DE4134596A1 - Verfahren zum hydrostatischen umformen von insbesondere ebenen flaechenhaften blechkoerpern aus kaltumformbarem metall und diesbezueglicher vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum hydro­ statischen Umformen von insbesondere ebenen flächenhaften Blechkörpern aus kaltumformbarem Metall. Ein solches Verfah­ ren ist aus der DE-38 40 939 A1 bekannt. Entsprechend dem be­ kannten Verfahren wird ein flaches Blechbauteil, dessen Rand zu einem etwa labyrinthartigen Dichtring verformt und so zwi­ schen einem Gesenkdeckel und einem Endformgesenk gehalten ist, mit einer Druckflüssigkeit hydrostatisch beaufschlagt. Dies geschieht so, daß die Druckflüssigkeit auf der der Gra­ vur des Endformgesenks abgewandten Breitfläche über Druckmit­ telkanäle des Gesenkdeckels zugeführt wird.

Ausgehend von dem bekannten Verfahren zum hydrostati­ schen Umformen von insbesondere ebenen flächenhaften Blech­ körpern aus kaltumformbarem Metall (DE-38 40 939 A1), liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzu­ stellen, welches eine Steuerung der Restwandstärke des fertig verformten Körpers gestattet.

Entsprechend der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Körper zwischen beiden Dichtungszonen unver­ schieblich festgehalten wird, daß vor einer Beaufschlagung der ersten Breitfläche in einer Anfangsphase zunächst die zweite Breitfläche mit Druckflüssigkeit hydrostatisch beauf­ schlagt und hierbei die erste Breitfläche gegen eine eine Vorform bildende Gravur gedrückt wird, welche mindestens ei­ nem partiellen Körperbereich, der in der Endform eine größere Restwandstärke aufweisen soll, höchstens einen kleinen Ver­ formungsweg und mindestens einem anderen partiellen Körperbe­ reich, der in der Endform eine geringere Restwandstärke auf­ weisen soll, einen größeren Verformungsweg gestattet.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß in der An­ fangsphase der Kaltverformung lediglich eine Werkstoffvertei­ lung erfolgt, wonach die Restwandstärke bereits im wesentli­ chen festliegen kann. In dieser Anfangsphase erhalten parti­ elle Körperbereiche mit einem großen Verformungsweg eine ge­ ringe Restwandstärke, während diejenigen Körperbereiche, die nur einem geringen oder keinem Verformungsweg unterliegen, eine demgegenüber größere Restwandstärke behalten. Die Höhe des Umformgrades bis zum fertigen Körper wird daher im we­ sentlichen durch die Anfangsphase bestimmt.

Der die Endform des umgebildeten Körpers schließlich be­ stimmende Verfahrensschritt besteht in der Endformphase. In der Endformphase erfolgt daher im wesentlichen nur die ei­ gentliche Formgebung. Hingegen ist es nicht ausgeschlossen, daß in der Endformphase auch noch eine Wandstärkenreduzierung für den Fall stattfindet, daß die gesamte Gravurfläche des Endformgesenks größer ist als die gesamte Gravurfläche der Vorform-Gravur bzw. des Gesenkdeckels. Im letzteren Falle werden vornehmlich die in der Anfangsphase gebildeten parti­ ellen Körperbereiche geringerer Wandstärke in der Endform­ phase noch zusätzlich gestreckt und dabei wandstärkenredu­ ziert, weil sie der Verformung einen geringeren Widerstand bieten als die in der Anfangsphase erzeugten partiellen Kör­ perbereiche größerer Restwandstärke.

Vom hydromechanischen Stülpziehen ist es grundsätzlich bekannt (DE 17 77 153), eine Blechplatine bilateral in zwei entgegengesetzten Richtungen zu verformen, ohne daß dadurch eine gezielte Steuerung der Restwandstärke nahegelegt wäre.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt es, wenn gewisse An­ wendungsfälle es erfordern, grundsätzlich zu, den Umformvor­ gang nach der Anfangsphase zu unterbrechen. Da mit einem Verformungsstillstand jedoch eine Kaltverfestigung einsetzt, muß das Metallgefüge des vorgeformten Blechkörpers zur Wie­ dererlangung der Kaltverformbarkeit zunächst durch Normalglü­ hen rekristallisiert werden. Erst danach kann die Formgebung in der Endformphase durchgeführt werden.

