DE2018207C3 - Tiefziehwerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Tiefziehwerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei Tiefziehanlagen mit Tiefziehwerkzeugen nach der Gattung der Erfindung wird das Blech in Bandform zugeführt Ein Stanzmesser stanzt aus dem Blech kreisrunde Scheiben, indem es mit der Außenkante eines Ziehrings als Schere zusammenwirkt Ein im Stanzmesserring eingebauter Niederhalter klemmt den Rand der Scheibe auf dem Ziehring fest, dann drückt ein Ziehstempel durch das Stanzmesser hindurch die Blechscheibe über die Ziehringinnenkante in die Matrize. Beim Eindrücken der Blechscheibe in die Matrize ziehen sich die Ränder der Scheibe nach und nach aus den Klemmbacken des Niederhalters und des Ziehrings heraus und ganz in die Matrize hinein.

Durch genaue Koordinierung der Druckkräfte des Ziehstempels einerseits und des Einklemmens des Blechscheibenrandes andererseits kann ein Maximum an Gleichmäßigkeit der Blechdicke und der hergestellten Hohlkörper erreicht werden. Dieses Problem ist insbesondere bei geringer Blechstärke nicht so einfach zu lösen, wie es einem Nichtfachmann erscheinen mag. Es hat bei den bekannten Konstruktionen von Maschinen zur Herstellung von Hohlkörpern aus Blech zu mancherlei Kompromissen geführt, die sich nicht nur auf die Halterung des Ziehstücks und die Geschwindigkeit seiner Auswechslung gegen eine neue Scheibe bezogen, sondern auch auf die anfallende SchrottmengE.

Bei bekannten Maschinen wird z. B. der Niederhalter

durch lediglich mechanische Mittel auf den Ziehring gedruckt indem der Niederhalter unmittelbar mit Nockenscheiben, Kurbeln oder auch zwischengeschalteten Federn (US-PS 33 95 562) gekuppelt war. Damit ist aber ein bestimmter Endabstand des Niederhalters von dem Ziehring vorgegeben, welcher geringer sein muß als die Blechdicke beträgt weil der Niederhalter sonst keine Haltekraft ausüben könnte. Ist die Haltekraft zu stark, so reißt der Rand des Ziehteils, besonders bei dünnem Blech, leicht ein oder es wird sogar der ganze Boden herausgerissen.

Auch bei noch so genauer Einstellung des Niederhal-

teendabstandes vom Ziehring gelingt es bei den bekannten Maschinen nicht Hohlkörper mit gleichblei bender Blechdicke herzustellen, weil die Dicke des

Blechs im Band unvermeidbare Toleranzen hat

Ein noch größeres Problem ergibt sich aus dem Fließgesetz. Da die metallischen Werkstoffe gewöhnlich aus nicht völlig ungeordneten Kristalliten aufgebaut sind, verhalten sie sich auch nicht isotrop. Sie verformen sich deshalb lokal unterschiedlich. Da auch die Haltekraft während der Zieharbeit nicht völlig gleichmäßig auf die eingeklemmten Ränder der Ziehteile wirkt hat das Metall die Tendenz, an einzelnen Stellen der noch eingeklemmten Ziehteilränder bevorzugt zu fließen. Dadurch entstehen im Hohlkörper Spannungen, die seine Wand stellenweise verdünnen und so Ungleichmäßigkeiten hervorrufen.

