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Verfahren zum Herstellen von tiefgezogenen Hohlteilen
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Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen
von tiefgezogenen Hohlteilen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei dem
eine längs ihres Randes gehaltene Platine über eine der äußeren Kontur des herzustellenden
Hohlteils entsprechende Ziehkurve gezogen und dabei der sich ausbildende Boden des
Ziehteils zwischen voneinander entfernten Bereichen der Ziehkurve rreespannt wird.
Insbesondere kommt dem erfindungsgemäßen Ziehverfahren Bedeutung beim Ziehen von
Spültischabdeckungen aus Edelstahl zu, die wenigstens ein Becken und eine sich daran
anschließende Wasserablauffläche besitzen.
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Ein derartiges Ziehverfahren ist bereits bekannt und in der DE-OS
26 51 1488 beschrieben. Es handelt sich dabei um zwei aufeinanderfolgende Züge,
wobei in einer ersten Ziehoperation über Ziehkurven mit vergleichsweise großen Ziehradien
und nicht bis zur vollen Tiefe gezogen, aber am Ende dieses Vorzugs der bis dahin
frei über den Ziehrand eines Hohlstempels gespannte Ziehteilboden der Ziehrichtung
entgegen durchgewölbt und dabei dessen Material bis zu einem gewissen Grad ausgezogen
und auch kaltverfestigt wird. In einem zweiten Zug wird dann die geforderte
Beckenform
erreicht, wobei aus dem durchgewölbten Bodenbereich über die Ziehkurven des Ziehstempels
Material in die dem Boden benachbarten Wandbereiche der Hohlteilwandungen abfließt.
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Obgleich das vorbekannte Ziehverfahren gegenüber bis dahin bekannten
Ziehtechniken Vorteile aufweist, 9 hat sich doch gezeigt, daß es bei dem Durchwölben
des Ziehteilbodens am Ende eines ersten Zuges zum Abreißen des Bodens im Bereich
der Ziehkurven des Stempels vom übrigen Ziehteil kommen kann. Dies beruht offensichtlich
darauf, daß in den fraglichen Bereichen des schon annähert auf seine volle Tiefe
gezogenen Ziehteils eine die zulässige Beanspruchung des Materials überschreitende
Dehnung auftritt.
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Durch die Erfindung soll daher ein verbessertes Ziehverfahren geschaffen
werden, welches insbesondere für das Ziehen von Hohlteilen aus Edelstahl bestimmt
ist und bei dem es gelingt, auch größere Ziehtiefen ohne die Gefahr eines Abreißens
im Bereich der Ziehkurven zu verwirklichen, Diese Aufgabe ist, ausgehend von dem
eingangs angegebenen Verfahren, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Anfangsphase
der Ziehoperation der freigespannte Ziehteilboden entgegen der Ziehrichtung durchgewölbt
und anschließend
das Ziehteil unter Ausnutzung der durch dieses
Gegenwölben bewirkten Bodendehnung kontinuierlich fortschreitend auf die geforderte
Tiefe gezogen wird.
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Im Gegensatz zum Stande der Technik, bei der das Durchwölben des Ziehteilbodens
am Ende eines ersten Zuges stattfindet, also dann, wenn das Material des Ziehteils
schon eine erhebliche Vordehnung und damit auch eine entsprechende Kaltverfestigung
erfahren hat, wird erfindungsgemäß der Boden entgegen der Ziehrichtung in der Anfangsphase
der Ziehoperation durchgewölbt, also zu einem Zeitpunkt, zu dem noch keine wesentliche
Materialdehnung vorliegt. Versuche haben gezeigt, daß dadurch das gefürchtete Abreißen
des Ziehteilbodens im Bereich der Ziehkurven des Stempels vermieden wird. Bei der
im Anschluß an das Gegenwölben des Ziehteilbodens kontinuierlich fortschreitenden
Ziehoperation fließt dann aus dem durchgewölbten Bodenbereich Material über die
Ziehkurven nach in den Bereich der Seitenwandungen des Ziehteils, wobei die längs
ihres Randes mittels eines Blechhalters gehaltene Platine sowie die in der Anfangsphase
schon angezogenen Wandabschnitte des Ziehteils weiter ausgezogen werden.