In der weitaus größten Zahl der Anwendungsfälle sieht die Erfindung indes vor, daß Anfangsphase und Endformphase im wesentlichen ohne Verformungstillstand zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgen.

Die Erfindung befaßt sich außerdem mit einer Vorrichtung zum hydrostatischen Umformen von insbesondere ebenen flächen­ haften Blechkörpern aus kaltumformbarem Metall, wie sie im Zusammenhang mit der DE-38 40 939 A1 eingangs bereits be­ schrieben ist.

Ausgehend von der bekannten hydrostatischen Umformvor­ richtung gemäß der DE-38 40 939 (Oberbegriff des nebengeord­ neten Anspruchs 4), liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine besonders wirtschaftlich arbeitende Vorrichtung zu schaffen, die weitestgehend eine gezielte Restwandstärken­ steuerung des fertig umgeformten Blechkörpers gestattet. Ent­ sprechend der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Gesenkdeckel als Vorform ebenfalls eine Gravur bil­ det, deren partielle Gravurtiefen den dort erzeugten partiel­ len Restwandstärken des umgeformten Körpers im wesentlichen umgekehrt proportional sind, daß in die Gravurfläche des End­ formgesenks Druckmittelkanäle münden und daß die metallischen Dichtzonen zwischen Endformgesenk und Gesenkdeckel als den Blechkörper lösbar arretierbare Klemmflächen ausgebildet sind.

Die Eigenart der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß die Anfangsphase der Verformung und die Endform­ phase innerhalb einer einzigen Gesenkanordnung stattfinden können. Hierbei bestimmen die partiell unterschiedlichen Gra­ vurtiefen des Gesenkdeckels die partiellen Restwandstärken des fertig umgeformten Körpers weitestgehend vorher.

Wichtig ist es, daß - auch im Zusammenhang mit dem ein­ gangs geschilderten Verfahren - die metallischen Dichtzonen zwischen Endformgesenk und Gesenkdeckel als den Blechkörper lösbar arretierbare Klemmflächen ausgebildet sind. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß während der gesamten hydrostati­ schen Umformung keinesfalls Werkstoff des Blechkörpers aus dem Bereich der metallischen Dichtungszonen in das Gesenk nachgezogen wird. Hierdurch ist ein gleichmäßiger, z. B. bei ebenen Gravurflächen, völlig glatter Verlauf (ohne Einfall­ stellen) der umgeformten Körperbereiche sichergestellt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es besonders vorteilhaft, sogenannte "Höckerbleche" herzustellen. Derar­ tige Höckerbleche weisen einander identische, etwa pyramiden­ stumpfartige Oberflächenerhebungen auf. Jede Kleinfläche ei­ nes Pyramidenstumpfes dient hierbei als Anlagefläche für ein glattes Blech. Letzteres wird mit den äußeren Kleinflächen der Pyramidenstümpfe mittels Punktschweißstellen verbunden. Derartige Zweilagenbleche ergeben in vorteilhafter Weise leichtgewichtige Wandbauelemente großer Tragfähigkeit, z. B. im Zusammenhang mit Fahrzeug-Außenwänden od. dgl. Bei derarti­ gen Höckerblechen wird es indes wegen der erwähnten Punkt­ schweißverbindung als wünschenswert empfunden, die Kleinflä­ chen der Pyramidenstümpfe gezielt dicker auszubilden als de­ ren angrenzende seitliche Trapezflächen.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung eines solchen vorteilhaften Grundelements eines Höckerblechs mit einer relativ großen Restwandstärke im Bereich der Pyramiden­ stumpf-Kleinfläche besteht darin, daß die in der Gesenktei­ lungsebene befindlichen beiden Gravuröffnungen von Endformge­ senk und Gesenkdeckel miteinander kongruente Rechtecke oder Quadrate bilden, daß die Gravur des Gesenkdeckels im zentra­ len Bereich eine, etwa um die Blechstärke des Körpers von der Gesenkteilungsebene zurückversetzte quadratische oder rechteckige ebene Zentralfläche bildet, die von einem umfäng­ lich durchgehenden Trog mit abgerundetem Verlauf seiner Quer­ schnittskontur umgeben ist, und daß die Gravur des Endformge­ senks eine pyramidenstumpfartige Einsenkung bildet, deren zentrale Kleinfläche im wesentlichen der Zentralfläche des Gesenkdeckels entspricht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist ein Gesenk zur Herstellung eines Höckerblechs eine Reihe oder mehrere insbesondere zueinander parallele Reihen von einander identi­ schen Gesenkanordnungen auf.

