EP0610925A1

EP0610925A1 - Frustroconical hole shaped without cutting

Info

Publication number: EP0610925A1
Application number: EP94102006A
Authority: EP
Inventors: Bruno Egner-Walter
Original assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Alfred Teves GmbH
Current assignee: ITT Automotive Europe GmbH; Continental Teves AG and Co oHG
Priority date: 1993-02-10
Filing date: 1994-02-09
Publication date: 1994-08-17
Also published as: DE4303807A1

Abstract

The invention relates to a method for shaping a frustoconical hole without cutting. In this method, a conical opening is expanded into a funnel shape by means of a mandrel. To prevent the surface of the workpiece from being deformed by displacement of the material, one or more spaced recesses are provided to absorb the flowing material. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer spanlos geformten konischen oder trichterförmigen Durchgangsöffnung in einem Blech. Derartige Durchgangsöffnungen werden beispielsweise zur lösbaren Befestigung eines Zapfens für eine Kurbelwelle oder eines geeigneten Ansatzes an einen Hebel benötigt.The invention relates to a method for producing a non-cutting conical or funnel-shaped through opening in a metal sheet. Such through openings are required, for example, for the releasable attachment of a pin for a crankshaft or a suitable attachment to a lever.

Aus der DE-PS 26 17 231 ist es beispielsweise bekannt, eine Zylinderbohrung in eine konische Durchgangsöffnung umzuformen. Dabei wird durch einen ringförmigen Ansatz einer unterhalb des Stempels liegenden Matrize das zu bearbeitende Blech am seitlichen Ausweichen gehindert, so daß der konische Stempel in der Zylinderbohrung einen Teil des Randmaterials nach unten verschiebt und sich dort die Bohrung verengt. Im Ergebnis erhält man so eine konische oder trichterförmige Durchgangsöffnung. Der ringförmige Vorsprung unterstützt zwar die Materialwanderung innerhalb der Bohrung, gleichzeitig wird aber nicht sicher verhindert, daß durch die Wirkung des Stempels sich die Blechoberfläche durchbiegt, da die Matrize keine glatte Oberfläche besitzt.From DE-PS 26 17 231 it is known, for example, to shape a cylinder bore into a conical through opening. In this case, the sheet to be machined is prevented from evading laterally by a ring-shaped extension of a die located below the punch, so that the conical punch in the cylinder bore moves part of the edge material downward and the bore narrows there. The result is a conical or funnel-shaped through opening. The annular projection supports the material migration within the hole, but at the same time it is not reliably prevented that the sheet metal surface bends due to the effect of the stamp, since the die does not have a smooth surface.

Aus der DE-PS 28 37 954 ist es bekannt, zu stanzende Lochreihen durch streifenförmige Ausnehmungen zu begrenzen. Hierdurch soll verhindert werden, daß die durch Stanzen gegebene Verformung des Materials zu Ausbuchtungen in der Blechoberfläche führt, da die Materialverschiebungen durch die Ausnehmungen im Blech aufgenommen werden können. Nachteilig bei diesem Verfahren ist es, daß nur die Ausformung von zylinderförmigen Öffnungen vorgesehen ist.From DE-PS 28 37 954 it is known to limit rows of holes to be punched by strip-shaped recesses. Hereby should be prevented that the deformation of the material given by punching leads to bulges in the sheet surface, since the material displacements can be absorbed by the recesses in the sheet. The disadvantage of this method is that only the formation of cylindrical openings is provided.

Aus den Normen für spanloses Formen ist es weiterhin bekannt, eine konische Öffnung dadurch zu stanzen, daß die Weite der Öffnung in der Matrize um einen bestimmten Betrag größer gewählt ist als der Durchmesser des Stempels. Hierdurch wird aus dem Blech beim Stanzen ein Materialstück herausgerissen, welches sich zum Stempel hin verjüngt, so daß sich in dem Blech selbst eine Öffnung ergibt, die sich zu der Matrize hin verbreitert. Eine derartige konische Verformung läßt aber nur einen begrenzten Öffnungswinkel zu.From the standards for non-cutting forms, it is also known to punch a conical opening in that the width of the opening in the die is selected to be a certain amount larger than the diameter of the punch. As a result, a piece of material is torn out of the sheet during punching, which tapers towards the punch, so that there is an opening in the sheet itself which widens towards the die. Such a conical deformation only allows a limited opening angle.