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Dieses Nachfließen kaltverfestigten Materials aus dem durchgewölbten
Bodenbereich und das gleichzeitige Ausziehen
der sich ausbildenden
Hohlteilwandungen und der im Blechhalter gehaltenen Platinenabschnitte gewährleistet
das Erreichen großer Ziehtiefen, ohne die Gefaiir eines Abreißens, etwa im Bereich
der Ziehkurven des Ziehstempels oder im Bereich der Ziehteilwandungen. Ursächlich
hierfür ist das Gegenwölben des Ziehteilbodens in der Anfangsphase der Ziehoperation,
nämlich dann, wenn sich die Hohlform auszubilden beginnt und eine für den Gegenwölbvorgang
hinreichende Blechhalterug des Platinenrandes gewährleistet ist.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind
in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.
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So ist das Ziehverfahren nach Patentanspruch 2 dadurch gekennzeichnet,
daß der Ziehteilboden bis zum Erreichen einer vorbestimmten Gegenkraft der Ziehrichtung
entgegen durchgewölbt wird. Der Gegenwölbvorgang wird somit beendet, sobald auf
die dieses Gegenwölben bewirkenden Mittel eine entsprechende Ziehkraft einwirkt.
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Im Rahmen der Erfindung ist es gemäß Patentanspruch 3 zweckmäßig,
den Ziehteilboden beim Durchwölben entgegen der Ziehrichtung bis nahezu an die Grenze
seiner Dehnfähigkeit auszuziehen, wobei das Material eine entsprechende
Kaltverfestigung
erfährt. Dieses Ausziehen bis annähernd an die Grenze der Dehnfähigkeit des Materials
ist unproblematisch insofern möglich, als bis zum Beginn des Gegenwölbvorganges
der Bodenbereich des sich in der Anfangsphase der Ziehoperation ausbildenden Hohlteils
noch keine wesentliche Dehnung erfahren hat.
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Ein weiteres wesentliches Verfahrensmerkmal besteht gemäß Patentanspruch
14 darin, daß nach dem Gegenwölben des Ziehteilbodens bei fortschreitender Ziehoperation
mit frei über die Ziehkurve gespanntem Ziehteilboden gezogen wird, so daß aus dem
durchgewölbten und dadurch kaltverfestigten Bodenbereich ohne jede Behinderung Material
über die Ziehkurven des Stempels in die Wandbereiche des sich weiter ausbildenden
Hohlteils abfließen kann.
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Obgleich im Rahmen der Erfindung auch in mehreren aufeinanderfolgenden
Zügen gezogen werden kann, hat es sich jedoch als möglich und im Interesse einer
rationellen Arbeitsweise vorteilhaft erwiesen, die geforderte Ziehteiltiefe in einem
Zug zu ziehen.
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Im folgenden soll eine Ausführungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen
Verfahrens anhand der beigefügten Zeichnung erläutert werden. In schematischen AnsicSen
zeigen:
Fig. 1 ein der Verfahrensdurchführung dienendes Ziehwerkzeug,
und zwar in der rechten Hälfte in einer Halbschnittansicht eine Betriebsstellung
unmittelbar nach dem Gegenwölben des Ziehteilbodensg hingegen in der linken Halbschnittansicht
die Endphase der Ziehoperation, Fig. 2 ein Schaubild, dem die bei Anwendung des
erSindungsgemäßen Ziehverfahrens im Vergleich zum her kömmlichen Ziehen mögliche
Materialersparnis entnommen werden kann und Fig. 3 ein weiteres Schaubild zur Verdeutlichung
der beim herkömmlichen Ziehen und beim erfindungsgemäßen Ziehverfahren erzielbaren
Ziehtiefen.
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Das in Fig. 1 veranschaulichte Werkzeug umfaßt einen im Werkzeugunterteil
10 feststehenden Stempel 11, der sich über im übrigen hier nicht interessierende
Zwischenstücke 12 auf einem nur angedeuteten Pressentisch 13 abstützt.
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Dieser Stempel ist als Hohlstempel ausgebildet und besitzt eine zentrale
Mittelausnehmung 14, die sich von der vom Pressentisch 13 entfernten Stirnseite
aus in den Stempel hineinerstreckt und mit bogenförmigen Abschnitten 15 in einen
der äußeren Kontur des Ziehteils entsprechenden Rand 16 übergeht, welcher den wirksamen
Teil des Stempels bildet. Umschlossen ist der Stempel von einem Blechhalter 17,
der
sich über Druckbolzen 18 an einem nicht dargestellten Luftkissen abstützt, selbstverständlich
aber auch hydraulisch oder durch mechanische Mittel, etwa Federn, abgestützt sein
könnte, was hier jedoch nicht interessiert.