Zur Vermeidung der Nachteile einer starren, rein mechanischen Einklemmung des Ziehteils arbeiten andere bekannte Maschinen mit hydraulischen oder pneumatischen Druckmitteln. Es werden dort hydraulische oder pneumatische Zylinder genau gesteuert Mit hydraulischen und pneumatischen Mitteln kann man zu fast jedem Zeitpunkt der Zieharbeit den richtigen Klemmdruck des Niederhalters einstellen und auch den obenerwähnten, aus dem Fließgesetz resultierenden Schwierigkeiten begegnen. Hydraulische und pneumatische Druckmittel drücken aber den Niederhalter ständig auf den Ziehring. Dies hat zur Folge, daß auf den letzten Teil des Ziehteils beim Verlassen der Niederhalterklemmung flächenspezifisch ein besonders großer Druck wirkt der das Blech beansprucht und an den Kanten verdünnt

Diese Nachteile führten zu der Aufgabe, bei einer Vorrichtung nach der Gattung eine Niederhaltersteuerung vorzuschlagen, die exakt mechanisch gesteuert ist und das Ziehteil gleichförmig und elastisch niederhält ohne den Ziehteilrand überzubeanspruchen, so Die Vorrichtung nach der Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen.

Auf diese Weise können nicht nur die auf den Niederhalter und auf den Ziehstempel wirkenden Kräfte koordiniert werden, sondern durch den auf den Niederhalter wirkenden pneumatischen oder hydraulischen Druck kann der Druck auf diesen im Verlauf der Zieharbeit zur Vermeidung der oben erläuterten lokalen Dickenunterschiede aufgrund der Fließgesetze geregelt werden.

Zur Vermeidung der obenerwähnten Kantenverdünnung durch den pneumatischen oder hydraulischen Druck auf den Niederhalter dient dabei ein Anschlag, der die Bewegung des Niederhalters hinreichend begrenzt. Auf diese Weise werden bei der Maschine der Erfindung die Vorteile des rein mechanischen und des rein pneumatisch/hydraulisch ausgeübten Druckes auf den Niederhalter vereinigt, während andererseits die

Nachteile dieser Druckkrafterzeugung vermieden werden.

Die Zeichnung zeigt beispielsweise schematisch und teilweise im Schnitt eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung.

In der Zeichnung ist

F i g. 1 eine Ansicht der Tiefziehanlage,

F i g. 2 ein Schnitt nach Linie 4-4 der F i g. 1,

F i g. 3 ein Querschnitt durch die Maschine, gesehen in Richtung der Pfeile 9-9 der F i g. 2 mit dem Stanzmesser in Wartestellung und dem Tiefziehwerkzeug in seiner tiefsten Stellung,

Fig.4 ein Axialschnitt ähnlich Fig.3 mit dem Stanzmesser in angehobener Stellung,

Fig.5 ein Axialschnitt nach Fig.4 jedoch mit abgesenktem Stanzmesser und aufgesetztem Niederhalter,

F i g. 6 ein Schnitt ähnlich F i g. 5, jedoch bei Beginn der Tiefzieharbeit,

F i g. 7 ein Schnitt ähnlich F i g. 6, jedoch mit mehr abgesenktem Tiefziehstempel,

F i g. 8 ein Schnitt ähnlich F i g. 7, jedoch in Stellung der Werkzeuge, die der Stellung nach F i g. 3 folgt.

In F i g. 1 und 2 dieser Zeichnung ist die Stanz- und Tiefziehmaschine mit 30 bezeichnet. Die Maschine 30 selbst ist in einem Gestell 38 aufgebaut. Der im wesentlichen aus dem Motor 42 und dem Schwungrad 46 bestehende Antrieb der Maschine 30 ist mit 40 bezeichnet Die Welle 48 des Schwungrads 46 ist im Gestell 38 drehbar gelagert. Sie dreht über ein Zahnradgetriebe die Welle 52, die einen Nockentrieb 54 und eine Kurbel 56 bewegt.

Die Einzelheiten des Kurbeltriebs 56 ergeben sich aus der Fi g. 2. Am Ende der Welle 52 ist ein Kurbelarm 72 angeordnet, der über eine Verbindungsstange 76 und einen Bolzen 78 drehbar mit einem Joch 74 verbunden ist. Die Joche 74 sind an den unteren Enden von Säulen 80 befestigt, die aus dem Gestell 38 nach oben hervorragen. Am oberen Ende tragen die Säulen 80 den Tiefziehstempel 82, der demnach bei Drehung der Welle 52 durch den Kurbelarm 72 auf und ab bewegt wird. Der Kurbeltrieb 56 ist in üblicher Weise mit Druckluft-Gegengewichtszylindern 84 ausgerüstet. Der Kurbeltrieb 54 arbeitet in entsprechender Weise und betätigt eine Stanz- und Niederhaltevorrichtung 70.

