DE2332287B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Tiefziehen von Stahlblechen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Tiefziehen von StahlblechenInfo
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Description
Es ist ein Verfahren zum Tiefziehen von Stahlblechen bekannt (»Fertigungstechnik«, 1957, Heft 1, S. 1 —6), bei
welchem das Blech im Bereich der Formgebung erwärmt und im Bereich der Kraftübertragung gekühlt
wird. Bei diesem bekannten Verfahren, welches zum Umformen von Tiefziehblechen der Qualität ST VII.23,
von Zinkblech sowie von Leichtmetall verwendet wird, erfolgt eine Erwärmung des Bleches in der Formgebungszone
auf Temperaturen im Bereich der Rekristallisationstemperatur, wohingegen das Blech im Bereich
der Kraftübertragung mit Hilfe von den Tiefziehstempel durchströmenden Kühlwasser gekühlt wird. Um nach
Möglichkeit die Gefahr des Blaubruches zu vermeiden, werden bei den bekannten Verfahren Ziehtemperaturen
von 600 bis 700°C angewendet. Derart hohe Heizzonentemperatur erfordern jedoch nicht nur einen beträchtlichen
technischen Aufwand, sondern führen zu unbefriedigender Maßhaltigkeit des Erzeugnisses und zu
herabgesetzten Oberflächenqualitäten.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tiefziehverfahren der vorstehend
erörterten Art so zu verbessern, daß insbesondere austenitische Stahlbleche bei technisch einfach zu
beherrschenden Temperaturen, d.h. insbesondere bei relativ niedrigen Temperaturen in der Heizzone,
umformbar sind.
ϊ Mit dem Tiefziehverfahren nach der Erfindung wird
eine Verbesserung des Tiefziehverhaltens inbesondere bei austenitischen Stahlblechen erreicht So macht das
geforderte Erwärmen des Materials in der Formgebungszone auf maximal 2000C keinerlei Schwierigkei-
I» ten, da Heizungseinrichtungen, die den Ziehring und den
Blechhalter entsprechend erwärmen, ohne Mühe herstellbar sind. Auch das Kühlen des Kraftübertragungsbereiches
des Bleches auf die angegebenen Temperaturen zwischen Raumtemperatur und —6° C
> stellt den Fachmann nicht vor ernstliche Probleme, da vielfältige Kühlmittel bekannt sind, die den genannten
Temperaturbereich abdecken. Somit ist der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt in erster
Linie darin zu sehen, daß günstige Ziehverhältnisse von
'ο bis zu 2,7 erreicht werden können, ohne daß
Ziehtemperaturen angewandt werden, die im Bereich der Rekristallistationstemperatur des jeweils umzuformenden
Werkstoffes liegen.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Mit den Ausgestaltungen des Tiefziehverfahrens nach den Ansprüchen 2 bis 5 werden besonders günstige Ergebnisse erreicht. Anspruch 6 betrifft eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung, wobei sich diese
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Mit den Ausgestaltungen des Tiefziehverfahrens nach den Ansprüchen 2 bis 5 werden besonders günstige Ergebnisse erreicht. Anspruch 6 betrifft eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach der Erfindung, wobei sich diese
JO Vorrichtung vom Stand der Technik in erster Linie dadurch unterscheidet, daß die Heizung für den Ziehring
und den Blechhalter auch die Ziehkante beaufschlagt und daß die Kühleinrichtung bevorzugt den Kopf des
Stempels kühlt
J5 Aus »Maschine und Werkzeug« (1950), Nr. 17, S. 6 ist
ein Sondertiefziehverfahren für Leichtmetallbleche bekannt, bei welchem die Verformungszone des Bleches
erwärmt und die Ringrundung abgekühlt wird. Die Leichtmetallbleche werden bis in den Bereich der bei
■w technischem Aluminium zwischen 300 und 4000C
liegenden Rekristallisationstemperatur erwärmt.
