DE4435070B4

DE4435070B4 - Hydraulische Tiefzieheinrichtung

Info

Publication number: DE4435070B4
Application number: DE19944435070
Authority: DE
Inventors: Friedrich Bernd Bielfeldt
Original assignee: Dieffenbacher GmbH and Co KG
Current assignee: Dieffenbacher GmbH and Co KG
Priority date: 1993-12-18
Filing date: 1994-09-30
Publication date: 2007-08-02
Anticipated expiration: 2014-10-01
Also published as: DE4343336A1; DE4343336B4; DE4435070A1

Abstract

Hydraulische Tiefzieheinrichtung bei Pressen zum Tiefziehen von Spülbecken, insbesondere von Doppelspülbecken oder ähnlichen Gegenständen, mittels gegen das Werkzeug geführten Stößel mit Ziehkissen mit einer vom Werkzeug gegenüber dem Pressentisch abgestützten Blechhalterplatte sowie einem in einer Ausnehmung der Blechhalterplatte angeordneten Ziehstempel,
wobei für eine gezielte Beeinflussung der Randbereiche, der geometrischen Mitte sowie der Eckbereiche der Beckenkontur während des Ziehvorgangs zur partiellen elastischen Aufwölbung in diesen Fließbereich eine separate hydraulische Ansteuerung der zugeordneten Druckzylinder der Blechhalterplatte und des Ziehkissens, jeweils abhängig von der örtlichen Ziehtiefe jedoch unabhängig in der Kraft erfolgt und
wobei die Geschwindigkeit zwischen dem Stößel und den Ziehstempelkolben nach den technologischen Erfordernissen der Zug- und Druckumformungen unterschiedlich eingestellt wird und die Ziehtiefe durch jeweils den Ziehstempelkolben zugeordnete Wegsensoren gemessen wird,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Ziehstempelkolben (2) im Stegbereich (20) der Umformbereich in unabhängig voneinander regelbare Kraftwirkungsfelder (D1.2, D1.4 und D1.3) unterteilt ist und die Kolben...

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Tiefzieheinrichtung bei Pressen zum Tiefziehen von Spülbecken nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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.
Der am meisten kritische Materialfluß im Werkstück findet sich deshalb im Bereich des Zwischensteges mit hoher Konzentration der Tangentialspannung im Druckbereich D1 (Druckumformbereich Steg). Dies erfordert eine sensible Steuerung der Niederhaltepressung auf der Werkstückform in der geometrischen Mitte des Druckumformbereichs Steg.

Die DE 41 22 128 A1 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.

Der im kennzeichnende Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die hydraulische Tiefzieheinrichtung nach der gattungsgemäßen DE 43 43 336 A1 so auszubilden, daß 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.

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 unmittelbar, das heißt direkt entlang der Doppelbeckenziehringgeometrie beinflußbar ist. 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.

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.

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 D1.2/D1.4 des Zwischensteges, insbesondere in der Mitte D1.3, genügend Material zufließt.