Die Zeitfolge der Bewegungen der Stanz- und Niederhaltevorrichtung 70 und des Tiefziehstempels 82 sind natürlich von entscheidender Bedeutung für die Funktionsfähigkeit der Maschine. Insbesondere ist es wichtig, die richtige Öffnungsdauer der Vorrichtung 70 einzuhalten. Hierzu dient eine Nockenscheibe im Nockentrieb 54 mit genauer Profilierung.

Unterhalb der Stanz- und Niederhaltervorrichtung 70 und des Tiefziehstempels 82 ist die Matrize 86 angeordnet, mit der die Tiefzieharbeit ausgeführt wird. Die Matrize 86 ist vierfach, um vier Hohlkörper gleichzeitig herstellen zu können.

Eine der Matrizen 86 zeigt Fig.3. Sie setzt sich zusammen aus dem Matrizenschuh 88 der am Gestell 38 befestigt ist Der Schuh 88 hat eine öffnung 90, die einen Teil der Matrize bildet. Oben auf dem Schuh 88 ist eine Ziehringstütze 92 befestigt, auf der mit Haltern 96 ein Ziehring 94 angebracht ist. Der Ziehring 94 hat eine ringförmige Klemmfläche 98 und eine äußere Schneidkante 100. Innen hat der Ziehring 94 eine abgerundete Ziehkante 102. Der Ziehring und die anderen stark beanspruchten Teile der Matrize sind wie üblich aus gehärtetem Stahl. Der fertige Hohlkörper wird aus der öffnung 90 ausgestoßen.

Der obere, bewegliche Teil der Matrize weist eine Schie"" 110 auf, die an der beschriebenen Stanz- und Niede .^vorrichtung 70 befestigt und mit ihr zusammen beweglich ist Ihre Bewegung wird also auch durch den Nockentrieb 54 gesteuert Am unteren Ende der Schiene sind untereinander ein Ziehringzylinderblock 112, ein Matrizenhalter 114, ein Sicherungsring 116 und ein Stanzmesser 118 befestigt Das Stanzmesser 118 hat innen eine Schneidkante 120, welche mit der Schneidkante 100 beim Absenken des Stanzmessers eine Schere bildet Das Stanzmesser weist schließlich auch noch einen sehr genau eingestellten Anschlag 122 auf, dessen Zweck später beschrieben werden wird.

In dem Stanzmesser 118 ist ein Niederhalterring 124 befestigt der sich sowohl zusammen mit dem Stanzmesser 118 als auch relativ zu diesem vertikal bewegen kann. Der Niederhalter 124 liegt in Fiucht mit dem festen Ziehring 94. Er besitzt an der Unterseite eine ringförmige Klemmfläche 126, die der Klemmfiäche 98 des festen Ziehrings 94 gegenüberliegt Der bewegliche Niederhalter 124 ist an einem über ihm angeordneten beweglichen Halter 128 befestigt, welcher ihn außen etwas überragt wodurch ein sehr genau einzustellender Anschlag 130 gebildet wird, der mit dem Anschlag 122 des Stanzmessers 118 zusammenarbeitet, wie später noch genauer beschrieben werden wird.

Dank seiner besonderen Befestigung im Stanzmesser 118 und seiner Verbindung mit dem beweglichen Halter 128 folgt der Niederhalter 124 allen durch die Schiene 110 gesteuerten Bewegungen des Stanzmessers 118 aufwärts und abwärts. Ebenso kann er sich aber auch begrenzt axial relativ zum Messer 118 bewegen. Die letztgenannten Bewegungen werden über einen großen Teil des Tiefzieh-Arbeitsvorganges durch einen ringförmigen Ziehringdruckzylinder 132 gesteuert, der im Ziehringzylinderblock 112 angeordnet ist und den Matrizenhalter 114 als Boden hat.

