DE4435069A1

DE4435069A1 - Hydraulische Tiefzieheinrichtung

Info

Publication number: DE4435069A1
Application number: DE4435069A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Bernd Bielfeldt
Original assignee: Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Current assignee: Dieffenbacher GmbH and Co KG
Priority date: 1994-09-30
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 1996-04-04
Also published as: TW339291B; CN1122267A; ITMI951978A1; DE19511379A1; CN1074950C; ITMI951978A0; IT1277654B1

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Tiefzieheinrichtung bei Pressen zum Ziehen von Blechformteilen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der Tiefziehblechumformung kommt mehr und mehr das prozeßgeführte hydroelastische Vielpunkt-Tiefziehkissen zur Anwendung. Alle diese hydroelastischen Tiefziehkissen verfolgen im wesentlichen das Ziel, negative Einflußfaktoren wie Kippungen vom Stößel oder Verschleiß der mechanischen Ziehstifte, welches wiederum zu Versagungsfällen hinsichtlich Faltenbildung ersten und zweiten Grad es oder Rißbildung an der Zarge am Tiefziehteil selbst führt, zu kompensieren.

Die DE-OS 41 22 128 betrifft eine hydroelastische Tiefzieheinrichtungen, in der Kurzhubkolben mit steckbaren Ziehstiften zu Kraftwirkungsfeldern entsprechend der Formgeometrie des Werkstückes für eine CNC-Prozeßregelung zusammengefaßt sind. Für die Prozeßführung in der Tiefziehformung von Doppelbeckenspülen gibt es jedoch keine Hinweise für eine gezielte geometrische Zuordnung solcher Kraftwirkungsfelder zu den kritischen Materialfließbereichen entlang der Ziehringgeometrie, zum Beispiel im Druckumformbereich "Steg". Da dieses technologische Umfeld nicht bekannt ist, fehlt auch als Voraussetzung zur Durchführung des Umformprozesses die konzeptionelle Ausführung der Tiefziehvorrichtung für eine Doppelbeckenziehringgeometrie.

Alle diese neuen servohydraulisch CNC-geregelten Vielpunkt-Ziehkissen haben jedoch mehr oder weniger den Nachteil, daß die Werkzeuge diesen Ziehapparaten angepaßt werden müssen. Das heißt, die in der Blechumformtechnik vorhandene große Anzahl von konventionellen Werkzeugen, wie sie für doppelt wirkende Pressen mit Blechhalterstößel oder einfach wirkende Pressen mit Ziehapparat zur Anwendung kommen, können in den meisten Fällen nicht ohne zusätzliche Anpaßumrüstung für solche modernen hydroelastischen Vielpunkt-Ziehkissen zur Anwendung kommen. Andererseits sind die Rationalisierungseffekte durch den Einsatz solcher neuen hydroelastischen CNC-geregelten Tiefziehapparate für die Wettbewerbsfähigkeit der Blechumformungsunternehmungen so gewichtig, daß man auf diese neue Technologie umsteigen muß. Der Kapitalwert des vorhandenen Werkzeugparkes ist jedoch in den meisten Fällen bei den Tiefziehumformungen weitaus höher als der Kapitalwert der Umformpressen, zum Beispiel für eine einfachwirkende Tiefziehpresse. Da die Umrüstung der konventionellen Werkzeuge, für die neue Umformtechnik sehr kapitalintensiv ist, ergab sich eine neue Aufgabenstellung für die Pressentechnik mit integrierten neuen CNC-geregelten Vielpunkt-Ziehapparaten.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Presse zusammen mit dem hydroelastischen Ziehapparat so zu gestalten, daß ohne aufwendige Anpaßumrüstung vorhandene Werkzeuge der bisherigen konventionellen Tiefzieh-Umformtechnik zum Einsatz kommen können mit dem Ziel, daß solche älteren Werkzeuge entsprechend dem Anspruch eines modernen CNC-geregelten in Kraftwirkungsfeldern gegliederten Vielpunkt-Ziehkissens gefahren werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs 1 angegeben.

Als wesentlicher Vorteil der Erfindung ist anzuführen, daß Werkzeuge von konventionellen einfach wirkenden Pressen ohne umständliche und teure Anpaß-Umrüstung für eine prozeßgeführte Tiefziehumformung mit CNC-geregelter Vielpunktkraftregelung eingesetzt werden können.