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.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 angeführt.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 die Presse der erfindungsgemäßen Tiefzieheinrichtung im Aufriß, mit Ziehkissenanordnung oben und steckbaren mech. Ziehstiften,
2 einen Ausschnitt B mit der Tiefzieheinrichtung nach 1 vor dem Tiefziehvorgang,
3 die Tiefzieheinrichtung nach 2 beim Tiefziehen,
4 einen Schnitt A-A aus 5,
5 die Tiefzieheinrichtung nach 1 im Grundriß mit Kraftwirkungsfeldern und Werkstück-(Platinen-)kontur nach dem ersten Zug und
6 Teilansicht der erfindungsgemäßen Tiefzieheinrichtung mit Ziehkissenanordnung oben, wobei die Kurzhubzylinderkolben direkt auf die Ziehringplatte wirken.
Die Zeichnung zeigt in 1 die erfindungsgemäße Tiefzieheinrichtung in einer Presse 14 in geschlossener Arbeitsstellung vor dem Tiefziehvorgang. Am Oberholm mit dem Stössel 15 ist das hydraulische Ziehkissen 8 oben zwischen Stössel 15 und der Ziehstiftplatte 23 angeordnet. In der Ziehkissenplatte 8 sind im eng angeordneten Rasterfeld Kurzhubzylinder 10 mit circa 5 bis maximal 10 Millimeter Hub angeordnet. Im Rasterfeld sind gemäß 5 die Kurzhubzylinder 10 entsprechend den Zug- und Druckumformbereichen Z1 und Z2 sowie D1 und D2 in Kraftwirkungsfeldern 22 zusammengefaßt. Jedes Kraftwirkungsfeld Z1, Z2, D1, D2 und D1.1, D1.2, D1.3 und D1.4 wird separat über ein oberhalb zum Ziehkissen 8 angeordnete hydraulische Ziehkissenverteilerplatte 3 angesteuert. In der Ziehstiftplatte 23 sind entsprechend dem Rasterfeld der Kurzhubzylinder 10 die Durchgangsbohrungen für die mechanischen Ziehstifte 11 untergebracht. Die Ziehstifte 11 in den jeweiligen Zug- und/oder Druckumformbereichen sind unmittelbar, das heißt direkt entlang der Ziehringgeometrie 5 der Doppelbeckenkontur gesteckt. Durch den 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 im Vergleich zur gattungsgemäßen DE 43 43 336 A1 wesentlich kleineren Rasterabstand können durch die geringere Größe aber größeren Anzahl der hydraulischen Kurzhubzylinder 10 die Kraftpunkte (Ziehstifte 11) auch den filigranen Ziehringkonturen der Ziehringplatte 17 geometrisch genauer in hoher Kraftpunktdichte zugeordnet werden. Dadurch ist es möglich, den sensiblen Materialflußbereich D1 im Steg 20 in mehrere Kraftwirkungsfelder zu vereinzeln (siehe 5). Durch die zusätzliche Untergliederung der Kraftwirkungsfelder 22 im Stegbereich in, zum Beispiel drei separat über den Tiefziehhub H regelbare Kraftbereiche, erhöht sich zum Beispiel im Vergleich zur gattungsgemäßen DE 43 43 336 A1 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.
In 1 sind als Beispiel zwei Ziehstempelmodule 9 dargestellt, die je nach Beckengröße und Stegbreite im Zentrierabstand der Doppelbecken zueinander einstellbar sind. Die Ziehstempelkolben 2 sind entsprechend einem vorwählbaren Geschwindigkeitsprofil über den Ziehhub H in der Ziehgeschwindigkeit steuerbar. Die Ziehstempelmodule 9, sind austauschbar und bei dieser Ausführung in der mittleren Ausnehmung 4 der Werkzeugträgerplatte 21 entsprechend den unterschiedlichen Zentrierabständen x der Doppelbeckenkonturen verschiebbar. Die Verstellung erfolgt über Spindelantriebe. Der Verstellabstand ist aufgrund der NC-Antriebe exakt vorprogrammierbar. In den Ziehstempelmodulen 9 ist die Ziehstempelkolbenkraft über den Stempelhub H in der Kraft und in der Geschwindigkeit (Umformgeschwindigkeit) steuerbar, wobei durch die den Ziehstempelkolben 2 zugeordneten Wegsensoren 6 jeweils die Tiefe der Becken unabhängig voneinander steuerbar ist.
Um eine Fließfrontsteuerung zu bewirken, ist es notwendig, durch eine merkbare elastische Verformung in den einzelnen Zug- und Druck-Umformungsbereichen punktuell 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 Kurzhubzylindern 10 mit dem Rasterabstand L im Bereich von 5 bis 100 mm 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 12 bzw. der Ziehringplatte 17. Als Bemessungsregel für die Auslegung der Höhe y zum Beispiel der Ziehringplatte 17 wurden folgende Zusammenhänge als notwendig befunden:
Demnach gelten für eine Veränderung der elastische Aufwölbung Δ s:

– die Höhe y geht mit der dritten Wurzel ein,
– der Abstand L mit der dritten Potenz und
– die Kraft in den Kurzhubzylindern 10 linear.

