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Die
Erfindung betrifft eine hydraulische Tiefzieheinrichtung bei Pressen
zum Tiefziehen von Spülbecken
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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In
der Umformtechnik von Doppelbeckenspülen aus vorwiegend austenitischen
Edelstählen führte der
steigende Bedarf zu neuen Methoden der Umformtechnologie für eine kostengünstigere
einteilige Fertigung der Eineinhalb- und Doppelbeckenspülen als Voraussetzung für eine Massenfertigung. Bei
der seinerzeit eingeleiteten Entwicklung für eine einteilige Fertigung
erfolgte der Umformvorgang vornehmlich in vier nacheinander ablaufenden
Stufen. In der ersten Stufe erfolgte durch den 1. Zug ein Tiefziehen
der Beckenpartien, dem in der zweiten Stufe eine Randbeschneidung
folgte. Beim 2. Zug innerhalb der Stufe drei kam es dann zum Streckziehen
und Hohlprägen
der Becken sowie dem Randbiegen um 90°, welcher in der vierten Stufe
dann fertig gebogen wurde. Der entscheidende Umformvorgang für die Herstellung
der tiefen Becken ist der 1. Zug mit dem kritischen Zug (Z1 + Z2;
Z1 = Zugumformbereich längsseitig
und Z2 = Zugumformbereich querseitig) und Druck (D1 + D2; D1 = Druckumformbereich
Steg, geometrische Mitte und D2 = Druckumformbereich in den Ecken
der Beckenkontur) in den Fließfrontzonen der
Werkstückform
für eine
Doppelbeckenspüle.
Ist im Druckumformbereich D1 und D2 durch das konzentrische Zusammenfließen des Materials
in der Eckrundung der Niederhaltedruck zu klein oder der Ziehringspalt
zu groß,
führt dieses
zum bekannten Knicksprung und somit zur Faltenbildung zweiter Ordnung.
Dieses beeinflußt
wiederum den Fließfrontbereich
an der mehr oder weniger geraden Beckenkontur. Über die Zug-Umformbereiche
Z fließt
das Material im wesentlichen in die Tiefenkontur der Becken. Das
Material im Stegbereich kann bei einer Doppelspüle im wesentlichen nur über die
Fließfront Z2
einfließen.
Durch partielle Verdickung in den Druckumformungsbereichen kann
es zur Druckentlastung im Zugfließfrontbereich und somit zur
Faltenbildung erster Ordnung führen.
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Der
am meisten kritische Materialfluß im Werkstück findet sich deshalb im Bereich
des Zwischensteges mit hoher Konzentration der Tangentialspannung
im Druckbereich D1 (Druckumformbereich Steg) statt. Dies erfordert
eine sensible Steuerung der Niederhaltepressung auf der Werkstückform in der
geometrischen Mitte des Druckumformbereichs Steg.
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Technologische
Zielvorgabe für
das einteilige Umformverfahren im ersten Zug ist, die Fließfrontzonen
in den Zug- und Druck-Umformbereichen über den Tiefziehhub zu steuern.
Als weitere Forderung entwickelte sich mit zunehmender Vielfalt
des Spülbecken-Designs
die Notwendigkeit einer reproduzierbaren Einstellmöglichkeit
der Prozeßparameter
im Bereich der Niederhalterpressung zur exakten Beeinflussung der
Fließfrontbereiche
für eine
Just-In-Time-Produktion, das heißt einer auftragsbezogenen Fertigung
beim Produktions-/Werkzeugwechsel.
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Zum
Stand der Technik gehört:
- A) die Anwendung einer von oben zweifach wirkenden ölhydraulischen
Tiefziehpresse:
Im Gegensatz zur einfachwirkenden Presse ist mittels
des Blechhalterstößels, der
sich planeben auf den Niederhalter mit der eingelegten Platine auflegt,
jede Kippeinwirkung auf den Niederhalter ausgeschlossen.
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Der
Blechhalterstößel wird
von mehreren Zylindern gesteuert. Die von diesen Zylindern aufgebrachten
Kräfte
können
mit der Mehrpunktregelung des Blechhalters unterschiedlich hoch
eingestellt werden. Die Umformbewegung erfolgt durch den hydraulischen
Ziehstößel. Allerdings
hat die Praxis aufgezeigt, daß die örtliche
Niederhalterpressung auf die Werkstückform, das heißt auf die
Fließfrontbeeinflussung,
partiell nicht immer ausreichend ist, so daß für den Praktiker in altbekannter
Weise in den kritischen Fließfrontbereichen
zum Teil Papierschnitzel mit Dicken von 0,005 mm bis 0,010 mm unter
die Niederhalterarmierung gelegt werden müssen. Besonders beim Einfahren
neuer Werkzeuge erfordert dies einen hohen experimentellen Aufwand
und ist nur bedingt reproduzierbar.
