DE4309317A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Freiformumformen von Halbzeugen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Freiformumformen von HalbzeugenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Freiformumformen von Halbzeugen, insbesondere von
Blechen.
Herkömmliche Blech-Umformverfahren, wie z. B. Tiefziehen oder
Streckziehen, die vielfach im Anlagen- und Maschinenbau,
insbesondere im Fahrzeugbau oder der Luft- und
Raumfahrttechnik angewandt werden, erfordern im allgemeinen
aufwendige und komplizierte Umformwerkzeuge, so daß die
Flexibilität hinsichtlich der Einzelfertigung von
Umformteilen bei der Herstellung von Prototypen oder
Kleinserien gering ist.
Es besteht daher ein zunehmender Bedarf an flexiblen, nicht
werkzeuggebundenen Blechumformverfahren, mit denen die
gewünschte Bauteilgeometrie im Einzelfall oder für
Kleinserien kostengünstig und schnell realisiert werden kann
und wobei der Werkzeugaufwand gering bleibt.
Um auch ohne bzw. bei geringem Einsatz formgebundener
Werkzeuge hinreichende Umformgrade realisieren zu können,
ist es wünschenswert, die Streckgrenze des Materiales
möglichst herabzusetzen und somit die Elastizität der
Stahlbleche zu verringern. Für das freie Biegen oder als
Vorbereitung für einen nachfolgenden Kaltumformvorgang ist
es bekannt, hierfür eine lokale Erwärmung des Halbzeuges
mittels Laserstrahl auszuführen (DE-OS 42 28 528, DE-OS 37
28 041). Derartige Biegevorgänge werden allerdings im Falle
der DE-OS 37 28 041 wiederum nur mit erheblichem
werkzeugtechnischen Aufwand zur Kaltumformung vorgenommen,
bzw. erfordern Robotervorrichtungen und lassen nur eine sehr
eingeschränkte Formteilgeometrie zu (DE-OS 42 28 528).
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, im
wesentlichen unter Verzicht auf formgebundene Werkzeuge ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Freiformumformen von
Halbzeugen, insbesondere von Blech, anzugeben, die eine
flexible Formgebung der Halbzeuge mit verhältnismäßig großen
Umformgraden unter verhältnismäßig großflächiger Einwirkung
auf das Halbzeug gestatten.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des eingangs genannten
Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Halbzeug
von einer Vorderseite her einem Verformungsdruck ausgesetzt
und gleichzeitig an seiner Rückseite einer
Laserstrahl-Erwärmung unterzogen wird.
Auf diese Weise ist es auch ohne formgebundene und
komplizierte Werkzeuge möglich, die gewünschte Bauteilform
unter großflächiger Umformung des Halbzeuges, insbesondere
eines Blechteiles, zu erreichen.
Für die Erfindung wesentlich ist dabei die opponierende
Anordnung von Verformungsdruckquelle und Laserstrahlquelle
in bezug auf das Halbzeug, da auf diese Weise eine große
Variabilität hinsichtlich der auf das Halbzeug einwirkenden
Verformungsdruckquellen bei einem solchen Freiformvorgang
möglich ist, zugleich aber eine präzise, lokale Erwärmung
des Halbzeuges von seiner Rückseite her in den Bereichen
hohen Umformgrades erfolgen kann, so daß der
Umformwiderstand verringert wird und höhere Umformgrade
erzielt werden können. Dabei kann im praktischen Einsatz das
Halbzeug mit seiner Vorderseite nach unten weisend und mit
seiner Rückseite nach oben weisend dem Freiformvorgang
unterzogen werden, oder es ist eine umgekehrte Anordnung in
bezug auf die Lage von Vorder- und Rückseite des Halbzeuges
bei entsprechender Vertauschung der Position von
Verformungsdruckquelle und Laserstrahlquelle möglich.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung für die
Blechumformung wird das Blech einem laserunterstützten
Freiformziehen unterzogen, wobei der Verformungsdruck auf
das Blech durch ein Fluid, insbesondere ein Druckgas,
aufgebracht wird.
Dieses Verfahren kann bevorzugt so ausgeführt werden, daß
das Blech randseitig auf einer mit Druckgas gefüllten Wanne
aufgespannt und die der Wanne zugewandte, nach unten
weisende Vorderseite des Bleches in Kontakt mit dem Druckgas
gebracht wird, und daß anschließend, z. B. unter weiterer
Gaszufuhr, der Druck in dem durch die Wanne und das als
obere Abdeckung derselben wirksame Blech geschlossenen und
vollständig mit Druckmedium gefüllten Innenraum der Wanne
erhöht wird. Gleichzeitig mit der Druckerhöhung wird die
Rückseite des Bleches lokal und unter entsprechender
Ablenkung des Laserstrahles einer Laserstrahlerwärmung
unterzogen, so daß eine Freiform-Gasdruckumformung unter
Ausbauchung des Bleches nach oben erfolgt, wobei die
Laserstrahlerwärmung zu einer deutlichen Erhöhung der
erreichbaren Umformgrade in Abhängigkeit von den übrigen
Materialeigenschaften des Bleches führt.