Der Ziehringdruckzylinder 132 ist ein pneumatischer Druckzylinder. Zur Erleichterung seiner Steuerung wirkt er unter Ausnutzung der Kompressibilität der Luft mit einem unter konstanten Luftdruck stehenden Ringkolben 134 zusammen. Der Ringkolben 134 ist im Zylinder 132 hin- und herbeweglich und stützt sich unten mit einer Ringleiste 136 gegen den Stanzmatrizenhalter 114 ab, der für die Abwärtsbewegung einen Anschlag bildet. Hierbei stößt ein Kranz von Vorsprüngen 138 auf einen Kranz von Bolzen 140.

Die Bolzen 140 durchbrechen frei den Stanzmatrizenhalter 114 und stützen sich auf der Oberfläche 142 des Halters 128 ab. Wie Fig.9 zeigt und wie später noch genauer beschrieben werden wird, ist die Länge der Bolzen 140 und die Begrenzung der Abwärtsbewegung des Kolbens 134 durch die Ringleiste 136 so berechnet, daß die Bolzen 134 in der tiefsten Stellung des Niederhalters 124, in der der Anschlag 130 am Halter 128 dem Anschlag 122 des Stanzmesser 118 ansteht, einen geringen Abstand von den Vorsprüngen 138 des Ringkolbens 134 haben.

Wirkt andererseits ein genügend großer, nach oben gerichteter Druck auf die Klemmfläche 126 des Niederhalters 124, so bewegt sich dieser innerhalb des Stanzmessers 118 aufwärts, wo sich der Halter 128 von dem Stanzmesser trennt. Der Ziehringdruckzylinder 132 drückt den Ziehring 128 über den Bolzen 140 nach unten.

Von der Schiene 168, die an dem Tiefziehstempel 82 befestigt ist, erstreckt sich nach unten das Tiefziehstanz-

werkzeug 17O(Fig. 3).

Das Werkzeug 170 ist als Kolben im Zylinderblock 112 verschieblich und gleitet dabei im Stanzmatrizenhalter 114, im Stanzmatrizensicherungsring 116 und in dem Stanzmesser 118. Das Werkzeug 170 taucht in die Ziehringstütze 92, den Ziehring 94 und die öffnung 90 im Schuh 88 ein.

Die Tiefziehanlage mit dem erfindungsgemäßen Werkzeugsatz arbeitet wie folgt:

Das Blechband 226 wird von den Walzen 230 vom Wickel 224 abgezogen, von den Walzen 238 durch das Schmiermittelbad 236 gezogen und schließlich von den Walzen 180 in die Maschine zur Matrize 86 gefördert. Die Förderung erfolgt absatzweise. Während der Stanz- und Tiefzieharbeit bleibt das Band 226 stehen, in den Arbeitspausen bewegt es sich. Die Matrizenanordnung 86 besteht aus vier unter sich gleichen Einzelmatrizen, so daß vier Hohlkörper gleichzeitig geformt werden. Bei jeder Umdrehung der Welle 52 bzw. des Kurbelarms 72 entstehen vier Hohlkörper.

Bei jeder Drehung der Welle 52 bewegt der Nockentrieb die Stanz- und Niederhaltervorrichtung um etwa 5 cm auf und ab und der Kurbelarm 72 den Tiefziehstempel 82 um etwa 13,8 cm. Das Heben und Senken der Vorrichtung 70 bewirkt eine Auf- und Abbewegung des Stanzmessers 118 um etwa 5 cm. Die Bewegung des Tiefziehstempels 82 verursacht eine gleich große Bewegung des Tiefziehwerkzeugs 170. Diese hin- und hergehenden Bewegungen einschließlich der Öffnungsdauer des Messers 118 während eines Teiles der Bewegung des Werkzeugs 170 müssen sehr genau zeitlich aufeinander abgestimmt sein. Wie diese Abstimmung erfolgt, wird weiter unten beschrieben.