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Die
technologischen Nachteile der Ziehkissen nach diesen Schutzrechten
sind:
- 1) Das Verhältnis zwischen Blechhaltekraft
im Bereich des Ziehkissens – Wirkung
der Zylinder zu den Ziehstempelkräften – unterliegt einer starren Bemessung
im Verhältnis
der Zylinderflächen
zueinander. Bei schwierigen Formkörpern, wie zum Beispiel Doppelbeckenspülen, mit
unterschiedlichen geometrischen Formen (wie unterschiedliche Beckentiefen,
Radien und so weiter) ist eine flexible Anpassung der Kräfte im Verhältnis der Blechhalte-
und Ziehstempelkräfte
nur stark eingeschränkt
möglich,
was den modernen Ansprüchen
in einer auftragsbezogenen Fertigung nicht unbedingt entspricht.
- 2) Der kritische Bereich in der Zug- und Druck-Umformung liegt
im mittleren Steg zwischen den beiden Becken einer Doppelbeckenspüle. Das
gleiche gilt auch für
eine Eineinhalb-Beckenspüle.
Die Produktionspraxis hat gezeigt, daß die Anordnung der Vielpunkt-Zylinder
in der Blechhalter-/Druckhalterplatte (Werkzeugunterteil) und deren
Ansteuerung entscheidend für das
Einfließen
des Materials in die Tiefe der Becken und den mittleren Stegbereich
ist.
- 3) Für
eine Steuerung des Fließens
des Werkstückbleches
ist die elastische Verformung, das heißt partielle Aufwölbung der
Druckhalteplatte in den Zug- und Druckfließfrontzonen das Entscheidende.
Das heißt,
die geometrische Bemessung der Druckhalteplatte unterliegt einer
genauen Bemessungsregel, damit das punktuelle Unterlegen von Papierschnitzeln
vermieden werden kann.
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Die
Anforderungen nach 2) und 3) werden nicht erfüllt, weil die geometrische
Zuordnung der Arbeitszylinder der Blechhalterplatten zu den Zug-/Druckfließzonen falsch
ist. Im Zugumformbereich Quer fehlen die Zylinder ganz, das heißt die technologischen
Voraussetzungen werden nicht erfüllt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Tiefzieheinrichtung
der eingangs genannten Art eine Steuerung zu schaffen, mit der bei
der Herstellung von Spülbecken
mit einer Vielzahl von verschiedenen Werkzeugen mit unterschiedlichen
Geometrien hinsichtlich Beckenabstand, Tiefe, Radien, Blechdicke
und unterschiedlichen Werkstoffqualitäten mit unterschiedlichem Fließverhalten,
die elastischen Aufwölbungen
zwischen den einzelnen Zug- und Druck-Umformungszonen durch unterschiedliche Kraftparameter
geometrisch individuell beeinflußt werden können, um ein optimales Fließen des
Werkstückbleches
während
des Tiefziehvorgangs, insbesondere beim Anfahren neuer Werkzeuge
oder beim Produktionswechsel, zu erreichen.
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Diese
Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
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Mit
der Steuerung gemäß der Erfindung
wird erreicht, daß durch
die gezielte, unterschiedliche Druckbeeinflussung auf die verschiedenen
Bereiche eine merkbare elastische Verformung der Blechhalterplatte
erzielt wird, wobei punktuell in den einzelnen Zug- und Druckumformungsbereichen
der Fließwiderstand
beinflußbar
ist.
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Damit
entfällt
die bisher gängige
Praxis, einer punktuellen Krafterhöhungsbeeinflussung durch das
Unterlegen von Papierschnitzeln unter die Ziehkissenplatte, das
heißt
durch gezielte hydraulische Ansteuerung der einzelnen Zylinder kann
das Unterlegen entfallen.
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Von
Vorteil ist weiter, daß die
Prozeßparameter
für die
Blechhalter- und Ziehstempelkräfte
unabhängig
voneinander gezielt über
den Tiefziehhub gesteuert bzw. geregelt werden, so daß eine hohe
Reproduzierbarkeit der technologisch notwendigen Parameter, besonders
beim Anfahren neuer Werkzeuge oder beim Produktionswechsel, erreicht
wird.
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Durch
die Meßwerte
des Tiefziehhubes H der Ziehstempelkolben kann der Niederhaltedruck
in den Druck-Umformbereichen D1 und D2 in den Eckrundungen der Becken
und in den Zug-Umformbereichen Z1 der Tiefenkontur der Becken unterschiedlich
aber genau den technologischen Erfordernissen entsprechend, gemäß der Erfindung,
gesteuert werden, womit ein optimales Fließverhalten des Materials erzielt
wird. Der Materialfluß im
Stegbereich wird weiter durch die gezielte Krafteinwirkung im Zugumformbereich
Z2 aufgrund der elastischen Verformung der topographischen Fläche der
Blechhalterplatte günstig
beeinflußt,
damit im Druck-Umformbereich
D1 des Zwischensteges, insbesondere in der Mitte, genügend Material
zufließt.
