DE9319500U1 - Hydraulische Tiefzieheinrichtung - Google Patents

Description

Dipl.-lng. FH Anton Hartdegen, Patentingenieur, 82205 Gilching

Maschinenfabrik DP 1141

J. Dieffenbacher GmbH & Co
Postfach 162

75020 EPPINGEN

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Tiefzieheinrichtung bei Pressen zum Tiefziehen von Spülbecken nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.

In der Umformtechnik von Doppelbeckenspülen aus vorwiegend austenitischen Edelstahlen 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 Materia! im wesentlichen in die Tiefenkontur der Becken. Das Material im Stegbereich kann bei einer Doppelspüle im wesentlichen nur über die Füeßfront Z2 einfließen. Durch partielle Verdickung in den Druckumformungsbereichen kann es zur Druckentlastung im Zugfließfrontbereich und somit zur Faltenbildung erster Ordnung führen.

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.

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-AA/erkzeugwechsel.

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.

B) Tiefzieheinrichtungen gemäß dem Oberbegriff sind aus den Schutzrechten DE-PS 30 22 844 und DE-OS 33 33 687 bekannt geworden. 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.

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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Tiefzieheinrichtung der beschriebenen 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.

Mit der Steuerung gemäß der Neuerung 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.

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 des Zwischensteges, insbesondere in der Mitte, 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 5 angeführt.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen :

Figur 1 die Presse der erfindungsgemäßen Tiefzieheinrichtung im Aufriß, Figur 2 die Presse mit der Tiefzieheinrichtung nach Figur 1 in einem Schnitt und Figur 3 die Tiefzieheinrichtung nach Figur 1 und 2 im Grundriß.

Die Zeichnung zeigt in den Figuren 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.

In Figur 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 Zäehhub H in der Ziehgeschwindigkeit steuerbar. Zur gezielten Beeinflussung der Niederhalterpressung in den vier Eckkonturen der

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Becken ist jedes Ziehstempelmodul 9 mit vier im hydraulischen Druck über den Ziehhub H steuerbaren Blechhaiterzylindern 10 ausgerüstet. Der äußere Blechhaltekorpus ist über den Ziehhub H in der Niederhaltekraft mit variabel hydraulisch steuerbaren Blechhaiterzylindern 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.

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 &Dgr; s :

- die Höhe y geht mit der dritten Wurzel ein,

- der Abstand L mit der dritten Potenz und

- die Kraft in den Druckzylindem 1 bis 7 linear.

Die Anwendungspraxis hat gezeigt, daß zum Beispiel in der geometrischen Mitte D1 mit dem Zylinderabstand L eine gesteuerte elastische Aufwölbung von &Dgr; 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 &khgr; in der Ausnehmung 22 zwischen und außerhalb der Ziehstempelmodule 9. Verändert sich nämlich beim Werkzeugwechsel der Abstand &khgr; 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 &Dgr; s auf das Werkstückblech 21 durch die Kraftübertragungsbrücken 25 ausgefüllt.

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.

Das Kraftprofilprogramm der Blechhalterzylinder 1 bis 7 und 10 im verschiebbaren Ziehstempelmodul 9 wird für jedes Werkzeug abgespeichert.

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.

Claims (1)

1. Dipl.-Ing, FH Anton Hartdegen, Patentingenieur, 82205 Gilching

   Maschinenfabrik DP 1141

   J. Dieffenbacher GmbH & Co
   Postfach 162

   75020 EPPlNGEN

   NSPRÜCHE

   01. Hydraulische Tiefzieheinrichtung bei Pressen zum Tiefziehen von Spülbecken, insbesondere von Doppelspülbecken oder ähnlichen Gegenständen, mittels gegen das Werkzeug geführten Stössel mit Ziehring mit einer vom Werkzeug durch mehrere hydraulische Druckzylinder und Kolben gegenüber dem Pressentisch bewegbarer und abgestützten Blechhalterplatte sowie einem in einer Ausnehmung der Blechhalterplatte angeordneten und ebenfalls gegen den Preßtisch mittels mehrerer hydraulischer Druckzylinderkolbenanordnungen abgestützten Ziehkissen, mit mehreren im Ziehkissen bzw. in der Blech halterplatte-Ausnehmung ihren Standort veränderbar und auswechselbar angeordneten Ziehstempel, dadurch gekennzeichnet, daß für eine gezielte Beeinflussung der Randbereiche (Z1 und Z2), die geometrische Mitte (D1-D1) sowie der Eckbereiche (D2) der Beckenkontur (23) während des Ziehvorgangs zur partiellen elastischen Aufwölbung in diesen Fließbereich eine separate hydraulische Ansteuerung der diesen Bereichen zugeordneten Druckzylinder (1 + 7, 2 + 3, 5 + 6, 4 und 10) der Blechhalterplatte (12) und des Ziehkissens (8), jeweils abhängig von der örtlichen Ziehtiefe (H) jedoch unabhängig in der Kraft erfolgt und daß die Geschwindigkeit zwischen dem Stößel (15) und den Ziehstempelkolben (19) nach den technologischen Erfordernissen der Zug- und Druckumformungen (Z-

   und D-Zonen) unterschiedlich eingestellt wird und daß die Ziehtiefe (H) durch jeweils den Ziehstempelkolben (19) zugeordnete Wegsensoren gemessen wird.

   02. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß jeweils mehrere Druckzylinder (1 + 7, 2 + 3, 5 + 6, 4 und 10) der Blechhalterplatte (12) und Ziehkissen (8) in Gruppen kommunizierend zusammengefaßt und je Gruppe für sich getrennt ansteuerbar sind.

   03. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kraftübertragungsbrücken (25) entsprechend dem Abstand &khgr; in der Ausnehmung (22) zwischen und außerhalb der Ziehstempelmodule (9) angeordnet sind.

   04. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h gekennzeichnet, daß in der geometrischen Mitte (D1) bzw. im Zylinderabstand L eine gesteuerte elastische konvexe Aufwölbung von &Dgr; s ca. 0,004 bis 0,08 mm technologisch zur Fließfrontbeeinflussung wirksam ist.

   05. Hydraulische Tiefzieheinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h gekennzeichnet, daß als Bemessungsregel für die Auslegung der Blechhalterplatte 12 folgende Zusammenhänge für eine Veränderung der elastischen Aufwölbung &Dgr; s gelten :

   - 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.