Vorteile des Systems gemäß der Erfindung sind weiter:

- Im Vergleich zu zum Beispiel konventionellen hydraulischen Pressen mit einem sehr großen Ölvolumen, welches bei den Schließhaltekräften und Kraftprofilabweichungen einer sehr großen Federwirkung aufgrund der Kompressibilität des Öles unterliegt, liegt hier bei der mechanischen Verriegelung über die sehr starren mechanischen Zugholmen ein wesentlich steiferes System als Zuhaltevorrichtung vor.
- Die Kurzhubzylinder haben nur ein sehr geringes Ölvolumen, so daß auch hier bei einer Kraftprofiländerung Kraftsprünge in Millisekunden durchgeführt werden können.
- Unter den gegebenen Voraussetzungen ist eine Echtzeitregelung, besonders bei extrem hohen Umformgeschwindigkeiten, über den Hub H ohne Einschränkung möglich.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung zu der Zeichnung hervor und sind in den Unteransprüchen angegeben.

Es zeigen:

Fig. 1 die Presse der erfindungsgemäßen Tiefzieheinrichtung im Aufriß,

Fig. 2 im Schnitt den Ausschnitt Z nach Fig. 1,

Fig. 3 die Tiefzieheinrichtung aus Fig. 1 im Grundriß.

Die Zeichnung zeigt in den Fig. 1 bis 4 die erfindungsgemäße Tiefzieheinrichtung in einer Presse 1 links in geschlossener Arbeitsstellung und rechts vor dem Tiefziehvorgang. Dabei übernimmt die Presse 1 die Funktion einer Zuhalte- bzw. Werkzeugspannvorrichtung. Das heißt, der Schließzylinder 2 hat die Funktion, das Eigengewicht von Stößel 3 und Werkzeugoberteil 4 vertikal im Zuge einer Öffnungs- oder Schließbewegung hydraulisch zu bewegen. In geschlossener Position werden über mindestens zwei, vorzugsweise vier Zugholme 5, die beim Tiefzieh-Umform-Vorgang auftretenden Umformkräfte statisch aufgenommen. Hierzu werden in der unteren Schließposition die Zugholme 5 in einer mechanischen Verriegelungseinheit hydraulisch gesteuert verriegelt, so daß die auftretenden Kräfte zwischen der unteren Tischkonstruktion 7 des Pressengestells und dem oberen Stößel 3 aufgefangen werden.

In Fig. 2 ist der Ausschnitt Z aus Fig. 1 im Schnitt A-A (siehe Fig. 3) im Detail größer dargestellt. Mit der oberen Werkzeughälfte 4 ist der Ziehring 8 wie bei einer konventionellen Ausführung fest verbunden. Die untere Werkzeughälfte besteht aus folgenden Funktionselementen:

- Ziehstempel 9,
- Blechhalteplatte 10,
- Vielpunkt-Ziehkissenplatte 11 und
- Hydraulische Ansteuerplatte 12 für die Kurzhubzylinder 13.

Die Kurzhubzylinder 13 sind in Kraftwirkungsfeldern 14 (siehe Fig. 4) den einzelnen Zug- oder Druckumformungsbereichen zu Vielpunkt-Kraftpunkten zusammengefaßt. Jedes Kraftwirkungsfeld 25 wird separat mittels der hydraulischen Ansteuerplatte 12 angesteuert. Das Ausführungsbeispiel zeigt in der Fig. 3 die Tischplatte 15 mit den hydraulischen Ziehkissen 11, welches in den Kraftwirkungsfeldern Z1, Z2, D2 und D1.2, D1.3 und D1.4 aufgeteilt ist. Im engen Rasterfeld umhüllen die Kurzhubzylinder 13 die Ziehringgeometrie entsprechend der Doppelspülenkontur 9 gemäß diesem gewählten Beispiel. Die Tischplatte 15 besitzt vornehmlich im Mittelfeld der Spannfläche Ziehstempelstiftbohrungen 16. Je nach Geometrie der Ziehstempel 9 werden entsprechend viele mechanische Ziehstempelstifte 17 gesteckt, die sich wiederum auf der Ziehstempelplatte 18 abstützen.