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Die
technologischen Vorteile des hydraulischen Vielpunkt-Ziehkissens
gemäß der Erfindung liegen
auch in der optimalen Ausnutzung des Platinenzuschnitts. Circa 10%
Materialeinsparung im Vergleich zu anderen Systemen sind möglich. Ein
weiterer Rationalisierungsgewinn ist die höhere Verfügbarkeit der Pressen durch
die schnelle hydraulische Umstellung und Neueinstellung des Kraftprofils
für den Blechhalter
und den Ziehstempel für
das Vielpunkt-Ziehkissen beim Werkzeugwechsel.
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Weitere
zweckmäßige Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 angeführt.
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Die
Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen
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1 die Presse der erfindungsgemäßen Tiefzieheinrichtung
im Aufriß,
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2 die Presse mit der Tiefzieheinrichtung nach 1 in einem Schnitt und
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3 die Tiefzieheinrichtung nach 1 und 2 im
Grundriß.
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Die
Zeichnung zeigt in den 1 bis 3 die erfindungsgemäße Tiefzieheinrichtung in einer
Presse 14 in geschlossener Arbeitsstellung vor dem Tiefziehvorgang.
Am Oberholm mit dem Stößel 15 ist
die Werkzeugwechselplatte mit dem Ziehring 17 angebracht.
Weiter zeigt die Zeichnung die Anordnung des hydraulischen Ziehkissens 8 in
einer Ausnehmung 22 der Blechhalterplatte 12 mit
zwei Ziehstempelmodulen 9. Die Ziehstempelmodule 9 sind
dabei verschiebbar untergebracht, wobei jedes Ziehstempelmodul 9 aus
dem Druckzylinder 20 mit Ziehstempelkolben 19 und
dem Ziehstempel 18 besteht und sind mittels der Blechhalterzylinder 10 (für den Eckenbereich-Beckenkontur)
und ihrer Kolben 11 gegenüber den Pressentisch 16 abgestützt. Die
Ziehstempel 18 sind dabei über ihre Druckzylinder 20 separat
und unabhängig
voneinander ansteuerbar.
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In 1 und 2 sind
als Beispiel zwei Ziehstempelmodule 9 dargestellt, die
je nach Beckengröße und Stegbreite
im Zentrierabstand der Doppelbecken zueinander einstellbar sind.
Die Ziehstempelkolben 19 sind entsprechend einem vorwählbaren Geschwindigkeitsprofil über den
Ziehhub H in der Ziehgeschwindigkeit steuerbar. Zur gezielten Beeinflussung
der Niederhalterpressung in den vier Eckkonturen der Becken ist
jedes Ziehstempelmodul 9 mit vier im hydraulischen Druck über den
Ziehhub H steuerbaren Blechhalterzylindern 10 ausgerüstet. Der äußere Blechhaltekorpus
ist über
den Ziehhub H in der Niederhaltekraft mit variabel hydraulisch steuerbaren
Blechhalterzylindern zweimal je 1 bis 7 und ihren
Druckkolben 13 ausgerüstet.
In Vorteilhafterweise sind die Blechhalterzylinder 1 + 7, 2 + 3, 5 + 6, 4 und 10 in
Gruppen, und darin miteinander kommunizierend zusammmengefaßt sowie
getrennt ansteuerbar. Diese Zylindergruppen in der Blechhalterplatte 12 werden
somit voneinander unabhängig
angesteuert, vorzugsweise nach den Fließbereichen in den Zug- und
Druck-Umformbereichen Z1 und Z2 sowie D1 einer Doppelbeckenspüle, wobei
die Ansteuerung über
den Ziehkissenhub in der Kraft, je nach den technologischen Erfordernissen
der Zug- und Druckumformung,
unterschiedlich ist. Wichtig ist besonders die separate Ansteuerung
der Zylinder 4 in der Mitte der Blechhalterplatte 12,
um das Fließen
in dem mittleren Stegbereich, je nach Schwierigkeitsgrad, beinflussen
zu können.
Das gleiche gilt für
den Zugbereich Z2, weil das Material im Stegbereich im wesentlichen
nur aus diesen Bereichen fließmäßig entnommen
werden kann. Insofern ist die getrennte Ansteuerung der Zylinder
gruppen je nach Fließwiderstand
(verschieden bei unterschiedlichen Tiefen und Radien sowie Blechdicken)
zwingend notwendig. Die Ziehstempelmodule 9, sind austauschbar
und bei dieser Ausführung
in der mittleren Ausnehmung 22 der Blechhalterplatte 9 entsprechend
den unterschiedlichen Zentrierabständen der Doppelbeckenkonturen 23 verschiebbar.