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 0,12 mm das Fließen des Werkstückbleches 1 im mittleren Stegbereich der Doppelbeckenspüle sehr wirksam beeinflußt. Durch die Krafteinwirkung der Kraftpunkte direkt auf die relativ dünne hochelastische Ziehringplatte 17 der Blechhalterplatte 12 ist eine Fließfrontsteuerung in Echtzeitregelung über den Tiefziehhub H servohydraulisch vorteilhaft realisierbar, weil durch das geringe Ölvolumen in den Kurzhubzylindern 10 keine unzulässigen Zeitverzögerungen durch zu höhe Ölkompressionswerte bei Kraftprofiländerung pro Zeiteinheit auftreten. Zweckmäßig ist auch die Anordnung von Kraftübertragungsbrücken 7 entsprechend dem Abstand x in der Ausnehmung 4 zwischen und außerhalb der Ziehstempelmodule 9. Verändert sich nämlich beim Werkzeugwechsel der Abstand x im zentrischen Abstand der Beckenkonturen, so werden die Lücken zwischen und außerhalb der beiden Ziehstempelmodule 9 in der Ausnehmung 4 zur besseren Übertragung der Kräfte und partiellen Wegverformungen Δ s auf das Werkstückblech 1 durch die Kraftübertragungsbrücken 7 ausgefüllt.
Die Ziehstempelmodule 9 sowie die Kraftübertragungsbrücken 7 sind in einer Ausnehmung 4 einer biegesteifen Werkzeugträgerplatte 21 angeordnet, welche wiederum auf der Tischplatte 16 der Presse 14 stationär angeordnet ist.
Funktion der hydraulischen Tiefzieheinrichtung:
2 zeigt die Tiefzieheinrichtung von 1 im Teilausschnitt B zu Beginn der Umformoperation, das heißt der Stössel 15 ist zusammen mit dem Ziehkissen 8 und der Ziehstiftplatte 23 bis auf einen geringen Spalt Δn von circa 0,5 bis circa 2,5 mm oberhalb des noch flachen Werkstückbleches 1 abgesenkt und mechanisch oder hydraulisch mit dem Zugrahmen der Presse 14 zur Aufnahme der Umformkräfte verriegelt.
3 und 4 zeigen einen Teilausschnitt der Tiefzieheinrichtung am Ende der Umformoperation, das heißt die Kurzhubzylinder 10 sind noch in hydraulisch aktivierter Position. Die Ziehringplatte 17 wird über die Ziehstifte 11 auf das Werkstück 1 gedrückt. Das Werkstück 1 hat die maximale Ziehtiefe erreicht, das heißt die Ziehstempelkolben 2 sind, mittels des Wegsensors 6 gesteuert, entsprechend dem vorgegebenem Hub H hydraulisch ausgefahren.
6 zeigt die Tiefzieheinrichtung in einer zweiten alternativen Anordnung der Ziehkissenplatte 8 oberhalb der Werkstückes 1, wobei die Ziehkissenplatte 8 direkt oberhalb der Ziehringplatte 17 zugeordnet ist und die Kurzhubkolben 24 der Kurzhubzylinder 10 unmittelbar als Kraftpunkte im Rasterabstand L auf die Ziehringplatte 17 einwirken. Die 6 zeigt weiter den Tiefziehvorgang am Ende des ersten Zuges. Vor Beginn der Operation wurde der Stössel 15 zusammen mit der stationär unterhalb des Stössels fix installierten hydraulischen Ansteuerplatte 3 und der Ziehkissenplatte 8 im Abstand Δn mit der Presse 14 hydraulisch oder mechanisch verriegelt. Danach werden die Kurzhubzylinder 10 hydraulisch in den jeweiligen Kraftwirkungsfeldern aktiviert, das heißt in Überbrückung des Abstands Δn drücken die Kurzhubzylinder 10 als hydraulische Kraftpunkte auf das Werkstück 1.
Zusammenfassend ist für die erfindungsgemäße Tiefzieheinrichtung und Steuerung festzuschreiben:
Das Fließen des Werkstückbleches 1 entlang der Ziehring-, das heißt der Doppelbeckenkontur kann entsprechend den Zugumformbereichen Z1 + Z2 und Druckumformbereichen D1.2, D1.3, D1.4 + D2 durch individuelle Ansteuerung der Kurzhubzylinder 10 in diesen Kraftwirkungsfeldern 22 zum Beispiel durch eine NC-Steuerung gezielt während des Tiefziehhubes H eingestellt werden.
Das Fließen des Werkstückmaterials im ersten Zug wird im wesentlichen durch die unterschiedlich gesteuerte elastischen Verformung Δs in den Zug- und Druckumformbereichen zwischen der Werkstückspannfläche des Blechhalters 12 und der Ziehringplatte 17 beeinflußt, sodaß sich am Ende der ersten Zug-Operation eine (Werkstück-)Platinenkontur 19 bei der Beckentiefe H ohne Faltenbildung 1. oder 2. Grades oder Zargenriß einstellt.