Die von einer Matrize 86 nacheinander ausgeführten Arbeiten sind in den Fig.4 bis 8 dargestellt. In Fig.3 sind alle Einzelteile der Vorrichtung gezeichnet. In den übrigen eben genannten Figuren sind die Teile 114,116 und 118 zur Vereinfachung als ein Stück gezeichnet. Von 0 beginnend dreht sich die Welle 52 bei einer Umdrehung um 360°.

Fig.4 zeigt die Stellung der Teile, nachdem sich die Welle 52 um 45° gedreht hat. Bei dieser Winkeldrehung der Welle 52 beginnen das Messer 118, der von ihm gehaltene Niederhalterring 124 und das Werkzeug 170 sich abwärts zu bewegen. Der Niederhalter 124 hat den Halter 128 auf den Anschlag 122 gelegt und die Druckbolzen 140 stehen dem Halter 128 von oben an, während sie andererseits von dem Ringkolben 134 einen Abstand haben, der den Boden des Ziehringdruckzylinders 132 bildet Das Blechbandstück 226, das unter der Matrize 86 liegt, überragt den festen Ziehring 94 und drückt die Abfallaufnahmeplatte 108 etwas herunter.

In Fig.5 hat sich die Welle 52 um 22V2 auf 67'/2° weitergedreht. Das Stanzmesser 118 hat sich abwärtsbewegt und in Zusammenarbeit mit der Außenkante des Ziehrings 94 eine kreisrunde Scheibe aus dem Blechband 226 ausgeschnitten. Die Klemmfläche 126 des Niederhalters 124 steht dem Blech 226 auf und drückt dasselbe auf die KJemmfläche 98 des Ziehrings 94. Beim Einklemmen des Blechs 226 zwischen den Klemmflächen 98 und 126 bewegt sich der Niederhalter 124 ein wenig relativ zum Messer 118 nach oben und drückt dadurch den Halter 128 gegen die Bolzen 140, die ihrerseits an den Ringkolben 134 stoßen und diesen gegen konstanten Luftdruck in den Zylinder 132 drücken. Das Werkzeug 170 nähert sich dem Stanzteil, ohne es noch zu berühren.

Die Stanzarbeit ist nun getan, das Stanzmesser 118 hat seine tiefste Stellung erreicht. In dieser Stellung verbleibt das Messer 118 über eine vom Nockentrieb 54 bestimmte Zeitdauer. Die Stanzarbeit wird also vollständig mechanisch gesteuert.

In Fig.6 hat sich die Welle 52 um 9'/2° weitergedreht, i. g. also um 77°. Bei dieser Drehung bleibt das Stanzmesser 118 in seiner tiefsten Stellung.

Die nun beginnende Tiefzieharbeit wird durch das Werkzeug 170 ausgeführt. Der Niederhalter 124 drückt noch immer pneumatisch mittels des Druckzylinders 132 auf das zwischen den Klemmflächen 98 und 126 gehaltene Stanzteil. In Fig.6 berührt die Unterfläche des Werkzeugs gerade den Stanzteil.

In Fig. 7 hat sich die We'le um 34'/2° auf 1U'/2^O weitergedreht. Auch während dieser Drehung bleibt das Stanzmesser 118 in seiner unteren Wartestellung und die Ringe 94 und 124 halten das Stanzteil weiterhin zwischen sich festgeklemmt. Das Werkzeug 170 aber hat mit der Tiefzieharbeit begonnen. Die Wände und der Boden des fertigen Hohlkörpers weisen überall die gleiche Wandstärke auf. Dies dank der Steuerung des pneumatischen Niederhalterdrucks und der Selbstzentrierung des Werkzeugs 170, welches, wie beschrieben, an der Schiene 168 radial beweglich befestigt ist Durch den gesteuerten pneumatischen Druck des Niederhalters werden Tendenzen des Hohlkörpers, die Wandstärke an den Kanten zu vergrößern, begünstigt Bei den bekannten Konstruktionen wurden eher gegenteilige Tendenzen gefördert.