Die Verstellung erfolgt über
Spindelantriebe. Der Verstellabstand ist aufgrund der NC-Antriebe
exakt vorprogrammierbar. Auch die Blechhalterzylinder 10 werden
in ihrer Kraft abhängig
von der Ziehtiefe H, unterschiedlich angesteuert. Dieses ist notwendig,
weil mit zunehmender Beckentiefe im Druck-Umformungsbereich es mit dem
Zusammenfließen
des Materials zu Materialanhäufigungen
kommt und somit zum kritischen Knicksprung führen kann. Dieses wird durch
gezielte Erhöhung
der Kräfte
in den Eckbereichen mit zunehmender Ziehtiefe verhindert, bzw. es
wird dem entgegengesteuert. In den Ziehstempelmodulen 9 ist
die Ziehstempelkolbenkraft über
den Stempelhub H in der Kraft und in der Geschwindigkeit (Umformgeschwindigkeit)
steuerbar, wobei durch die zugeordneten Wegsensoren 24 jeweils
den Ziehstempelkolben 19 die Tiefe der Becken unabhängig voneinander
steuerbar ist.
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Um
eine Fließfrontsteuerung
zu bewirken, ist es notwendig, durch eine merkbare elastische Verformung
in den einzelnen Zug- und Druck-Umformungsbereichen puntkuell den
Fließwiderstand
zu beeinflussen, um damit eine punktuelle Krafterhöhung zu erreichen.
Um im On-Line-Prozeß,
insbesondere beim Anfahren neuer Werkzeuge, die notwendige elastische
Verformung zwischen den einzelnen Zylindern im Bereich von 5 bis
100 my und größer gezielt durch
die hydraulische Kraftveränderung
in dem Abstand L zueinander zu erreichen, bedarf es einer besonderen
Bemessungsregel in der geometrischen und kraftmäßigen Zuordnung zwischen der
Zylinderkraft der Vielpunkt-Zylinder, dem Abstand L der Zylinder
zueinander und der Bauhöhe
des Blechhalters. Als Bemessungsregel für die Auslegung der Höhe y der
Blechhalterplatte 12 wurden folgende Zusammenhänge als
notwendig befunden Demnach gelten für eine Veränderung der elastische Aufwölbung Δ s
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- – die
Höhe y
geht mit der dritten Wurzel ein,
- – der
Abstand L mit der dritten Potenz und
- – die
Kraft in den Druckzylindern 1 bis 7 linear.
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Die
Anwendungspraxis hat gezeigt, daß zum Beispiel in der geometrischen
Mitte D1 mit dem Zylinderabstand L eine gesteuerte elastische Aufwölbung von Δ s ca. 0,004
bis 0,08 mm das Fließen
des Werkstückbleches 21 im
mittleren Stegbereich der Doppelbeckenspüle sehr wirksam beeinflußt. Zweckmäßig ist
auch die Anordnung von Kraftübertragungsbrücken 25 entsprechend
dem Abstand x in der Ausnehmung 22 zwischen und außerhalb
der Ziehstempelmodule 9. Verändert sich nämlich beim
Werkzeugwechsel der Abstand x im zentrischen Abstand der Beckenkonturen 23, so
werden die Lücken
zwischen und außerhalb
der beiden Ziehstempelmodulen 9 in der Ausnehmung 22 zur
besseren Übertragung
der Kräfte
und partiellen Wegverformungen Δ s
auf das Werkstückblech 21 durch
die Kraftübertragungsbrücken 25 ausgefüllt.
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Zusammenfassend
ist für
die erfindungsgemäße Tiefzieheinrichtung
und Steuerung festzuschreiben:
Das Fließen des Werkstückbleches 21 entlang
der Ziehring-, das heißt
der Doppelbeckenkontur kann entsprechend den Zugumformbereichen
Z1 + Z2 und Druckumformbereichen D1 + D2 durch individuelle Ansteuerung
der Blechhalterzylinder zum Beispiel durch eine NC-Steuerung gezielt
während
des Tiefziehhubes H eingestellt werden.
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Das
Kraftprofilprogramm der Blechhalterzylinder 1 bis 7 und 10 im
verschiebbaren Ziehstempelmodul 9 wird für jedes
Werkzeug abgespeichert.
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Das
Fließen
des Werkstückmaterials
im ersten Zug wird im wesentlichen durch die unterschiedlich gesteuerte
elastische Verformung in den Zug- und Druckumformbereichen der Werkzeugspannfläche des
Blechhalters und des Ziehkissens 8 beeinflußt.