Nach einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung für die Freiform-Blechumformung wird
das Blech einem laserunterstützten Streckziehen unterzogen,
wobei der Verformungsdruck durch ein Druckwerkzeug,
insbesondere einen Preßstempel aufgebracht wird.
Vorzugsweise wird das Blech auch hierbei randseitig
eingespannt und gegen seine, z. B. nach unten weisende
Vorderseite durch eine Hubbewegung eines Preßstempels
druckbelastet, bei gleichzeitiger Laserstrahlerwärmung an
der Rückseite des Bleches.
Vorzugsweise kann hierbei eine großflächige Universalform
für den Preßstempel, z . B. eine Keramikkugel oder eine
Halbkugel- oder Zylinderform gewählt werden.
Zur Erhöhung der Formgenauigkeit der gewünschten Endform des
Halbzeuges kann auf der Seite des Halbzeuges, die durch den
Laserstrahl erwärmt wird, eine flexible Matrize als
Gegenwerkzeug angeordnet sein.
Hinsichtlich der vorgenannten Vorrichtung zum
Freiformumformen wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß das Blech randseitig in einer Spannvorrichtung
aufgenommen ist und an dem Blech einerseits eine
Druckvorrichtung angreift und andererseits eine
Laserstrahlquelle zur Laserbestrahlung einer von der
Druckvorrichtung abgewandten Seite des Bleches vorgesehen
ist.
Durch eine solche Vorrichtung kann ungestört von einem
großflächigen Angriff der Druckvorrichtung an der
eingespannten Blechronde auf deren Rückseite eine lokale
Laserstrahlerwärmung zur Verminderung der Elastizität und
Vergrößerung des Umformvermögens des Materiales angeordnet
werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung nach
der vorliegenden Erfindung ist die Druckvorrichtung ein
Druckgaswerkzeug, durch das das Blech einseitig mit Gasdruck
beaufschlagbar und zu einer gasdruckfreien Seite des Bleches
hin umformbar ist.
Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist die Druckvorrichtung ein Preßstempel, der
vorzugsweise mehrachsig bewegbar ist und höchst vorzugsweise
eine Universalform, insbesondere eine Kugelgestalt,
aufweist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann an der
Rückseite des Blechteiles, der die Laserstrahlquelle
zugewandt ist, eine elastische, endformgebende Matrize
angeordnet sein, so daß die Präzision der Endformgebung
erhöht werden kann.
Weitere, bevorzugte Ausgestaltungen des
Erfindungsgegenstandes sind in den übrigen Unteransprüchen
dargelegt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von
Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher
erläutert. In diesen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für
das laserunterstützte Freiformziehen nach einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung für
das laserunterstütze Streckziehen nach einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In Fig. 1 ist in schematischer Prinzipdarstellung ein
Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zum Freiformziehen
eines Blechteiles 1 dargestellt. Das Blechteil 1 ist entlang
seines Umfangsrandes auf einer Druckwanne 2 aufgelegt und im
Bereich von Randflanschen 3 der Druckwanne 2 durch eine oder
mehrere, hier nicht näher dargestellte, sondern lediglich
schematisch angedeutete Spannvorrichtungen 4 festgespannt.
Die linke Seite der Darstellung zeigt den Umformvorgang im
Anfangsstadium oder das Blechteil 1 im Ursprungszustand,
während die rechte Seite von Fig. 1 den
Endformgebungszustand des Blechteiles 1 darstellt. Der
Innenraum der Druckwanne 2 ist vollständig mit einem
Druckmedium, vorzugsweise Druckgas 5 angefüllt, so daß sich
eine Vorderseite 6 des Blechteiles 1, hier die Unterseite
des Blechteiles, in Kontakt mit dem Druckgas 5 befindet. Die
in Verbindung mit dem Druckgas 5 als Druckvorrichtung
wirksame Druckwanne 2 weist seitlich einen Gaseinlaß 8 auf,
durch den weiteres Druckfluid in die Vorrichtung, d. h. in
den Innenraum der Druckwanne 2 eingeführt werden kann.