Aus »Wiadom Hutnik« 24 (1968), S. 12-19 ist es
bekannt, durch Erwärmen auf 90 bis 1500C bei hochlegierten austenitischen Blechen eine Erhöhung
des Dehnungskoeffizienten beim Tiefziehen um das 2,4-fache zu erreichen. Es ist dem Fachmann bekannt,
daß die Dehnungswerte eines Werkstoffes eine unmittelbare Aussagekraft über das Umformvermögen
dieses Werkstoffes beinhalten. So steigt die Erichsentiefung bei vielen Metallwerkstoffen mit der Dehnung an.
(»Berichte zum Symposium der Deutschen Gesellschaft für Metallkunde«, Bad Nauheim, 1975, Bild 8).
Aus »Kuzn.-Stamp. Proizvod 5« (1963), S. 23 bis 35 ist
es beim Tiefziehen rostbeständiger Stähle bekannt, den Bereich höchster Beanspruchung der Ronde zum
Zwecke einer Verfestigung dieses Bereiches zu kühlen, während der umzuformende Flanschbereich von der
Kühlung unberührt bleibt und somit seine Ausgangsplastizität beibehält. Die Kühlwirkung wird durch Füllen
des Ziehstempels mit flüssigen Kältemitteln erreicht, wobei Kühltemperaturen von —160 bis 175°C benutzt
werden. Es versteht sich, daß dieses bekannte Verfahren für die großtechnische Anwendung wenig tauglich ist,
da derart tiefe Temperaturen technisch nur mit unvertretbar hohem Aufwand beherrscht werden
können.
Das Verfahren nach der Erfindung beruht auf dem Leitgedanken, daß insbesondere bei austenitischen
Stahlsorten bereits mit beträchtlich unterhalb der Rekristallisationstemperatur liegenden Temperatur der
Blech-Umformzone bei gleichzeitiger Kühlung des Bleches im Bereich der Kraftübertragung deutliche
Verbesserungen des Ziehverhaltens, insbesondere des Grenzziehverhältnisses, erzielbar sind. So sind Steigerungen
des Ziehverhältnisses um 20 bis 30% durch geeignete Abstimmung der Temperaturen einerseits in
Ziehring und Buchhalter und andererseits im Stempel, insbesondere im Stempelkopf, erzielbar. Die besten
Ergebnisse werden bei austenitischen Chrom-Nickel-Stählen und innerhalb dieser nickelarmen Chrom-Nikkel-Stählen
erzielt, bei welchen bei gegebener Ziehring/ Blechhalter-Temperatur und Stempeltemperatur eine
Verbesserung des erzielbaren Ziehverhältnisses mit abnehmender Stabilität zu beobachten ist
Die mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung umgeformten Werkstücke zeichnen sich durch weitaus
geringere Maßschwankungen, beispielsweise hinsichtlich des Durchmessers, gegenüber auf herkömmliche
Weise tiefgezogenen Werkstücken aus. Außerdem wird durch das Verfahren nach der Erfindung dem Auftreten
von Spannungsrissen, die gerade bei austenitischen Werkstoffen bei starker Verformung häufig auftreten,
wirkungsvoll entgegengetreten.
Die Kühlung des Rondenbereiches, in dem die Kraftübertragung erfolgt, d. h. des Bodens und der
bereits umgeformten Teile der Zarge, wird durch die Kühlung des Stempels, insbesondere des Stempelkopfes
bewirkt.
Der Bereich der erfindungsgemäß einzuhaltenden Stempeltemperaturen wird in der Regel nach oben
durch die Raumtemperatur, d. h. durch eine Temperatur von etwa 20 bis 25°C begrenzt, während die untere
Grenze der Stempeltemperaturen bei —6°C liegt.
Tiefere Stempeltemperaturen können zwar eine weitere Verbesserung des Ziehverhältnisses bringen, führen
andererseits jedoch zur Eisbildung am Stempel und zu einer starken Verdickung der üblichen Schmiermittel, so
daß die Kühlung des Stempels auf beträchtlich unter dem Gefrierpunkt liegende Temperaturen nur in
Ausnahmefällen zweckmäßig ist. Eine derart starke Abkühlung des Stempels, daß insbesondere bei instabilen
Austeniten die Bildung von Marlensit in dem gekühlten Rondenbereich auftritt, ist jedoch zweckmä-Big,
da auf diese Weise in der Kraftübertragungszone eine starke Erhöhung der Zugfestigkeit und damit der
maximal übertragbaren Kraft auftritt, was eine kräftige Erhöhung des Grenzziehverhältnisses hervorruft.
