigkeitsdicht eingespannt und mittels des die Formkontur aufweisenden Werkzeugs gegen ein hydraulisches Kissen in dem anderen Werkzeug umgeformt wird.

Neben dem herkömmlichen, mechanischen Tiefziehen zum Umfor men von Metallblech setzen sich zunehmend Tiefziehverfahren durch, bei denen das Wirkmedium eine Flüssigkeit, im ein fachsten Fall Wasser, ist. So wird bei dem sogenannten Hy dro-Mec-Tiefziehverfahren (DE 12 40 801) das Blech zwischen einem Niederhalter und einem Unterwerkzeug eingespannt. Das Unterwerkzeug ist als Wasserkasten ausgebildet. Mit dem die Formkontur aufweisenden Oberwerkzeug wird das Blech gegen das als Kissen wirkende Hydraulikmedium umgeformt und das Hydraulikmedium entsprechend dem Vorschub des formenden Werkzeugs verdrängt. Die umgekehrte Arbeitsweise bezeichnet man als hydromechanisches Streck-Umformen, bei dem das Blech mittels steuerbaren Hydraulikdrucks gegen die Form kontur des Oberwerkzeugs umgeformt wird. Das Hydro-Mec-Ver fahren hat den Nachteil, daß danach hergestellte Bauteile mit geringer Wandstärke und schwacher Konturierung nur eine mäßige Formstabilität besitzen. Beim Streck-Umformen wird der gesamte Umformgrad allein durch Strecken des Blechs er arbeitet. Dies führt zwar zu höherer Formstabilität, doch ist das Verfahren hinsichtlich des Umformgrades, als auch hinsichtlich der verarbeitbaren Blechstärken stark einge schränkt.

Um insbesondere tiefere Konturen ausformen zu können, ist das Streck-Stülp-Umformen bekannt (DE 41 34 596), bei dem das eine Werkzeug eine Vorform mit geringerer Formtiefe, das andere Werkzeug die endgültige Formkontur aufweist und beide Werkzeuge mit Druckmittel beaufschlagbar sind. Es wird das fest eingespannte Blech zunächst durch das Druck mittel in das Vorformwerkzeug und anschließend durch Druck beaufschlagung von der anderen Seite in die endgültige Formkontur eingeformt. Dieses Verfahren ist vom Ablauf her, wie auch werkzeug- und maschinentechnisch sehr aufwendig.

Schließlich ist es bekannt (EP 0 704 258), das bei hoher Blechhaltekraft eingespannte Blech mittels des Hydraulikme diums im Unterwerkzeug in das Oberwerkzeug vorzuformen und dabei gleichzeitig zu dehnen und anschließend bei geringe rer Blechhaltekraft auf die Formkontur des Oberwerkzeugs aufzuformen, wobei das Blech keine nennenswerte weitere Dehnung erfährt. Hiermit läßt sich auch bei geringer Blechstärke und mäßigem Umformgrad aufgrund der Dehnung beim Vorformen eine höhere Formstabilität verwirklichen. Nachteilig ist die relativ große Umwälzmenge an Hydraulik medium, so daß das Entleeren zeitaufwendig ist. Auch wird das Material der Vorform beim Endformen gestülpt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das letztgenannte Verfahren zu verbessern, insbesondere höhere Taktzeiten zu ermöglichen und das Stülpen zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Blech mittels Druckgas in Umformrichtung beaufschlagt und vorgeformt und anschließend mittels des die Formkontur auf weisenden Werkzeugs endgeformt wird.

Durch das pneumatische Vorformen ist der Bedarf an Hydrau likmedium beim anschließenden Endformen geringer und wird das Hydraulikmedium im Endformprozeß aus dem Unterwerkzeug ausschließlich verdrängt. Das pneumatische Vorformen er folgt vorzugsweise in das leere oder teilweise gefüllte Un terwerkzeug, das erst gegen Ende oder nach Abschluß des Vorformprozesses mit dem Hydraulikmedium gefüllt bzw. auf gefüllt wird. Anschließend erfolgt das Endformen mittels des die Formkontur aufweisenden Oberwerkzeugs gegen das als Kissen wirkende Hydraulikmedium im Unterwerkzeug, das ent sprechend dem Vorschub des formenden Werkzeugs aus dem Un terwerkzeug verdrängt wird. Das Vorformen und Endformen er folgt in einer Richtung, so daß die Nachteile des Streck- Stülpformens entfallen. Das erfindungsgemäße Verfahren er möglicht es ferner, Verbundbleche und beschichtete Bleche umzuformen, ohne daß es zur Delaminierung oder Rißbildung kommt.

