DE3840939A1 - Method for the production of flat components - Google Patents

Method for the production of flat components

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Abstract

The invention relates to a method for the production of flat components in which a metal sheet is deformed using a press which has a ram and a die consisting of a top part and a bottom part. The object on which the invention is based is to produce high-quality flat parts from a metal sheet by deformation in an economical and operationally reliable manner. The invention consists essentially in that the metal sheet is placed in the die and the die is closed by means of the ram, in that the ram is locked with the aid of wedges guided in the press frame and a circumferential sealing ring is simultaneously formed in the metal sheet to be deformed, and in that, finally, the metal sheet is subjected in the die to a hydroforming process, the forces acting on the tool and on the press due to the hydroforming pressure being compensated with the aid of the hydroforming hydraulics. The advantages obtained consist above all in that when the method is used the widest possible variety of components can be formed with precision starting from sheet metal. Tooling costs for conversion to different types of components are low. There is also no problem in using sheets of very different quality, e.g. normal deep-drawing steel and austenitic and ferritic stainless steel.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von flachen Bauteilen, wobei mit einer einen Stößel aufweisenden Presse, welche eine aus einem Werkzeugoberteil und einem Werkzeugunterteil bestehende Form aufweist, ein Blech verformt wird.The invention relates to a method for producing flat components, with a plunger having press, which one from one Tool upper part and a lower tool part existing Has shape, a sheet is deformed.

In aller Regel werden üblicherweise flache Teile aus Blech durch Verformen mit einer mechanisch wirkenden Presse hergestellt. Dieses Verfahren ist umständlich und nur aufwendig zu handhaben.As a rule, flat parts are usually made Sheet metal by deforming it with a mechanical one Press manufactured. This process is cumbersome and only difficult to handle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, aus einem Blech durch Verformung Flachteile zu erzeugen, die kostengünstig und auf betriebssichere Weise qualitativ hochwertig ausgeführt werden können.The invention has for its object from a sheet to produce flat parts by deformation, the inexpensive and qualitatively reliable can be of high quality.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Blech in die Form eingelegt und die Form durch den Stößel verschlossen wird, daß mit Hilfe von in dem Pressenrahmen geführten Keilen der Stößel verriegelt und gleichzeitig an dem zu verformenden Blech ein umlaufender Dichtring eingeformt und daß anschließend das Blech in der Form einem Hydroform-Verfahren unterworfen wird, wobei die durch den Hydroform-Arbeitsdruck am Werkzeug und der Presse wirksamen Kräfte mit Hilfe der Hydroform- Hydraulik kompensiert werden.This object is achieved in that the sheet is inserted into the mold and the mold through the Tappet is closed with the help of that Pressed wedges of the ram locked and at the same time a rotating one on the sheet to be deformed Sealing ring molded and that then the sheet in the shape is subjected to a hydroforming process, where by the hydroform working pressure on the tool and press forces with the help of hydroforming Hydraulics can be compensated.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß vor Anwendung des Hydroform-Verfahrens das Blech mechanisch vorverformt wird.According to a further embodiment of the invention  provided that before using the hydroforming process the sheet is mechanically preformed.

Eine andere Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß der umlaufende Dichtring labyrinthartig eingeformt wird.Another embodiment of the invention is that the circumferential sealing ring is shaped like a labyrinth.

Erfindungsgemäß ist auch vorgesehen, daß der beim Hydroform-Verfahren erforderliche Druck stufenweise bis zum Höchstdruck aufgebracht wird.According to the invention it is also provided that the Hydroform process required pressure gradually up to is applied to the maximum pressure.

Gemäß der Erfindung kann auch vorgesehen sein, daß der Druck pulsierend bis zum Höchstdruck aufgebracht wird.According to the invention it can also be provided that the Pressure pulsating up to the maximum pressure is applied.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß das für das Hydroform-Verfahren vorgesehene Druckwassersystem als geschlossener Kreislauf ausgebildet ist, in dem der hydraulische Druck mit Hilfe eines separaten, mit dem Druckwassersystem gekoppelten Ölkreislaufes verändert wird.Another embodiment of the invention is that that intended for the hydroforming process Pressurized water system designed as a closed circuit is in which the hydraulic pressure with the help of a separate, coupled with the pressurized water system Oil circuit is changed.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch vorgesehen sein, daß das Hydroform-Verfahren mit Hilfe des das Druckwasser führenden Werkzeugunterteils ohne Zwischenschaltung eines Gummisackes oder einer Membrane durchgeführt wird.In the method according to the invention can also be provided be that the hydroforming process using the Pressurized water lower part without Interposition of a rubber bag or a membrane is carried out.

Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, daß zur Kompensation der durch den Hydroform-Arbeitsdruck am Werkzeug und der Presse wirksamen Kräfte im Werkzeugoberteil eine Membrane angeordnet ist, die über eine Zuführung mit dem gleichen Wasserdruck wie die Form beaufschlagbar ist. It is also within the scope of the invention that Compensation of the hydroform working pressure on Tool and the press effective forces in the Tool upper part is a membrane that is arranged over a feed with the same water pressure as the mold is acted upon.  

Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, daß die Membrane aus einem elastischen Kunststoff hergestellt ist.It is also advantageous according to the invention that the Membrane made from an elastic plastic is.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, daß die Einspannung der Membrane hochglanzpoliert ausgeführt ist.It is also advantageous according to the invention that the Clamping the membrane is highly polished.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei Anwendung des Verfahrens ausgehend von Blech die verschiedensten Bauteile präzise geformt werden können. Es ergeben sich geringe Werkzeugkosten für die Umstellung, wenn verschiedene Typen von Bauteilen hergestellt werden. Auch besteht kein Problem, Bleche der unterschiedlichsten Qualität, z.B. normaler Tiefziehstahl sowie austenitischer und ferritischer nichtrostender Stahl einzusetzen. Es können auch ohne weiteres unterschiedliche Blechstärken verarbeitet werden, und es kann sich eine erhebliche Materialersparnis hinsichtlich des herzustellenden Bauteils ergeben.The advantages achieved with the invention exist in particular that when using the method Starting with sheet metal, the most diverse components are precise can be shaped. There are few Tool costs for the changeover if different Types of components are manufactured. Neither is there Problem, sheets of different quality, e.g. normal deep-drawing steel as well as austenitic and to use ferritic stainless steel. It can also different sheet thicknesses without any problems can be processed and it can be significant Material savings in terms of what is to be manufactured Result.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigenThe invention is illustrated by the drawings described. Show it

Fig. 1 schematisch eine Presse zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 1 shows schematically a press for carrying out the method according to the invention,

Fig. 2 ein Detail aus der fraglichen Presse, FIG. 2 shows a detail from the suspected Press,

Fig. 3 das zu verformende Blech, schon mit dem umlaufenden Dichtring versehen, Fig provided. 3, the sheet to be shaped, already with the circumferential sealing ring,

Fig. 4 ein Beispiel für ein verformtes Flachteil, Fig. 4 is an example of a deformed flat part,

Fig. 5 den erfindungsgemäßen Verlauf des Druckaufbaus beim Hydroform-Verfahren und Fig. 5 shows the course of the invention of the pressure buildup during the hydroforming process, and

Fig. 6 schematisch das Hydraulik-System für das Hydroform-Verfahren. Fig. 6 shows schematically the hydraulic system for the hydroforming process.