In Fig.3 hat sich die Welle um 69"li° auf 180° weitergedreht also eine halbe Umdrehung gemacht.

Das Stanzmesser 118 fängt gerade an, gesteuert vom Nockentrieb 54, sich aus der unteren Wartestellung zu heben. Das Werkzeug 170 hat seine unterste Stellung erreicht. Die Ränder des Stanzstücks sind aus den Klemmbacken 98/126 herausgezogen und bilden den oberen Rand des oben offenen Hohlkörpers. Der Rand hat die Oberkante 102 des Ziehrings 94 und die Abstreiferfinger 104 passiert, so daß die Federn die Finger dieses Abstreifers in die Matrize drücken. Nun bewegt sich der Niederhalter 124 relativ zum Messer 118, bis der Halter 128 dem Anschlag 122 aufsitzt und der Kolben 134 den Zylinder 132 als Boden verschließt. Der Anschlag 122, der die Bewegung des Niederhalters 124 begrenzt hält den Niederhalter 124 und den Ziehring 94 getrennt die sich somit niemals berühren

so (Fig.3) können. Dies hat die wichtige Folge, daß sich die beim Tiefziehen aus der Niederhalterklemmung herausziehenden Hohlkörperränder nicht verdünnen oder schuppen, wie bei den bisher bekannten Maschinen. Der Anschlag 122 verhindert dies, indem er bei einer Blechdicke von 0,5 mm eine Verdünnung durch die Klemmbacken 94/124 von 75—125 Tausendstel mm zuläßt, indem zwischen den Ringen 94 und 124 immer ein Abstand von 0,375—0,425 mm bleibt

In F i g. 8 schließlich hat sich die Welle 52 um 75° auf 255° ab 0 gedreht Das Stanzmesser 118 ist hochgezogen, das Werkzeug 170 beginnt mit der Aufwärtsbewegung. Bei der Aufwärtsbewegung des Werkzeugs 170 halten die Abstreifer 104 den fertigen Hohlkörper fest so daß das Werkzeug 170 ihn nicht mitnehmen kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kombiniertes, druckmittelbetätigtes Stanz- und Tiefziehwerkzeug zur Verarbeitung zu Hohlkörpern mit Stanzmesser, Ziehring, Matrize, Ziehstempel und Niederhalter, bei dem das Stanzmesser mit der Außenkante des Ziehrings zusammenwirkt und das relativ zum Ziehring koaxial verschiebliche, aus Ziehstempel und Niederhalter bestehende Tiefziehwerkzeug umschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederhalter (124) — gemeinsam mit dem Stanzmesser (118) — rein mechanisch steuerbar und zusätzlich pneumatisch oder hydraulisch beaufschlagbar ist und sein Weg relativ zum Stanzmesser (118) durch einen Anschlag (122) in einem Abstand der Klemmfläche (98) des Niederhalters (124) von der Klemmfläche (126) des Ziehri-igs (94) begrenzt ist, der geringer ist als die Dicke des Blechbandes (226).

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (122) für den Niederhalter (124) am Stanzmeser (118) angeordnet ist

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden das Stanzmesser (118) bewegenden Nockenscheiben das Stanzmesser (118) während der Dauer der Tiefzieharbeit in seiner untersten Stellung halten.

4. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkolben (134) des pneumatischen oder hydraulischen Antriebs des Niederhalters (124) während der Tiefzieharbeit bzw. während der Einklemmzeit des Blechs (226) über einen Kranz von zum Tiefziehstempel (170) achsparallelen Druckbolzen (140) auf den Niederhalter (124) wirkt.