In bevorzugter Ausführung wird das Blech mittels des Druck gases bei hoher Einspannkraft (Blechhaltekraft) vorgeformt und dabei zugleich gedehnt. Dieses Verfahren empfiehlt sich insbesondere beim Umformen höherfester Stähle und geringer Wandstärken. Dabei wird aufgrund der hohen Blechhaltekraft eine gezielte Ausstreckung der späteren Bauteilmitte er reicht, was zu einer besseren Formstabilität des fertigen Bauteils führt. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Blech mittels des die Formkontur aufweisenden Werkzeugs bei dann verminderter Blechhaltekraft endgeformt wird.

Bei einer Verfahrensvariante wird das Blech mit niedriger Blechhaltekraft vorgeformt und bei höherer Blechhaltekraft endgeformt. Dadurch läßt sich das Material beim Vorformen gezielt in die Bauteilmitte bringen und können beim Endfor men komplexere Bauteile bei verringerter Rißneigung herge stellt werden, wobei sich gegenüber konventionellen Tiefziehverfahren eine verringerte Ziehstufenanzahl ver wirklichen läßt.

Durch die Tatsache, daß ein Teil des Umformgrades, nämlich bis zur Bildung der Vorform, mit einem gasförmigen Wirkme dium aufgebracht wird, ist eine schnelle Entleerung möglich und keine Säuberung erforderlich.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vor richtung zum hydromechanischen Tiefziehen von Metallblech vorzuschlagen, mittels der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Eine solche Vorrichtung weist ein Unterwerkzeug, ein Oberwerkzeug und einen Blechhalter auf, wobei das Oberwerkzeug die Formkontur besitzt, während das Unterwerkzeug einen Anschluß für ein Hydraulikmedium auf weist. Eine solche Vorrichtung zeichnet sich erfindungsge mäß dadurch aus, daß in den von dem Oberwerkzeug und dem eingespannten Blech begrenzten Raum Druckgas zuführbar ist.

Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß das Ober werkzeug oder der Blechhalter, sofern er als Niederhalter ausgebildet ist wenigstens einen Druckgasanschluß aufweist, der nach Einspannen des Blechs aufsteuerbar ist.

Ferner kann das Oberwerkzeug wenigstens eine Entlüftungs öffnung aufweisen, die nach Abschluß des Vorformens auf steuerbar ist, so daß beim anschließenden Endformen das die Formkontur aufweisende Werkzeug im wesentlichen unter Atmo sphärendruck gegen das vorgeformte Blech arbeitet. Statt dessen kann der Druckaufbau auch allein durch die Bewegung des die Formkontur aufweisenden Pressenstössels erfolgen.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiels in mehre ren Betriebsphasen beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 die Umformeinheit einer Tiefziehpresse im Aus gangszustand;

Fig. 2 die Umformeinheit gemäß Fig. 1 nach dem Vorfor men des Blechs und

Fig. 3 die Umformeinheit gemäß Fig. 1 nach dem Endfor men des Blechs.

Die Umformeinheit 1 einer ansonsten in üblicher Weise auf gebauten Tiefziehpresse besteht aus einem Unterwerkzeug 2, das als Wasserkasten ausgebildet ist und mit wenigstens einem Kanal 3 ausgestattet ist, über den gemäß Pfeil 4 ein Hydraulikmedium, vorzugsweise Wasser, zuführbar ist. Die Umformeinheit weist ferner ein Oberwerkzeug 5 in Form eines Stempels mit der Formkontur 6 auf. Das Oberwerkzeug 5 ist von einem Niederhalter 7 umgeben und in diesem geführt. Auf der Wirkfläche des Niederhalters ist eine Flachdichtung angeordnet. Der Niederhalter 7 ist mit einem oder mehreren Kanälen 8 versehen, über die das Druckgas gemäß Richtungs pfeil 9 zugeführt wird. Das Druckgas gelangt über einen Ringkanal im Niederhalter und zwischen diesem und der Flachdichtung angeordnete Kanäle oder Spalte in den Raum unterhalb des Stempels 5. Stattdessen kann das Druckgas auch durch den Stempel zugeführt werden.