Für den Umformvorgang wird durch Einführen weiteren
Druckgases durch den Einlaß 8 der Innendruck innerhalb des
durch das Blechteil 1 abgeschlossenen, vollständig mit
Druckgas gefüllten Innenraumes der Druckwanne 2 der Druck
zum Aufbau eines Umformdruckes erhöht und es wird
gleichzeitig auf der Rückseite 7 des Blechteiles 1 lokal
eine Erwärmung des Blechteiles 1 durch einen Laserstrahl 9
von einer hier nur schematisch und auch hinsichtlich von
Steuerungs- und Ablenksystemen nicht näher dargestellten
Laserstrahlquelle 10 vorgenommen.
Auf diese Weise kann eine Freiformgebung des Blechteiles 1,
wie im Halbschnitt in der rechten Hälfte der Fig. 1
dargestellt, erreicht werden. Die Laserstrahlerwärmung an
der Rückseite 7 des Blechteiles 1 führt zur Herabsetzung der
Streckgrenze und damit zur Verringerung der Festigkeit des
Blechteiles 1, so daß das Umformvermögen erhöht und ein
größerer Umformgrad hinsichtlich des Freiformziehens durch
das Druckgas in Verbindung mit der Druckwanne 2 erreicht
werden können.
Gegebenenfalls kann an der hier als Oberseite angeordneten
Rückseite 7 des Blechteiles 1 auch eine hier nicht
dargestellte, flexible Matrize zur Anwendung kommen, durch
die eine noch größere Bestimmung der Endformgebung des
Blechteiles 1 erfolgen kann, ohne daß hier ein spezieller
werkzeugtechnischer Aufwand nötig ist.
Auf diese Weise wird ein Freiformziehen von Blechteilen
ermöglicht, das eine wesentlich bessere Ausschöpfung des
Umformvermögens des Blechteiles 1 infolge der Anwendung
zusätzlicher Laserstrahlerwärmung ermöglicht, so daß höhere
Umformgrade erreichbar sind, ohne daß der werkzeugtechnische
Aufwand steigt.
Von besonderer Bedeutung ist hierbei die opponierende
Anordnung von durch das Druckmedium 5 und die Druckwanne 2
gebildeter Druckwanne mit in Fig. 1 nach oben gerichteter
Umformkraft einerseits und die rückseitige Anordnung der
Laserstrahlquelle 10 zur lokalen Erwärmung und verbesserten
Formbarkeit des Blechteiles 1 andererseits. Die Dosierung
des Laserstrahles 9 kann hinsichtlich Intensität und
Ablenkung äußerst präzise erfolgen, so daß tatsächlich eine
Erwärmung in den Bereichen besonders hoher Formänderung zur
Erreichung großer Umformgrade möglich ist.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Freiformumformung mittels Laserstrahlunterstützung durch
lokale Erwärmung des Halbzeuges, hier wiederum des
Blechteiles 1 für ein laserunterstütztes Streckziehen dieses
Blechteiles 1. Das Blechteil 1 ist wiederum umfangsseitig
durch die Spannvorrichtung 4 festgelegt und wird aus dem in
der linken Hälfte der Fig. 2 gezeigten Ausgangszustand durch
Verwendung eines als Kugel 11 ausgebildeten Preßstempels in
Richtung einer Kraft F nach aufwärts druckbelastet unter
gleichzeitiger Laserstrahlerwärmung an seiner oberen
Rückseite durch die Laserstrahlquelle 10. Für den
Preßstempel ist die Wahl einer Universalgeometrie, wie z. B.
einer Kugel, vorteilhaft; es kann jedoch auch eine
Halbkugelform oder Zylinderform verwendet werden.
Gegebenenfalls kann in Abhängigkeit von der
Streckziehaufgabe die Kugel 11 oder der an ihrer Stelle
verwendete Preßstempel zusätzlich zu der in Fig. 2
aufwärtsgerichteten Hubbewegung eine translatorische
und/oder rotatorische Bewegung ausführen, wobei dies
aufgrund der in einfacher Weise zu realisierenden
mehrachsigen Bewegbarkeit des Preßstempels, hier der Kugel
11, in unkomplizierter Weise realisiert werden kann. Auch
hier dient die Laserstrahlerwärmung der Verminderung der
Festigkeit des Blechteiles 1 und der Erhöhung des
Formänderungsvermögens.
Gegebenenfalls kann auch in diesem Fall eine elastische
Gegenmatrize verwendet werden, die in Fig. 2 jedoch nicht
dargestellt ist. Ein Endformzustand des Blechteiles 1 ist in
Fig. 2 in der rechten Halbdarstellung im Halbschnitt
gezeigt.