Die schematisch in Fig. 1 dargestellte Presse 1 hat einen Rahmen 2, in dem ein Stößel 3 vertikal beweglich angeordnet ist. An dem Stößel ist das Werkzeugoberteil 4 befestigt, dem das Werkzeugunterteil 5 zugeordnet ist. Mit 6 sind Keile bezeichnet, die zum Verriegeln des Stößels 3 dienen, sobald die vom Werkzeugoberteil 4 und dem Werkzeugunterteil 5 gebildete Form 7 (siehe auch Fig. 2) geschlossen ist.The press 1 shown schematically in Fig. 1 has a frame 2, in which a plunger 3 is vertically movably disposed. The upper tool part 4 , to which the lower tool part 5 is assigned, is attached to the plunger. 6 with wedges are designated which serve to lock the plunger 3 as soon as the mold 7 formed by the upper tool part 4 and the lower tool part 5 (see also FIG. 2) is closed.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 1 in detaillierter Ausführung. Es ist die Form 7 erkennbar, die durch das Werkzeugoberteil 4 und das Werkzeugunterteil 5 gebildet wird. In sie wird das Blech eingelegt, aus dem das flache Bauteil 8 geformt werden soll. Über den Weg 9 wird zum Verformen des Bleches 10 Wasser mit hohem Druck aufgegeben. Eine Besonderheit der Erfindung besteht darin, daß das für das Hydroform-Verfahren dienende Hochdruckwasser ebenfalls über eine Zuführung 11 auf eine im Werkzeugoberteil angeordnete Membrane 12 wirkt. Diese Membrane 12 ist vorzugsweise aus einem elastischen Kunststoff hergestellt. An einer Einspannung 13 ist die Membrane 12 gehalten, und diese Einspannung ist, um den Verschleiß der Membrane gering zu halten, hochglanzpoliert ausgeführt. FIG. 2 shows a detail from FIG. 1 in a detailed embodiment. The shape 7 can be seen , which is formed by the upper tool part 4 and the lower tool part 5 . The sheet from which the flat component 8 is to be formed is inserted into it. About the way 9 10 water is fed at high pressure to deform the sheet. A special feature of the invention is that the high-pressure water used for the hydroforming process also acts via a feed 11 on a membrane 12 arranged in the upper part of the tool. This membrane 12 is preferably made of an elastic plastic. The membrane 12 is held on a clamping 13 , and this clamping, in order to keep the wear of the membrane low, is carried out with a highly polished finish.

Nach Einlegen des zu verformenden Blechs 10 in die von Werkzeugoberteil 4 und Werkzeugunterteil 5 gebildete Form 7 wird der Stößel 3 niedergefahren und die Form geschlossen. Die für das Bewegen des Stößels 3 aufzuwendende Kraft ist relativ gering, weil über den Stößel 3 nicht die Verformungskräfte aufzubringen sind. Im nächsten Schritt wird der Stößel 3 mit dem Werkzeugoberteil 4 durch Keile 6 mit dem Rahmen 2 verriegelt. Dabei wird gleichzeitig an dem zu verformenden Blech 10 ein umlaufender Dichtring 14 eingeformt, der vorzugsweise labyrinthartig - einfach oder mehrfach - ausgeführt ist, wie das Fig. 3 zeigt. Mit dem Einformen des umlaufenden Dichtrings 14 ist sichergestellt, daß die Form 7 mit dem eingelegten Blech 10 vollkommen dicht ist. Danach wird über den Weg 9 Druckwasser zugeführt, und das Blech 10 wird zu dem flachen Bauteil 8 verformt, in dem es durch den aufgebrachten hohen Wasserdruck an die in dem Werkzeugoberteil befindliche Matrize 15 verformt wird.After inserting the sheet 10 to be deformed into the mold 7 formed by the upper tool part 4 and lower tool part 5 , the ram 3 is moved down and the mold is closed. The expended for the movement of the plunger 3 is relatively small force because the deformation forces are not applied via the plunger. 3 In the next step, the plunger 3 is locked to the frame 2 with the tool upper part 4 by means of wedges 6 . At the same time, a circumferential sealing ring 14 is formed on the sheet 10 to be deformed, which is preferably labyrinthine - single or multiple - as shown in FIG. 3. The shaping of the circumferential sealing ring 14 ensures that the shape 7 with the inserted sheet 10 is completely tight. Then pressurized water is supplied via path 9 , and the sheet metal 10 is deformed into the flat component 8 , in which it is deformed by the high water pressure applied to the die 15 located in the upper part of the tool.

Die durch den Hydroform-Arbeitsdruck an dem Werkzeugoberteil wirksamen Kräfte werden dadurch weitgehend kompensiert, daß über die Zuführung 11 das Druckwasser auf die Membrane 12 wirkt. Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Presse, insbesondere den Pressenrahmen, verhältnismäßig schwach auszuführen, weil im Gegensatz zu üblichen Pressen der Rahmen nicht den gesamten Verformungsdruck aufnehmen muß.The forces acting on the upper part of the tool due to the hydroforming working pressure are largely compensated for by the fact that the pressurized water acts on the membrane 12 via the feed 11 . This measure makes it possible to make the press, in particular the press frame, relatively weak because, in contrast to conventional presses, the frame does not have to absorb the entire deformation pressure.