In das geöffnete Werkzeug wird das Metallblech 10 in Form einer Platine eingelegt und der Niederhalter 7 sowie das Unterwerkzeug 2 zusammengefahren, bis das Blech 10 fest eingespannt ist. Die Einspannung erfolgt mit einer hohen Blechhaltekraft F₁. Nach dem Einspannen des Blechs wird Druckgas in den Raum zwischen Oberwerkzeug 5 und Blech 10 zugeführt und letzteres unter Wirkung des Druckgases in das Unterwerkzeug 2 vorgeformt, wobei die Vorform achssym metrisch ausgebildet ist. Das Vorformen kann bei hoher Blechhaltekraft erfolgen und führt dann zu einem Dehnen des Blechs und damit zu einer Stabilisierung. Bei niedriger Blechhaltekraft kann Material vorwiegend in die Bauteilmit te verbracht werden, was sich bei komplexen Bauteilen emp fiehlt. Nach dem Vorformen wird über den Kanal 3 Druckwas ser gemäß Richtungspfeil 4 zugeführt (Fig. 3), so daß das Unterwerkzeug 2 gefüllt bzw. aufgefüllt wird. Bei einer Blechhaltekraft F₂ < F₁ wird das Oberwerkzeug 5 gemäß Pfeil 12 angetrieben und die Vorform gegen das hydraulische Kissen 13 im Unterwerkzeug 2 zum endgültigen Bauteil umge formt, wobei sich das Blech aufgrund der verminderten Blechhaltekraft F₂ zwischen Niederhalter 7 und Unterwerk zeug 2 nachziehen kann.

Claims

1. Verfahren zum hydromechanischen Tiefziehen von Metall blech, indem das Blech in der Trennebene zwischen einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug, von denen eines die Formkontur aufweist, flüssigkeitsdicht eingespannt und mittels des die Formkontur aufweisenden Werkzeugs gegen ein hydraulisches Kissen in dem anderen Werkzeug umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech mittels Druckgas in Umformrichtung beaufschlagt und vorgeformt und anschließend mittels des die Formkontur aufweisenden Werkzeugs in der gleichen Richtung endge formt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech mittels des Druckgases bei hoher Einspann kraft vorgeformt und zugleich gedehnt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß das Blech mittels des die Formkontur aufwei senden Werkzeugs bei verminderter Blechhaltekraft end geformt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß das Blech bei niedriger Blechhalte kraft vorgeformt und bei höherer Blechhaltekraft endge formt wird.

5. Vorrichtung zum hydromechanischen Tiefziehen von Me tallblech mit einem Unterwerkzeug, einem Oberwerkzeug und einem Blechhalter, wobei das Oberwerkzeug die Form kontur aufweist, während das Unterwerkzeug einen An schluß für ein Hydraulikmedium aufweist, dadurch ge kennzeichnet, daß in den von dem Oberwerkzeug (5) und dem eingespannten Blech (10) begrenzten Raum (11) Druckgas zuführbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Oberwerkzeug (5) wenigstens ein Druckgasan schluß (9) vorgesehen ist, der nach Einspannen des Blechs (10) aufsteuerbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß am Oberwerkzeug wenigstens eine Entlüf tungsöffnung vorgesehen ist, die nach Abschluß des Vor formens aufsteuerbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechhaltekraft (F₁, F₂) des Blechhalters (7) steuerbar oder regelbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckaufbau in dem von dem Oberwerkzeug (5) und dem Blech (10) begrenzten Raum (11) zumindest teilweise durch die Bewegung des Ober werkzeugs erfolgt.