Der Funktionsablauf eines Tiefziehvorgangs ist wie folgt:
Bei geöffneter Presse 1 wird die glatte Werkstückplatine 19 auf die Blechhalteplatte 10 und den abgesenkten Ziehstempel 9 gelegt. Danach wird in schneller Schließbewegung der Stößel 3 hydraulisch oder mechanisch bis auf einen kleinen Spalt Δ von circa 0,5 mm bis 5 mm kurz über dem Werkstück 19 abgesenkt und hydromechanisch mittels der Zugholme 5 und den Verriegelungselementen 6 mit der unteren Tischkonstruktion 7 gekuppelt. Diese Funktion hat zwei Vorteile: Da der Verstellmechanismus 2 im Gegensatz zu dem sehr aufwendigen Schließmechanismus konventioneller Pressen nur das Eigengewicht zu bewegen hat. Bei einer hydraulischen Ausführung nur sehr kleine Ölvolumen umzuwälzen sind und eine schwere aufwendige hydromechanische Apparatur zur Aufnahme der Zuhaltekräfte, wie es bei der konventionellen Technik notwendig ist, hier nicht erforderlich ist, können extrem schnelle Schließ- und Öffnungsbewegungen durchgeführt werden, wodurch dieses System, besonders im Vergleich zu Kurbelpressen mit sehr hohen Schließhubfrequenzen sehr kostengünstig herstellbar ist. Durch das Verriegeln des Stößels 3 mit einem Spaltabstand Δn ergibt sich auf bei der sehr schnellen Schließbewegung kein dynamischer Auftreffstoß auf die Werkstoff-Platine 19. Aufwendige Vorbeschleunigungsprozeduren konventioneller Ziehkissenplatten entfallen hiermit. Nach der Verriegelung des Stößels 3 mit der Tischgestellunterkonstruktion 7 werden die Kurzhubzylinder 13 Kurzhubkolben 21 hydraulisch aktiviert. Die Blechhalteplatte 10 wird entsprechend dem Spaltabstand Δn hydraulisch angehoben, so daß das Werkstück 19 gegen die Ziehringplatte 8 gedrückt wird. Ist der Spalt Δn hydraulisch überbrückt, beginnt sofort die Ziehstempelbewegung über den Hub H (siehe Fig. 4), wobei jedes Kraftwirkungsfeld 25 im vorprogrammierten Kraftprofil geregelt wird. Die Ziehstempelplatte 18 wird mindestens von zwei hydraulischen Stellgliedern 23, vorzugsweise vier, in Vertikalbewegung angetrieben. Alle zwei bzw. vier Stellglieder 23 sind parallellaufgeregelt, um ein Kippen der Ziehstempelplatte 18 zu vermeiden. Über die Wegsensoren 20 wird die Parallelabweichung der Ziehstempelplatte 18 gemessen. Ebenso wird mittels der Wegabfragung das Kraftprofil (Fig. 4) vorgegeben. Während des Tiefziehhubes über den Weg H ergeben sich durch den unterschiedlichen Materialfluß im Zug- und Druckumformungsbereich (zum Beispiel im Druckumformungsbereich Materialverdickung durch das konzentrische Zusammenfließen des Materials) Materialverdickungen im Zargenflansch, welche durch den Wegsensors 22 in der Erfassung der Dickenabweichung Δs dem Prozeßrechner übermittelt wird. Im Zuge einer Echtzeitregelung kann jetzt das Kraftprofil (siehe Fig. 4) in einer Plus- oder Minusabweichung von der Sollkurve den Materialfluß den technischen Erfordernissen durch eine Plus-/Minuskorrektur der Sollkurve angepaßt werden.

Die Ziehstempelstifte 17 und die Kurzhubkolben 21 in den jeweiligen Zug- und Druckumformbereichen sind direkt entlang der Ziehringgeometrie der Doppelbeckenkontur gesteckt. Durch einen engen Rasterabstand von L = 37,5 mm bis maximal 150 mm und Ziehstiftdurchmessern von circa 25 mm bis circa 60 mm ist in vorteilhafter Weise eine gezielt hohe Kraftdichte in kritischen Materialflußbereichen möglich. Dieses gilt insbesondere entlang der mittleren Stegkontur zwischen den beiden Beckenwölbungen. Durch den kleinen Rasterabstand können durch die geringere Größe aber größeren Anzahl der hydraulischen Kurzhubzylinder 13 die Kraftpunkte auch den filigranen Ziehringkonturen der Ziehringplatte 8 geometrisch genauer in hoher Kraftpunkt dichte zugeordnet werden. Dadurch ist es möglich, den sensiblen Materialfluß bereich D1 im Stegbereich 24 in mehrere Kraftwirkungsfelder zu vereinzeln. Durch die zusätzliche Untergliederung der Kraftwirkungsfelder 22 im Stegbereich in zum Beispiel drei separat über den Tiefziehhub H regelbare Kraftbereiche erhöht sich die Anzahl der Kraftwirkungsfelder von acht auf zehn. Dieses ist vorteilhaft, weil mit zunehmender Beckentiefe im Druckumformbereich es mit dem Zusammenfließen des Materials zu Materialanhäufungen kommt und somit zum kritischen Knicksprung führen kann. Dieses wird durch gezielte Erhöhung der Kräfte in den Eckbereichen mit zunehmender Ziehtiefe verhindert. Da in den Druckumformzonen D1.2 und D1.4 durch zwei innere Eckbereiche gegenüber den äußeren Eckbereichen D1 die Materialanhäufung etwa doppelt so hoch ist, ist der Materialfluß in den Bereiche D1.2, D1.3 und D1.4 durch differenzierte Krafteinwirkung unabhängig zu regeln.