Bevorzugt werden durch Stempelkühlung erzielbare Temperaturen in dem Bereich der Kraftübertragung
von —5 bis +60C, da die Temperaturen dieses Bereiches eine zur spürbaren Verbesserung des
Ziehverhältnisses beitragende hinreichend starke Vergrößerung der übertragbaren Kraft hervorrufen.
Ein Temperaturausgleich zwischen der gekühlten Mitte und dem über den Ziehring und den Blechhalter
geheizten Außenbereich der Ronde ist bdm Ziehvorgang
nicht zu erwarten, da die vorzugsweise verwendeten austenitischen Werkstoffe schlechte Wärmeleiter eo
sind.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß beispielsweise bei einer Ziehring/Blechhalter-Temperatur von
1200C und einer Stempeltemperatur von 60C das
gleiche gute Ziehverhältnis von ß0 max = 2,50 erreich- 6r>
bar ist, wie auch bei einer Ziehring/Blechhaiter-Temperatur von 8O0C und eiiier Stempeltemperatur von
—4°C. Daraus ergibt sich, daß es zum Erzielen verbesserter Ziehverhäitnisse mit Hilfe des Verfahrens
nach der Erfindung besonders auf die Größe der Temperaturdifferenz zwischen den erhitzten und den
gekühlten Bereichen der Ronde ankommt.
Untersuchungen haben ergeben, daß das Grenzziehverhältnis linear mit der Temperaturdifferenz zwischen
Ziehring/Blechhalter und Stempel ansteigt.
Ein Ausführungsbeispiel einer zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung geschaffenen Vorrichtung
ist in der Figur dargestellt
Wie die Figur zeigt, sind im Unterbau eines in bekannter Weise einen Ziehring 1, einen Blechhalter
oder Niederhalterring 2 und einen Stempel 3 enthaltenden Tiefziehwerkzeuges oberhalb des Ziehrings 1 und
unterhalb des Blechhalters 2 elektrisch betreibbare Heizspiralen 4 bzw. 4' vorgesehen, die zum Erhitzen
derjenigen Rondenbereiche dienen, in denen die zur Formgebung erforderliche Kraft auftritt Bei diesen
Bereichen handelt es sich im wesentlichen um diejenigen Teile der Ronde, die a\ Werkzeug im
Bereich des Ziehringes und des Biechhalters liegen. Anstelle der Heizspiralen 4 bzw. 4' können auch
elektrisch zu betreibende Heizstäbe oder andere Heizelemente verwendet werden, die das Erreichen der
erforde; 'ichen Temperaturen gestatten, wobei diese Heizelemente jedoch stets derart ausgelegt sein müssen,
daß mit Sicherheit eine Ziehring/Blechhalter-Temperatur von 2000C erzielbar ist.
Zwischen den oberen Heizspiralen 4 und dem Ziehring 1 ist vorteilhafterweise eine Platte 5 aus einem
gut wärmeleitendem Material, wie Kupfer, angeordnet. Eine entsprechende Platte 5' ist zwischen den unteren
Heizspiralen 4' und dem Blechhalter 2 vorgesehen. Diese Platten 5 bzw. 5' dienen dazu, die von den
Heizspiralen 4 bzw. 4' erzeugte Wärme möglichst verlustfrei auf den Ziehring bzw. auf den Blechhalter
oder Niederhalterring und auf die Ziehkante zu übertragen.
Vorzugsweise sind die Heizspiralen 4 bzw. 4' derart teilweise in den Platten 5 bzw. 5' angeordnet, daß
möglichst wenig der erzeugten Wärme in die oberhalb der Heizspirale 4 bzw. in die unterhalb der Heizspiralen
4' liegenden Teile des Werkzeuges gelangt, damit die erzeugte Wärme möglichst vollständig in den zu
erhitzenden Ziehring 1 und in den gleichfalls zu erhitzenden Blechhalter 2 sowie an die Ziehkante
gelangt.