Durch die Kombination der Fluid-Druckvorrichtung gemäß
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bzw. des
Freiformstreckziehens mit einem z. B. als Kugel gestalteten
Preßstempel nach Fig. 2 mit einer lokalen Erwärmung des
Werkstückes an der Rückseite desselben durch einen
Laserstrahl werden die Möglichkeiten der Freiformumformung
deutlich erweitert und auch bisher nicht oder nur mit
erhöhtem werkzeugtechnischen Aufwand erreichbare Umformgrade
realisierbar.
Claims (14)
1. Verfahren zum Freiformumformen von Halbzeugen,
insbesondere Blech, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbzeug
(1) von einer Vorderseite (6) her einem Verformungsdruck
ausgesetzt und gleichzeitig an seiner Rückseite einer
Laserstrahl-Erwärmung unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 für eine Blechumformung,
dadurch gekennzeichnet, daß das Blech (1) einem
laserunterstützten Freiformziehen unterzogen wird, wobei der
Verformungsdruck durch ein Fluid, insbesondere Gas (5),
aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Blech (1) randseitig auf einer mit Druckmedium gefüllten
Wanne (2) aufgespannt, die der Wanne (2) zugewandte
Vorderseite (6) des Bleches (2) in Kontakt mit dem
Druckmedium (5) gebracht und anschließend der Druck in der
Wanne (2) bei gleichzeitiger Laserstrahlerwärmung der
Rückseite (7) des Bleches (1) erhöht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, für eine Blechumformung,
dadurch gekennzeichnet, daß das Blech (1) einem
laserunterstützten Streckziehen unterzogen wird, wobei der
Verformungsdruck durch ein Druckwerkzeug (11) aufgebracht
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
das Blech (1) randseitig eingespannt und durch einen
Preßstempel (11) gegen seine Vorderseite druckbelastet wird,
bei gleichzeitiger Laserstrahlerwärmung an der Rückseite (7)
des Bleches (1).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der Preßstempel während der Druckeinwirkung auf das Blech
zusätzlich zur Hubbewegung eine weitere Bewegung um und/oder
entlang zumindest einer weiteren Achse ausführt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Preßstempel zusätzlich zu der Hubbewegung, die im
wesentlichen vertikal zu einer Hauptebene des Bleches
gerichtet ist, eine Translations- und/oder Rotationsbewegung
ausführt.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Endformgebung des Halbzeuges durch eine flexible Matrize
erfolgt, die auf der Seite des Halbzeuges angeordnet ist, an
der die Laserstrahlerwärmung desselben erfolgt.
9. Vorrichtung zum Freiformumformen von Blech, dadurch
gekennzeichnet, daß das Blech (1) randseitig in einer
Spannvorrichtung (4) aufgenommen ist und an dem Blech (1)
einerseits eine Druckvorrichtung (2, 5; 11) angreift und
andererseits eine Laserstrahlquelle (10) zur
Laserbestrahlung einer von der Druckvorrichtung abgewandten
Seite des Bleches (1) vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Druckvorrichtung ein Fluiddruckwerkzeug, insbesondere
ein Druckgaswerkzeug (2, 5), ist, in dem das Blech (1)
einseitig mit Fluiddruck beaufschlagbar und zu einer
fluiddruckfreien Seite des Bleches (1) hin umformbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckvorrichtung ein Preßstempel (11) ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der Preßstempel mehrachsig bewegbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß der Preßstempel (11) eine Universalform,
insbesondere Kugelgestalt, aufweist.
14. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der
Druckvorrichtung eine flexible, endformgebende Matrize
gegenüberliegt.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4309317A DE4309317A1 (de) | 1993-03-23 | 1993-03-23 | Verfahren und Vorrichtung zum Freiformumformen von Halbzeugen |
DE4345158A DE4345158B4 (de) | 1993-03-23 | 1993-03-23 | Verfahren und Vorrichtung zum Streckziehen von Halbzeugen |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4309317A DE4309317A1 (de) | 1993-03-23 | 1993-03-23 | Verfahren und Vorrichtung zum Freiformumformen von Halbzeugen |
DE4345158A DE4345158B4 (de) | 1993-03-23 | 1993-03-23 | Verfahren und Vorrichtung zum Streckziehen von Halbzeugen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4309317A1 true DE4309317A1 (de) | 1994-09-29 |
Family
ID=25924234
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4309317A Ceased DE4309317A1 (de) | 1993-03-23 | 1993-03-23 | Verfahren und Vorrichtung zum Freiformumformen von Halbzeugen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4309317A1 (de) |
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AH | Division in |
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