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Im Werkzeugoberteil 20 befindet sich eine der Ziehteilform, im vorliegenden
Falle eines Beckens, angepaßte Ausnehmung 21 und unterseitig ist das Werkzeugoberteil
von einem ebenfalls mit einer der Beckenform entsprechend gestalteten Ausnehmung
versehenen Ziehring 22 umschlossen, dessen die Ausnehmung 21 umgebende Ränder eine
Ziehkurve 23 bilden. In das Werkzeugoberteil ist ein Rilfsstempel 25 integriert,
welcher innerhalb der Ausnehmung 21 aufgenommen und mittels eines in einem mit Strömungsdruckmittel
beaufschlagbaren Zylinder 26 geführten Kolbens 27 über eine Kolbenstange 28 in unten
noch zu beschreibender Weise betätigbar ist. Umschlossen ist dieser Hilfsstempel
25 von einem in der Ausnehmung 21 des Werkzeugoberteils vertikal beweglichen Ring
30. Im übrigen ist das Werkzeugoberteil mit je einem Steuerventil 31, 32 zur rückseitigen
Beaufschlagung des Kolbens 27 mit Hydraulikmittel über die Kanäle 33 und zur vorderseitigen
Beaufschlagung mit Druckluft als Arbeitsmedium über die Kanäle 34 versehen. Die
Versorgungsquellen für das Hydraulikmittel bzw. die Druckluft zur Beaufschlagung
des Betätigungskolbens 27 für den
Hilfsstempel 25 interessieren
hier nicht.
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Bei hochgefahrenem Werkzeugoberteil 20 ist der Blechhalter 17 von
dem auf einem Luftkissen oder sonstigen geeigneten Mitteln abgestützten Druckbolzen
18 mit seiner Oberseite in eine über den stirnseitigen Rand des Stempels 17 hinausragende
Lage angehoben und der Hilfsstempel 25 befindet sich in der in der linken Zeichnungshälfte
veranschaulichten, hochgefahrenen Position. In dieser Betriebsstellung des Werkzeugs
wird auf den Blechhalter 17 eine Platine vorbestimmten Zuschnittes aufgelegt und
in bekannter, nicht weiter dargestellter Weise positioniert. Wenn dann das Werkzeugoberteil
20 niedergeht, setzt zunächst der mit den Ziehkurven 23 ausgerüstete Ziehring 22
auf dem umlaufenden Rand der eingelegten Platine auf und infolge der vom Werkzeugoberteil
ausgeübten Ziehkraft gibt der Blechhalter 17 nach, so daß sich in dieser Anfangsphase
der Ziehoperation die Platine um die Ziehkurve 23 des Ziehrings 22 herumformt und
über die durch den umlaufenden Rand 16 charakterisierte, stirnseitige Ziehkontur
des Stempels 11 herumlegt. Das sich ausbildende Ziehteil 40, welches in einer stark
ausgezogenen, gestrichelten Linie dargestellt ist, spannt sich dabei mit seinem
Mittelteil frei zwischen den die Ziehkurven bildenden Abschnitten des Randes 16
des Hohltempels 11. Sobald durch die fortschreitende Ziehoperation eine hinreichend
sichere
Blechhalterung des Platinenrandes/gewährleistet ist, fährt der Hilfsstempel 25 infolge
rückseitiger Beaufschlagung seines Betätigungskolbens 27 mit Hydraulikmittel nach
unten und wölbt den bis dahin über den Rand des Hohlstempels gespannten Mittelabschnitt
der Platine der Ziehrichtung entgegen durch, wobei dieser Mitteilabschnitt bis annähernd
an die Grenze seiner Dehnfähigkeit ausgezogen wird und dadurch eine entsprechende
Kaltverfestigung erleidet. Während dieses Gegenwölbens schreitet der Ziehvorgang
durch kontinuierliches Niedergehen des Werkzeugoberteils fort und, sobald das Ausziehen
des Mittelteils durch Niederfahren des Hilfsstempels im gewünschten Ausmaß beendet
ist, was etwa durch das Auftreten einer entsprechenden Gegenkraft erfaßbar ist,
fährt der Hilfsstempel aus der in der rechten Hälfte von Fig. 1 ersichtlichen Betriebsstellung