Claims

1. Hydraulische Tiefzieheinrichtung bei Pressen zum Ziehen von Blechformteilen mittels eines fix verriegelten Stößels und einer vom Werkzeug gegenüber hydraulischen Druckzylindern abgestützten Blechhalteplatte sowie mit einem in Ziehrichtung bewegbar geführten Ziehstempel, einer hydraulisch abgestützten Ziehstempelplatte vorgesehen ist, auf der sich im Rasterfeld der Tischplatte mechanische Ziehstempelstifte innerhalb der Ziehstempelkontur ange ordnet gemeinsam mit dem Ziehstempel auf der Ziehstempelplatte abstützen, wobei diese Ziehstempelplatte von einem oder mehreren hydraulischen Stellgliedern auf- und abbewegbar gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine unterhalb der Blechhalteplatte (10) angebrachte Ziehkissenplatte (11) mit einer Vielzahl von Kurzhubzylindern (13) in Multipunkt-Ansteuerung entsprechend der Ziehringgeometrie (Ziehstempelkontur) vorgesehen ist,
b) die Presse doppelwirkend ausgebildet ist, wobei der Stößel (3) bis kurz vor Kontakt mit dem Werkstück (19) sich abwärts bewegt und entsprechend einem Spaltabstand Δn von circa 0,5 mm bis 5 mm mit dem Pressengestell (7) kraft- und formschlüssig verriegelt wird,
c) die Kurzhubzylinder (13) in ihren Kraftwirkungsfeldern der jeweiligen Zug- und Druckumformbereiche hydraulisch aktiviert den Spalt Δn überbrücken und das Werkstück (19) gegen die Ziehringplatte (8) drücken und
d) die Ziehstempelplatte (18) die Ziehstempel (9) mittels der Ziehstempelstifte (17) den Tiefziehumformhub H vollzieht.

2. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Stegbereich (24) der Umformbereich zumindest in zwei voneinander unabhängig regelbare Kraftwirkungsfelder D1.2, D1.4 und D1.3 unterteilt ist und hydraulische Krafteinwirkungen (Kraftpunkte) direkt auf den Steg der Ziehringplatte (8) wirken.

3. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umformkräfte zwischen dem oberen Stößel (3) und der unteren Tischkonstruktion (7) mittels kurzer Zugholme (5) aufgefangen werden.

4. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tischplatte (15) im mittleren Auflagebereich für die Ziehstempel (9) mit Durchgangsbohrungen (16) für die Ziehstempelstifte (17) im gebräuchlichen Rastermaß angeordnet sind.

5. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ziehstempelplatte (8) mindestens mit zwei hydraulischen Stellgliedern (23) parallellaufgeregelt zur Durchführung des Ziehstempel-Tiefziehhubes H angetrieben sind.

6. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Wegsensoren (20) die Parallelabweichung der Ziehstempelplatte (18) erfaßt wird und über den Tiefziehhub H die Kraftprofil vorgabe für die Kurzhubzylinder (13) in den jeweiligen Kraftwirkungsfeldern erfolgt.

7. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Dickenänderung Δs im Spalt zwischen Blechhalteplatte (10) und der Ziehringplatte (8) zumindest den kritischen Materialflußbereichen der Zug und/oder Druckumformkraftwirkungsfelder mittels Wegsensoren (22) erfaßt und in einer Echtzeitregelung prozeßtechnisch zum Beispiel in einer Änderung des Kraftprofils oder der Stempelgeschwindigkeit über den Hub H umgesetzt wird.

8. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Ziehstempelplatte (18) mehr als ein Ziehstempel (9) auch außerhalb des hydraulischen Kraftschwerpunktes der hydraulischen Stellglieder (23) eingesetzt werden kann.

9. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugholme (5) in ihrer Kuppellänge der Werkzeughöhe angepaßt sind.

10. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziehkissenplatte (11) zusammen mit der hydraulischen Ansteuerplatte (12) oberhalb der Ziehringplatte (8) angeordnet ist.

11. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzhubzylinder (13) in einem quadratisch gegliedertem Rasterfeld mit einem Rasterabsand L von 37,5 mm bis 150 mm, vorzugsweise 75 mm, angeordnet sind.