Gemäß der Erfindung kann es erforderlich sein, vor Anwendung des Hydroform-Verfahrens das Blech 10 mechanisch vorzuverformen. Dies hat den Vorteil, daß erheblich Material gespart werden kann.According to the invention, it may be necessary to mechanically pre-deform the sheet 10 before using the hydroforming process. This has the advantage that considerable material can be saved.

Der bei dem Hydroform-Verfahren in der Form 7 sowie der Zuführung 11 erforderliche Druck wird nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stufenweise bis zum Höchstdruck aufgebracht, insbesondere in pulsierender Weise, wie das in Fig. 5 dargestellt ist. Diese Arbeitweise bringt hervorragende Ergebnisse hinsichtlich der Maßhaltigkeit und der Ausbildung der an dem Blech 10 anzubringenden Ausbuchtungen; das Pulsieren des Druckes im Bereich 22 der in Fig. 5 bis zum Erreichen des Höchstdrucks 23 vermeidet ein ungünstiges schlagartiges Ausbuchten des Bleches 10 in Richtung der Matrize 15. Vielmehr geschieht ein vorteilhaftes Verformen des Bleches 10 schrittweise bis zur endgültigen Formgebung, dem satten Anliegen des Bleches 10 an den Vertiefungen in der Matrize 15.According to an advantageous embodiment of the invention, the pressure required for the hydroforming process in the mold 7 and the feed 11 is gradually applied up to the maximum pressure, in particular in a pulsating manner, as is shown in FIG. 5. This procedure brings excellent results in terms of dimensional accuracy and the formation of the bulges to be made on the sheet 10 ; the pulsation of the pressure in the area 22 of the one in FIG. 5 until the maximum pressure 23 is reached prevents the sheet 10 from being bulged out suddenly in the direction of the die 15 . Rather, there is an advantageous deformation of the sheet 10 step by step until the final shaping, the full contact of the sheet 10 with the depressions in the die 15 .

Eine Besonderheit der Erfindung besteht auch darin, daß entgegen der üblichen Arbeitsweise beim Hydroform- Verfahren im Bereich der Form 7 kein Gummisack oder eine Membrane vorgesehen ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gelangt das Druckwasser unmittelbar über den Weg 9 auf das zu verformende Blech 10 und drückt dieses Blech an die Matrize 15.A special feature of the invention is that, contrary to the usual procedure in the hydroforming process in the area of the mold 7, no rubber bag or membrane is provided. In the method according to the invention, the pressurized water reaches the sheet metal 10 to be deformed directly via path 9 and presses this sheet metal onto the die 15 .