Eine günstige Druckverteilung zur Erzielung gleichförmig verformter Oberflächen ergibt sich in zusätzlicher Ausgestal­ tung der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch eine Vielzahl etwa siebartig verteilter in den Gravuren von Endformgesenk und Gesenkdeckel mündender Druckmittelkanäle.

Weiterhin ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer die Druckmittelkanäle von Endformgesenk und Gesenkdeckel al­ ternativ zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgend beaufschla­ genden Druckmittelsteuerung versehen.

In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbei­ spiel entsprechend der Erfindung mehr schematisch darge­ stellt, es zeigt

Fig. 1 ein Gesenk mit einem in der Anfangsphase verform­ ten Blechkörper und

Fig. 2 das Gesenk gemäß Fig. 1 mit dem von der Anfangs­ phase in die Endformphase hinein verformten Blechkörper.

In den Zeichnungen ist eine Gesenkanordnung insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet. Die Gesenkanordnung 10 weist einen Gesenkdeckel 11 als Vorform und ein Endformgesenk 12 auf. Eine strichpunktierte Linie kennzeichnet die Gesenk­ teilungsebene E.

Der Gesenkdeckel 11 bildet eine umlaufend durchgehende Dichtfläche 13, während das Endformgesenk 12 eine umlaufend durchgehende Dichtfläche 14 aufweist.

Der Gesenkdeckel 11 ist in Richtung y vom Endformgesenk 12 abhebbar und umgekehrt in der Richtung z auf das Endform­ gesenk 12 absenkbar, um die Gesenkanordnung 10 insgesamt zu­ zustellen.

Zwischen den Dichtflächen 13, 14 ist eine Blechplatine, z. B. aus austenitischem Stahl des Werkstoffs 1.4401, mit ei­ ner Blechstärke s von 1,5 mm eingespannt. Ein solcher Blech­ körper ist in Fig. 1 mit gestrichelten Linien dargestellt und mit K bezeichnet. Der in Fig. 1 gezeigte Blechkörper ist planeben.

Der Gesenkdeckel 11 und das Endformgesenk 12 sind mit Druckmittelkanälen 15, 16 versehen, welche jeweils in der Gravur GV bzw. GE des Gesenkdeckels 11 bzw. des Endformge­ senks 12 münden.

Der zu verformende Körperbereich des Blechkörpers K er­ streckt sich innerhalb der Gesenkanordnung und ist von den Innenkanten der metallischen Dichtflächen 13, 14 begrenzt.

Das Endformgesenk 12 ruht in nicht dargestellter Weise auf einem Pressentisch, während der Gesenkdeckel 11 an dem in Richtung y aufgehenden und in Richtung z absenkbaren Pressen­ bär befestigt ist. Im geschlossenen Zustand drückt der Pres­ senbär die Dichtfläche 13 des Gesenkdeckels 11 fest zur Dichtfläche 14 des Endformgesenks 12, so daß die außerhalb der Gravuren GV, GE befindlichen Bereiche des Blechkörpers K fest und unverschieblich in der Gesenkteilungsebene E zwi­ schen den Dichtflächen 13 und 14 verklemmt sind.

Die Anfangsphase des Umformvorganges besteht darin, daß ein hydraulisches Druckmittel (z. B. eine geeignete wäßrige Emulsion) über die Druckmittelzuleitungen 15 in den unteren Gesenkhohlraum HU eingeführt und ein Druck von ca. 1500 Bar aufgebaut wird, welcher die zweite Breitfläche 17 des Blech­ körpers K derart beaufschlagt, daß sich dessen erste Breit­ fläche 18 unter plastischer Verformung gegen die Gravur GV des Gesenkdeckels 11 anlegt.