Claims

Hydraulische Tiefzieheinrichtung bei Pressen zum Tiefziehen von Spülbecken, insbesondere von Doppelspülbecken oder ähnlichen Gegenständen, mittels gegen das Werkzeug geführten Stößel mit Ziehkissen mit einer vom Werkzeug gegenüber dem Pressentisch abgestützten Blechhalterplatte sowie einem in einer Ausnehmung der Blechhalterplatte angeordneten Ziehstempel, wobei für eine gezielte Beeinflussung der Randbereiche, der geometrischen Mitte sowie der Eckbereiche der Beckenkontur während des Ziehvorgangs zur partiellen elastischen Aufwölbung in diesen Fließbereich eine separate hydraulische Ansteuerung der zugeordneten Druckzylinder der Blechhalterplatte und des Ziehkissens, jeweils abhängig von der örtlichen Ziehtiefe jedoch unabhängig in der Kraft erfolgt und wobei die Geschwindigkeit zwischen dem Stößel und den Ziehstempelkolben nach den technologischen Erfordernissen der Zug- und Druckumformungen unterschiedlich eingestellt wird und die Ziehtiefe durch jeweils den Ziehstempelkolben zugeordnete Wegsensoren gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Ziehstempelkolben (2) im Stegbereich (20) der Umformbereich in unabhängig voneinander regelbare Kraftwirkungsfelder (D1.2, D1.4 und D1.3) unterteilt ist und die Kolben der in diesen Kraftwirkungsfeldern (D1.2, D1.4 und D1.3) angeordneten Kurzhubzylinder (10) über mechanische Ziehstifte (11) oder direkt auf eine Ziehringplatte (17) wirken.
Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzhubzylinder (10) in den Kraftwirkungsfeldern der Zug- und Druckumformbereiche (Z1, Z2, D2, D1.1, D1.2, D1.3, D1.4) mit circa 10 mm Hub stationär in einer dem Stößel (15) zugeordneten Ziehkissenplatte (8) angeordnet sind.
Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzhubzylinder (10) in einem quadratisch gegliederten Rasterfeld mit einem Rasterabstand von 37,5 mm bis 150 mm, vorzugsweise 75 mm, angeordnet sind.
Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzhubzylinder (10) im Abstand (L) unabhängig von einem starren Rasterfeld in der Vielzahl einzelner Kraftpunkte im Abstand von 0.5 × L direkt außerhalb der Ziehringgeometriekante (5) angeordnet sind.
Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehringplatte (17) elastisch ist.
Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzhubzylinder (10) zwischen Stößel (15) und Werkzeugwechselplatte (13) angeordnet sind und die mechanischen Ziehstifte (13) in Durchgangsbohrungen in der Werkzeugwechselplatte (13) geführt werden.
Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das obere und untere Werkzeug zwischen Ziehringplatte (17) und Blechhalterplatte (12) im Abstand Δn + Werkstückblechstärke über den Pressenrahmen der Presse 14 fest miteinander verriegelt sind.
Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei die Ziehstempelkolben (2) enthaltenden Ziehstempelmodule (9) je nach vorgesehener Beckengröße und Stegbreite im Zentrierabstand (x) der Doppelbecken zueinander einstellbar sind.
Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehstempelmodule (9) austauschbar und entsprechend des Zentrierabstands (x) verschiebbar angeordnet sind.
Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung der Ziehstempelmodule (9) über Spindelantriebe vorgesehen ist.