Die hohe Betriebssicherheit und die geringen Instandhaltungskosten bei Anwendung des neuen Verfahrens sind auch dadurch bedingt, daß das Druckwassersystem 24 als geschlossener Kreislauf ausgebildet ist. Der in diesem System 24 zu verändernde Druck wird mit Hilfe eines separaten, mit dem Druckwassersystem 24 gekoppelten Ölkreislauf 25 variiert (Fig. 6). Zu diesem Zweck ist zwischen den beiden Systemen 24 und 25 ein Expandierzylinder 26 geschaltet, der je ein Zylinder-/Kolbensystem 27 und 28 für die Wasserseite bzw. Ölseite aufweist. Auf diese Weise sind zwei voneinander getrennte hydraulische Kreisläufe vorhanden, was große Vorteile mit sich bringt: Die kritische Wasserseite ist im Umfang auf ein Minimum beschränkt, so daß man mit zwei Wasser-Ventilen auskommt. Hinsichtlich der Kosten für die Instandhaltung ergeben sich auch so gesehen erfindungsgemäß wesentliche positive Gesichtspunkte für das neue Verfahren.The high level of operational safety and the low maintenance costs when using the new method are also due to the fact that the pressurized water system 24 is designed as a closed circuit. The pressure to be changed in this system 24 is varied with the aid of a separate oil circuit 25 coupled to the pressurized water system 24 ( FIG. 6). For this purpose, an expansion cylinder 26 is connected between the two systems 24 and 25 , each having a cylinder / piston system 27 and 28 for the water side and oil side. In this way, two separate hydraulic circuits are available, which has great advantages: The critical water side is limited to a minimum, so that you can get by with two water valves. With regard to the costs for maintenance, there are also essential positive aspects for the new method according to the invention.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von flachen Bauteilen, wobei mit einer einen Stößel aufweisenden Presse, welche eine aus einem Werkzeugoberteil und einem Werkzeugunterteil bestehende Form aufweist, ein Blech verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech in die Form eingelegt und die Form durch den Stößel verschlossen wird, daß mit Hilfe von in dem Pressenrahmen geführten Keilen der Stößel verriegelt und gleichzeitig an dem zu verformenden Blech ein umlaufender Dichtring eingeformt und daß anschließend das Blech in der Form einem Hydroform- Verfahren unterworfen wird, wobei die durch den Hydroform-Arbeitsdruck am Werkzeug und der Presse wirksamen Kräfte mit Hilfe der Hydroform-Hydraulik kompensiert werden.1. A process for the production of flat components, with a press having a ram, which has a mold consisting of an upper tool part and a lower tool part, a sheet is deformed, characterized in that the sheet is inserted into the mold and the shape by the plunger is closed that with the help of wedges guided in the press frame the plunger is locked and at the same time a circumferential sealing ring is formed on the sheet to be deformed and that the sheet is then subjected in the form to a hydroforming process, the hydroforming working pressure on the tool and the press effective forces can be compensated with the help of the hydroform hydraulics. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor Anwendung des Hydroform-Verfahrens das Blech mechanisch vorverformt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that before using the hydroforming process, the sheet is mechanically preformed. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Dichtring labyrinthartig eingeformt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the circumferential sealing ring is labyrinthine is molded. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Hydroform-Verfahren erforderliche Druck stufenweise bis zum Höchstdruck aufgebracht wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the pressure required in the hydroforming process is gradually applied up to the maximum pressure. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck pulsierend bis zum Höchstdruck aufgebracht wird. 5. The method according to claim 4, characterized in that the pressure pulsates up to the maximum pressure is applied.   6. Verfahren nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das für das Hydroform-Verfahren vorgesehene Druckwassersystem als geschlossener Kreislauf ausgebildet ist, in dem der hydraulische Druck mit Hilfe eines separaten, mit dem Druckwassersystem gekoppelten Ölkreislaufes verändert wird.6. The method according to claim 1, 4 or 5, characterized characterized in that for the hydroforming process provided pressurized water system as a closed Circuit is formed in which the hydraulic Print using a separate, with the Pressurized water system coupled oil circuit changed becomes. 7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hydroform- Verfahren mit Hilfe des das Druckwasser führenden Werkzeugunterteils ohne Zwischenschaltung eines Gummisackes oder einer Membrane durchgeführt wird.7. Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the hydroforming Process with the help of the pressurized water Lower part of the tool without interposing one Rubber bag or a membrane is carried out. 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation der durch den Hydroform-Arbeitsdruck am Werkzeug und der Presse wirksamen Kräfte im Werkzeugoberteil (4) eine Membrane (12) angeordnet ist, die über eine Zuführung (11) mit dem gleichen Wasserdruck wie die Form (7) beaufschlagbar ist.8. A device for performing the method according to claim 1, characterized in that a membrane ( 12 ) is arranged to compensate for the forces acting on the tool and the press by the hydroforming working pressure in the tool upper part ( 4 ), which via a feed ( 11 ) with the same water pressure as the mold ( 7 ) can be applied. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (12) aus einem elastischen Kunststoff hergestellt ist.9. The device according to claim 1, characterized in that the membrane ( 12 ) is made of an elastic plastic. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspannung (13) der Membrane (12) hochglanzpoliert ausgeführt ist.10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that the clamping ( 13 ) of the membrane ( 12 ) is made highly polished.
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