Hierbei wird deutlich, daß dort, wo die Gravur GV bei 19 einen umfänglich durchgehenden Trog mit abgerundetem Verlauf seiner Querschnittskontur bildet, die maximale Gravurtiefe Tmax vorhanden ist. Die quadratische ebene Zentralfläche 20 der Gravur GV hingegen ist nur etwa um die Blechstärke s von der Gesenkteilungsebene E zurückversetzt, so daß an jener Stelle der Verformungsweg Tmin = S nur äußerst gering ist.

Je geringer der Verformungsweg, desto größer ist die verbliebene Restwandstärke, so daß die Restwandstärke s1 des Körpers K im Bereich der Zentralfläche 20 = 1,2 mm beträgt, während die Restwandstärke s2 des Blechkörpers K am trogför­ migen Gravurbereich 19 nur 1,1 mm ausmacht.

In Fig. 2 ist der sich in der Gravur GV des Gesenk­ deckels 11 befindliche vorgeformte Blechkörper K gestrichelt dargestellt, während der vorgeformte Blechkörper K gemäß Fig. 1 in durchgezogenen Linien gezeigt ist.

Sobald der vorgeformte Blechkörper K gebildet ist, wird die Druckflüssigkeit in unmittelbarer übergangsloser zeitli­ cher Aufeinanderfolge von den Druckmittelkanälen 15 auf die Druckmittelkanäle 16 umgesteuert, so daß das Druckmittel über den oberen Gesenkhohlraum NO in die Gesenkanordnung 10 ein­ tritt. Hierbei geschieht ein Druckaufbau auf wiederum 1500 Bar, wodurch der Blechkörper K aus seiner vorgeformten Form in seine Endform versetzt wird, wie sie mit durchgezogenen Linien in Fig. 2 dargestellt ist. Bei dieser Endformphase wird die erste Breitfläche 18 druckbeaufschlagt, so daß sich die zweite Breitfläche 17 an die Gravurfläche GE des Endform­ gesenks 12 anlegt und dabei die im unteren Gesenkhohlraum HU vorhandene Druckflüssigkeit über die Kanäle 15 nach außen drängt. Sobald dies geschehen ist, kann der Gesenkdeckel 11 in Richtung y abgehoben und der fertig umgeformte Blechkörper K aus der Gesenkanordnung 10 entnommen werden.

Anhand der Fig. 1 und 2 ist vorstellbar, daß die in der Gesenkteilungsebene E befindlichen beiden Gravuröffnungen von Endformgesenk 12 und Gesenkdeckel 11 miteinander kongruente Quadrate bilden, daß die Gravur GV des Gesenkdeckels 11 in ihrem zentralen Bereich eine, etwa um die Blechstärke s des Körpers K von der Gesenkteilungsebene E zurückversetzte qua­ dratische ebene Zentralfläche 20 bildet. Letztere ist von ei­ nem umfänglich durchgehenden Trog 19 mit abgerundetem Verlauf seiner Querschnittskontur umgeben. Die Gravur GE des Endform­ gesenks 12 bildet eine pyramidenstumpfartige Einsenkung, de­ ren zentrale Kleinfläche 21 im wesentlichen der Zentralfläche 20 des Gehäusedeckels entspricht. Die Gravur GE stellt zudem trapezförmige Seitenflächen 22 eines Pyramidenstumpfes dar.

Anhand der Fig. 1 und 2 ist auch vorstellbar, daß zur Herstellung eines Höckerblechs ein Gesamtgesenk eine Reihe oder mehrere insbesondere zueinander parallele Reihen von einander identischen Gesenkanordnungen 10 aufweist. Aus den Zeichnungen sind bei einer Gesenkhälfte 11, 12 nur jeweils zwei Druckmittelkanäle 15, 16 ersichtlich. In nicht darge­ stellter Weise ist es zur Herstellung gleichförmiger Körper- Oberflächen zweckmäßig, eine Vielzahl etwa siebartig verteil­ ter, in die Gravuren GE, GV von Endformgesenk 12 und Gesenk­ deckel 11 mündender Druckmittelkanäle 15, 16 vorzusehen.