Die Temperaturen der Heizspiralen 4 und 4' sind vorzugsweise mit Hilfe eines nicht dargestellten
Thermostaten regelbar, um eine konstante Temperatur in den zu erhitzenden Bereichen des umzuformenden
Werkstoffs sicherzustellen. Da die Heizelemente für den Zifihri :g und für den Blechhalter im Unterbau des
Werkzeuges angeordnet sind, können Ziehring und Blechhalter leicht aujgewechselt werden.
Wie der Figur weiterhin zu entnehmen ist, ist im Stempel 3 eine Kühlmittel-Umlaufkühlung vorgesehen.
Die vorzugsweise flüssigen Kühlmittel werden je nach angestrebter Stempeltemperatur ausgewählt und treten
durch den Kühlmitteleinlaß 6 in den unteren Teil des Stempels ein. Nach Durchlaufen der hauptsächlich im
Stempelkopf ausgebildeten Kühlkanäle >', die in der Figur lediglich schematisch angedeutet sind, treten die
Kühlmittel aus einem im unteren Teil des Stempels angeordneten Kühlmittelauslritt 8 aus. Die Kühlkanäle
7 sind im Stempelkopf konzentriert, um dort die angestrebten neidrigen Temperaturen hervorzurufen.
Die verwendeten Kühlmittel werden mit Hilfe einer
nicht dargestellten Pumpe in dem zur Aufrechterhaltung der angestrebten Stempeltcmperatur erforderlichen
Umfang umgewälzt, so daß eine hinreichende WäniK ibfuhr aus dem Stempelkopf gewährleistet ist.
Bei Wahl geeigneter Kühlmittel sind mit Hilfe der erfindungsgemäßen Stempelkühlung genügend niedrige
.Stempelkopftemperaturen erzielbar, um die angestrebte
Vergrößerung der maxiamal übertragbaren Kraft hervorzurufen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von drei Beispielen erläutert
Sowohl bei diesem als auch bei den beiden folgenden Beispielen wurde ein mit erfindungsgemäß aufgebauter
Heizung für den Ziehring und den Blechhalter sowie mit erfindungsgemäß aufgebauter Kühlung für den Stempel
versehenes zylindrisches Tiefziehwerkzeug mii einem SiCrnpc'dürCnrriCSSCr Von JiX) il'iiVt, cinciVl .-HciVlpcliYiuiüS
von IO mm und einem Ziehringradius von 4 mm verwendet. Als Werkstoff diente bei diesem Versuch ein
18-9 CrNi-Stahl, der Werkstoff-Nr. 14 301. Ohne Betätigung der Ziehring/Blechhalter-Hcizung und der Stempelkühlung
wurde bei diesem Werkstoff ein Grenzziehverhältnis von ßn max = 2,08 ermittelt. Die am Ziehring
und am Buchhalter sowie am Stempel gemessenen Temperaturen lagen bei 25°C. Als Schmiermittel diente
ein bekanntes, für Cr-Ni-Stähle speziell geeignetes
Markenschmiermittel. Nachdem der Ziehring und der Blechhalter auf eine Temperatur von 120cC aufgeheizt
und der Stempel auf eine Temperatur von 6°C abgekühlt worden war, wurde bei Verwendung des
gleichen Schmiermittels ein Grenzziehverhältnis von (i,i max = 2,50 erreicht. Das gefertigte Ziehteil besaß
eine einwandfreie Oberfläche und deutlich geringere Maßabweichungen als die auf herkömmliche Weise
gezogenen Ziehteile.
Mit einem anderen Kühlmittel wurde eine Stempeltemperatur von —4CC eingestellt, während die Ziehring-Blechhalter-Temperatur
von vorher !20'C auf 80cC abgesenkt wurde. Das bei diesen Werkzeugtemperaturen
erzielte Grenzziehverhältnis lag bei ßo max = 2.50, woraus sich ergibt, daß durch gute
Abstimmung der im Werkzeug verwendeten Temperaturen übereinstimmende Ziehverhältnisse bei unterschiedlichen
Temperaturen in den geheizten und den gekühlten Werkstoffbereichen erzielbar sind. Weitere
Versuche ergaben, daß das erzielbare Ziehverhältnis mit
der Temperaturdifferenz zwischen den Ziehring/Blechhalter-Temperatur und der Stempeltemperatur anii>
wächst. Bei Stempeltemperaturen von —4°C wurden am Stempel gelegentlich eisförmige Ablagerungen
festgestellt, die jedoch nach Wechsel des verwendeten Schmiermittels nicht mehr auftraten.
