DE4345158B4

DE4345158B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Streckziehen von Halbzeugen

Info

Publication number: DE4345158B4
Application number: DE4345158A
Authority: DE
Inventors: Frank Treppe; Adam K. Zaboklicki
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1993-03-23
Filing date: 1993-03-23
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2013-03-24
Also published as: DE4345158A1

Abstract

Verfahren zum Streckziehen von Halbzeugen, insbesondere Blech, wobei das Halbzeug randseitig eingespannt, an einer Vorderseite durch einen Preßstempel druckbelastet und an einer Rückseite einer Laserstrahlerwärmung unterzogen wird, wobei der Preßstempel (11) während der Druckeinwirkung auf das Halbzeug zusätzlich zur Hubbewegung eine Rotationsbewegung und/oder eine Translationsbewegung um eine weitere Achse ausführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Streckziehen von Halbzeugen sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentnspruches 3.

Herkömmliche Blech-Umformvertahren, 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 Bedart an flexiblen, nicht werkzeuggebundenen Blechumformvertahren, 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 142 28 528 A1 , DE 37 28 041 A1 ). Derartige Biegevorgänge werden allerdings im Falle der DE 37 28 041 A1 wiederum nur mit erheblichem werkzeugtechnischen Aufwand zur Kaltumformung vorgenommen, bzw. erfordern Robotervorrichtungen und lassen nur eine sehr eingeschränkte Formteilgeometrie zu ( DE 42 28 528 A1 ).

Aus der DE 42 08 160 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Metalldrücken mittels einer Druckrolle bekannt, wobei mittels linearer Zustell- und Vorschubbewegungen ein Rohling in einen Freiraum hineingewölbt wird.

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 durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentnspruches 1 gelöst.

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 durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentnspruches 3 gelöst.

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 Laserstrahlunterstützung durch lokale Erwärmung des Halbzeuges, nämlich 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 Verwvendung 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 einer Kugel, vorteilhaft; In Abhängigkeit von der Streckziehaufgabe kann die Kugel 11, die als Preßstempel verwendet wird zusätzlich zu der in 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. Die Laserstrahlerwärmung dient der Herabsetzung der Streckgrenze und damit der Verminderung der Festigkeit des Blechteiles 1 und der Erhöhung des Formänderungsvermögens, so dass ein größerer Umformgrad 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 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

Verfahren zum Streckziehen von Halbzeugen, insbesondere Blech, wobei das Halbzeug randseitig eingespannt, an einer Vorderseite durch einen Preßstempel druckbelastet und an einer Rückseite einer Laserstrahlerwärmung unterzogen wird, wobei der Preßstempel (11) während der Druckeinwirkung auf das Halbzeug zusätzlich zur Hubbewegung eine Rotationsbewegung und/oder eine Translationsbewegung um eine weitere Achse ausführt.
Verfahren zum Streckziehen von Halbzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Endformgebung des Halbzeuges (1) durch eine flexible Matrize erfolgt, die auf der Seite des Halbzeuges (1) angeordnet ist, an der die Laserstrahl-Erwärmung desselben erfolgt.
Vorrichtung zum Streckziehen von Halbzeugen (1), insbesondere Blech, mit einer Spannvorrichtung (4) zum Einspannen des Halbzeuges (1) in einen Preßstempel (11) und mit einer Laserstrahlquelle (11) zur Laserstrahl-Erwärmung des Halbzeuges (1), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Preßstempel (11) eine Kugelgestalt aufweist und mehrachsig bewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Preßstempel (11) eine flexible, endformgebende Matrize gegenüberliegt.