Claims (8)

1. Verfahren zum hydrostatischen Umformen von insbeson­ dere ebenen flächenhaften Blechkörpern aus kaltumformbarem Metall, bei welchem der zu verformende Körperbereich an bei­ den Breitflächen von je einer umfänglich geschlossenen Dich­ tungszone nach außen hin abgeschlossen und in einer Endform­ phase eine erste Breitfläche des zu verformenden Körperbe­ reichs mittels einer Druckflüssigkeit hydrostatisch beauf­ schlagt wird und der Körper, indem er der Druckflüssigkeit nachgibt, bildsam verformt wird, wobei der Körper mit seiner zweiten Breitfläche gegen eine seine Endform bildende Gravur gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (K) zwischen beiden Dichtungszonen (13, 14) unverschieblich fest gehalten wird, daß vor einer Beaufschlagung der ersten Breit­ fläche (18) in einer Anfangsphase zunächst die zweite Breit­ fläche (17) mit Druckflüssigkeit hydrostatisch beaufschlagt und hierbei die erste Breitfläche (18) gegen eine eine Vorform bildende Gravur (GV) gedrückt wird, welche mindestens einem partiellen Körperbereich (bei 20, 21), der in der End­ form eine größere Restwandstärke (s1) aufweisen soll, höchstens einen kleinen Verformungsweg (Tmin) und mindestens einem anderen partiellen Körperbereich (bei 19), der in der Endform eine geringere Restwandstärke (s2) aufweisen soll, einen größeren Verformungsweg (Tmax) gestattet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der partielle Körperbereich (bei 20, 21), der in der End­ form eine größere Restwandstärke (s1) aufweisen soll, in der Anfangsphase keinem Verformungsweg unterliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Anfangsphase und Endformphase im wesentlichen ohne Verformungsstillstand zeitlich unmittelbar aufeinander­ folgen.

4. Vorrichtung zum hydrostatischen Umformen von insbe­ sondere ebenen flächenhaften Blechkörpern aus kaltumformbarem Metall mit einer die Endform des umzubildenden Blechkörpers wiedergebenden Gravur eines Endformgesenks und mit einem das Endformgesenk abschließenden Gesenkdeckel, wobei Endformge­ senk und Gesenkdeckel den zu verformenden Blechkörper dichtend zwischen sich aufnehmen und wobei der Deckel zu dem zu verformenden Körperbereich führende Druckmittelkanäle auf­ weist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesenkdeckel (11) als Vorform ebenfalls eine Gravur (GV) bildet, deren partielle Gravurtiefen (Tmax, Tmin) den dort erzeugten partiellen Rest­ wandstärken (s2, s1) des umgeformten Körpers (K) im wesentli­ chen umgekehrt proportional sind, daß in die Gravurfläche (GE) des Endformgesenks (12) Druckmittelkanäle (15) münden und daß die metallischen Dichtzonen (14, 13) zwischen End­ formgesenk (12) und Gesenkdeckel (11) als den Blechkörper (K) lösbar arretierbare Klemmflächen ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Gesenkteilungsebene (E) befindlichen beiden Gravuröffnungen von Endformgesenk (12) und Gesenkdeckel (11) miteinander kongruente Rechtecke oder Quadrate bilden, daß die Gravur (GV) des Gesenkdeckels (11) im zentralen Bereich eine, etwa um die Blechstärke (s) des Körpers (K) von der Ge­ senkteilungsebene (E) zurückversetzte quadratische oder rechteckige ebene Zentralfläche (20) bildet, die von einem umfänglich durchgehenden Trog (19) mit abgerundetem Verlauf seiner Querschnittskontur umgeben ist, und daß die Gravur (GE) des Endformgesenks (12) eine pyramidenstumpfartige Ein­ senkung bildet, deren zentrale Kleinfläche (21) im wesentli­ chen der Zentralfläche (20) des Gesenkdeckels (11) ent­ spricht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Höckerblechs ein Gesamtgesenk eine Reihe oder mehrere insbesondere zueinander parallele Reihen von einander identischen Gesenkanordnungen (10) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Vielzahl etwa siebartig verteilter in die Gravuren (GE, GV) von Endformgesenk (12) und Gesenkdeckel (11) münden­ der Druckmittelkanäle (15, 16).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekenn­ zeichnet durch eine die Druckmittelkanäle (15, 16) von End­ formgesenk (12) und Gesenkdeckel (11) alternativ zeitlich un­ mittelbar aufeinanderfolgend beaufschlagende Druckmittel­ steuerung.