Dieser Versuch wurde mit einem Cr-Ni-Stahl der Wcrkstoff-Nr. 14 310 durchgeführt. Die Ziehring/Blcchhalter-Tcmpcratur
wurde auf 1200C eingestellt und der .SiLiIi[JL-I wiiiuL· (Juicii Ver Wendung von Leitungswasser
.·" als Kühlmittel auf eine Temperatur von 25°C eingestellt.
Unter diesen Bedingungen wurde ein Grenzziehverhältnis von ßn max = 2,55 erreicht. Nach Absenkung der
Stcmpeltemperatur auf +6"C stieg das Grenzziehverhähnis
auf/in max = 2,70 an.
Die Beispiele zeigen deutlich, daß mit Hilfe der [Mindung Ziehverhältnissc zu erreichen sind, die beim
konventionellen Tiefziehen von Cr-Ni-Stählen je nach
ZusamiT. .r.setzung nur in drei Zügen mit zwei Zwischenglühungen oder in vier Zügen ohne Zwi-
ii· schengiühung zu erreichen sind. Im Vergleich zu dem
beim Arbeiten nach dem Stand der Technik erforderlichen Aufwand an Werkzeugen und Glüheinrichtungen
ist der Aufwand für die Heizung des Ziehringes und des Buchhalters sowie für die Kühlung des Stempels bei
/ dem Verfahren nach der Erfindung relativ gering. Da
auch die Oberflächenqualität und die Maßgenauigkeit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu
der bisher erforderlichen Arbeitsweise mit mehreren Zügen und etlichen Zwischenglühungen deutlich besser
i' ist. bietet das erfindungsgemäße Verfahren für die
Umformung von vorzugsweise austenitischen Stahlwerkstoffen bisher nicht gekannte Möglichkeiten.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Verfahren zum Tiefziehen von Stahlblechen, insbesondere Blechen aus austenitischen Stählen, bei
welchem das Blech im Bereich der Formgebung! erwärmt und im Bereich der Kraftübertragung;
gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech im Bereich der Formgebung auf eint!
deutlich unterhalb seiner Rekristallistationstempera
tür liegende Temperatur zwischen Raumtemperatur und 2000C erwärmt wird und daß das Blech im:
Bereich der Kraftübertragung auf eine zwischen Raumtemperatur und —6" C liegende Temperaturabgekühlt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Formgebung auf eine
zwischen 60 und 200" C liegende Temperatur erhitzt und im Bereich der Kraftübertragung auf eine
zwischen —5 und +6°C liegende Temperatur gekühlt wird
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß im Bereich der Kraftübertragung auf eine Temperatur von 115 bis 1200C
erwärmt und im Bereich der Kraftübertragung auf + 60C abgekühlt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Formgebung
auf eine Temperatur von 70 bis 800C erhitzt und im Bereich der Kraftübertragung auf —4°C gekühlt
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefziehen des Bleches in
einem einzigen Zug ausgeführt wird.
6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einer den
Ziehring und den Blechhalter einer Tiefzieheinrichtung beaufschlagenden elektrischen Heizeinrichtung
und einer den Stempel der Tiefzieheinrichtung beaufschlagenden Kühlmittel-Umlaufkühlung, dadurch
gekennzeichnet, daß die Heizung (4, 4') auch die Ziehkante beaufschlagt und die Kühlung
bevorzugt den Kopf des Stempels (3) kühlt.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732332287 DE2332287C3 (de) | 1973-06-25 | 1973-06-25 | Verfahren und Vorrichtung zum Tiefziehen von Stahlblechen |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19732332287 DE2332287C3 (de) | 1973-06-25 | 1973-06-25 | Verfahren und Vorrichtung zum Tiefziehen von Stahlblechen |
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DE2332287B2 true DE2332287B2 (de) | 1979-08-16 |
DE2332287C3 DE2332287C3 (de) | 1980-06-04 |
Family
ID=5885033
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (1)
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