DE4345158A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Streckziehen von Halbzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Streckziehen von Halbzeugen, insbesondere Blech, wobei das Blech randseitig eingespannt, an einer Vorderseite durch einen Preßstempel druckbelastet und an einer Rückseite einer Laserstrahlerwärmung unterzogen wird, sowie eine Vorrichtung zum Streckziehen von Halbzeugen, insbesondere Blech, mit einer Spannvorrichtung zum Einspannen des Bleches, einem Preßstempel und mit einer Laserstrahlquelle zur Laserstrahlerwärmung des Bleches.

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-0S 42 28 528).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, im wesentlichen unter Verzicht auf formgebundene Werkzeuge ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Streckziehen 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 der Preßstempel während der Druckeinwirkung auf das Blech zusätzlich zur Hubbewegung eine Translations- und/oder Rotationsbewegung entlang und/oder um zumindest eine weitere Achse ausführt.

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 wichtig ist dabei die opponierende Anordnung von Verformungsfluiddruckquelle und Laserstrahlquelle in bezug auf das Halbzeug, da auf diese Weise 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.

Im speziellen ermöglicht es dabei die zusätzliche Translations- und Rotationsbewegung des Preßstempels eine gewünschte Bauteilform trotz einfachen Werkzeuges zu erreichen.

Vorzugsweise kann hierbei eine großflächige Universalform für den Preßstempel, z. B. eine Keramikkugel oder eine Halbkugelform 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 Streckziehen wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Preßstempel eine Kugelgestalt aufweist, und mehrachsig bewegbar ist.

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.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und zugehöriger Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt:
in einer schematischen Darstellung eine Vorrichtung für das laserunterstützte Streckziehen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die linke Seite der Darstellung zeigt den Umformvorgang im Anfangsstadium oder das Blechteil 1 im Ursprungszustand, während die rechte Seite der Figur den Endformgebungszustand des Blechteiles 1 darstellt.

Dabei erfolgt ein Streckziehen mittels Laserstrahlunter­ stützung durch lokale Erwärmung des Halbzeuges, namlich des Blechteiles 1. Das Blechteil 1 ist umfangsseitig durch die Spannvorrichtung 4 festgelegt und wird aus dem in der linken Hälfte der Figur gezeigten Ausgangszustand durch Verwendung eines als Kugel 11 ausgebildeten Preßstempels in Richtung einer Kraft F nach aufwärts druckbelastet unter gleichzei­ tiger Laserstrahlerwärmung an seiner oberen Rückseite durch die Laserstrahlquelle 10. Für den Preßstempel ist die Wahl einer Universalgeometrie, wie einer Kugel, vorteilhaft; In Abhängigkeit von der Streckziehaufgabe kann die Kugel 11, die als Preßstempel verwendet wird zusätzlich zu der in Fig. 2 aufwärtsgerichteten Hubbewegung eine translatorische und/oder rotatorische Bewegung ausführen, wobei dies auf­ grund der in einfacher Weise zu realisierenden mehrachsigen Bewegbarkeit des Preßstempels, hier der Kugel 11, in unkom­ plizierter Weise realisiert werden kann. Die Laserstrahler­ wärmung dient der Herabsetzung der Streckgrenze und damit der Verminderung der Festigkeit des Blechteiles 1 und der Erhöhung des Formänderungsvermögens, so daß ein größerer Um­ formgrad erreicht werden kann.

Gegebenenfalls kann eine elastische Gegenmatrize verwendet werden, die in der Figur jedoch nicht dargestellt ist. Ein Endformzustand des Blechteiles 1 ist in der Figur in der rechten Halbdarstellung im Halbschnitt gezeigt. Dieser kann durch die Gegenmatrize noch besser bestimmt werden.

Durch die Kombination des Freiformstreckziehens mit einem als Kugel gestalteten Preßstempel nach der Figur mit einer lokalen Erwärmung des des Werkstückes an der Rückseite des­ selben durch einen Laserstrahl werden die Möglichkeiten der Freiformumformung deutlich erweitert und auch bisher nicht oder nur mit erhöhtem werkzeugtechnischen Aufwand erreich­ bare Umformgrade realisierbar.

Claims (4)

1. Verfahren zum Streckziehen von Halbzeugen, insbesondere Blech, wobei das Blech randseitig eingespannt, an einer Vorderseite durch einen Preßstempel druckbelastet und an einer Rückseite einer Laserstrahl-Erwärmung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßstempel (11) während der Druckeinwirkung auf das Blech (1) zusätzlich zur Hubbewegung eine Translations- und/oder Rotationsbewegung entlang und/oder um zumindest eine weitere Achse ausführt.

2. Verfahren zum Streckziehen von Halbzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Endformgebung des Blechs (1) durch eine flexible Matrize erfolgt, die auf der Seite des Halbzeuges angeordnet ist, an der die Laserstrahl-Erwärmung desselben erfolgt.

3. Vorrichtung zum Streckziehen von Halbzeugen, insbesondere Blech, mit einer Spannvorrichtung zum Einspannen des Blechs, einem Preßstempel und mit einer Laserstrahlquelle zur Laserstrahl-Erwärmung des Blechs, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßstempel (11) eine Kugelgestalt aufweist und mehrachsig bewegbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Preßstempel (11) eine flexible, endformgebende Matrize gegenüber liegt.