in die aus der linken Zeichnungshälfte von Fig. 1 ersichtliche Lage zurück, wonach
sich der dann durchgewölbte Mittelabschnitt der Platine bzw. der Boden des sich
ausbildenden Ziehteils wieder frei über den Rand 16 des Hohlstempels 11 gespannt
ist. Das Rückfahren des Hilfsstempels in die genannte zurückgezogene Lage erfolgt,
indem die rückseitige Hydraulikmittelbeaufschlagung des Betätigungskolbens 27 unterbrochen
und der Abfluß des Hydraulikmittels über das Ventil 31 sichergestellt sowie gleichzeitig
die dem Hilfsstempel zugekehrte Kolbenseite über das Ventil
32
mit Druckluft beaufschlagt wird, wodurch der Kolben eine Aufwärtsbewegung erfährt
und demgemäß den mit der Kolbenstange 28 verbundenen Hilfsstempel aus der Gegenwölbposition
zurückzieht. Wenn nun die Ziehoperation kontinuierlich fortschreitet, kann mit zunehmender
Ziehteiltiefe aus dem durchgewölbten und kaltverfestigten Bodenbereich 143 Material
über die Ziehkurve des Eiohlstempels 11 in den Bereich der äußeren Ziehteilwandungen
nachfließen. Gleichzeitig wird Material aus dem zwischen dem Ziehring 22 und dem
Blechhalter 17 aufgenommenen Platinenrand 141 nachgezogen, bis die in der linken
Hälfte von Fig. 1 veranschaulichte Hohlform 40' vollendet ist, die topfförmig ausgebildete
Wandungen 42' und einen ebenen Boden 143' aufweist.
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Fig. 2 veranschaulicht für den Sonderfall kreisrunder Platinen und
entsprechend kreisrunder, topfförmiger Ziehteile die durch Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens im Vergleich zu herkömmlichem Ziehen erzielbare Materialersparnis. An
der Ordinate dieses Schaubildes ist dimensionslos das Verhältnis des Durchmessers
der eingesetzten Platinen zum Durchmesser der gezogenen Ziehteile aufgetragen, hingegen
an der Abszisse die in Abhängigkeit von diesem Durchmesserverhältnis erzielbare
Materialersparnis, Es zeigt sich, daß bei einem Durchmesserverhältnis von
1,8
durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Materialersparnis gegenüber herkömmlichem
Ziehen von etwa 8,0 Prozent erzielt wird. Mit kleinerwerdendem Durchmesserverhältnis
D/d nimmt die erzielbare Materialersparnis zu und beträgt bei einem Durchmesserverhältnis
von etwa 1,25 ca. zwölf Prozent.
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Dies bedeutet, daß bei vorgegebener Ziehteilform bei Anwendung des
erfindungsgemäßen Verfahrens kleinere Platinen als bei Anwendung herkömmlicher Tiefziehtechniken
eingesetzt werden können. Dies verdeutlicht besonders anschaulich auch Fig. 3, an
deren Ordinate ebenfalls dimensionslos das Verhältnis des Platinendurchmessers zum
fertigen Ziehteildurchmesser aufgetragen ist, während an der Abszisse die Ziehteiltiefen
angegeben sind. Die obere, gestrichelt verlaufende Kurve gilt für herkömmliches
Ziehen, während die untere, durchgezogene Kurve die Beziehung zwischen dem genannten
Durchmesserverhältnis und der erzielbaren Ziehtiefe bei Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens angibt. Es zeigt sich, daß beim herkömmlichen Tiefziehen bei einem Durchmesserverhältnis
von beispielsweise 1,6 eine Ziehtiefe von etwa 75 mm erzielbar ist, hingegen bei
Anwendung des erfindungsgemäßen Ziehverfahrens eine Tiefe von ca. 100 mm. Soll demgegenüber
eine Ziehtiefe von 100 mm durch herkömmliches Ziehen verwirklicht werden,
so
bedarf es dafür eines Durcf]messerverhältni#ses von etwa 1,72, was gleichbedeutend
mit dem Einsatz einer entsprechend größeren Platine ist.