Die Erfindung geht daher aus von einem Verfahren der sich aus dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ergebenden Gattung und hat sich zur Aufgabe gestellt, die spanlose Herstellung von konischen oder trichterförmigen Öffnungen in Blech anzugeben, welche einen Öffnungswinkel aufweisen, der erheblich größer ist als der mit den bekannten Verfahren erzielbare Öffnungswinkel.The invention is therefore based on a method of the type resulting from the preamble of claim 1 and has set itself the task of specifying the non-cutting production of conical or funnel-shaped openings in sheet metal, which have an opening angle that is considerably larger than that with the known opening angle achievable.

Die Erfindung wird durch die aus dem kennzeichnenden Teil sich ergebende Merkmalskombination gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip also darin, eine nach einem an sich bekannten Verfahren geschaffene konische Öffnung dadurch mit einem größeren Neigungswinkel zu versehen, indem diese Öffnung mit einem trichterförmigen Dorn geweitet wird. Um zu verhindern, daß durch das Aufweiten sich die Blechoberfläche wirft, werden zumindest an der dem Dorn zugewandten Oberfläche des Blechs Ausnehmungen vorgesehen, welche das durch Aufweiten der konischen Öffnung verschobene Material aufnehmen.The invention is solved by the combination of features resulting from the characterizing part. In principle, the invention therefore consists in providing a conical opening created by a method known per se with a larger angle of inclination by widening this opening with a funnel-shaped mandrel. To prevent the sheet surface from being thrown by the expansion At least on the surface of the sheet metal facing the mandrel, recesses are provided which accommodate the material displaced by widening the conical opening.

Für bestimmte Fälle, bei denen die Aufweitung durch den Dorn weniger groß ist, genügt es in Weiterbildung der Erfindung, die Merkmalskombination nach Anspruch 2 anzuwenden. Danach befindet sich nur eine Ausnehmung an der Seite, an der der Dorn zur weitergehenden Aufweitung in das Blech eintritt. Das gilt auch für die Anwendungsfälle, in denen nur ein Teil der konischen Bohrung aufgeweitet wird, so daß unter Umständen der wirksame Abschnitt des Dorns gar nicht durch die gesamte Blechstärke hindurchtritt.For certain cases in which the expansion by the mandrel is less large, it is sufficient in a further development of the invention to use the combination of features according to claim 2. Then there is only one recess on the side where the mandrel enters the sheet for further widening. This also applies to applications in which only part of the conical bore is widened, so that the effective section of the mandrel may not pass through the entire sheet thickness.

Eine andere einfache Möglichkeit für den Fall, daß eine ringförmige Erhöhung des Blechs auf der Stempelseite nicht störend ist, läßt sich entsprechend der Merkmalskombination nach Anspruch 3 anwenden. Vorteilhaft dabei ist, daß durch das Einbringen einer derartigen Ausnehmung selbst keine Verwerfung in der Blechoberfläche möglich ist. Die Ausnehmungen können, wie bei einem Teil der Beispiele gezeigt, eingebracht werden, bevor durch den Stempel in einem ersten Schritt die konische Öffnung gestanzt wird. In manchen Fällen ist es aber auch sinnvoll, die Ausnehmung erst dann zu schaffen, wenn die konische Öffnung ausgestanzt ist und bevor mittels des trichterförmigen Dorns der Öffnungswinkel vergrößert werden soll.Another simple possibility in the event that an annular elevation of the sheet on the stamp side is not disturbing can be used in accordance with the combination of features according to claim 3. The advantage here is that by making such a recess itself, no warping in the sheet metal surface is possible. As shown in part of the examples, the recesses can be made before the conical opening is punched by the stamp in a first step. In some cases, however, it also makes sense to create the recess only when the conical opening has been punched out and before the opening angle is to be increased by means of the funnel-shaped mandrel.

Die Ausnehmung kann entsprechend dem weiterbildenden Vorschlag nach Anspruch 4 im wesentlichen kreisförmig sein, aber auch eine Teilkreisform haben. Soweit die Öffnung am Ende eines Hebels angeordnet werden soll, lassen sich auch die Maßnahmen nach Anspruch 5 anwenden. Hierbei wird das Ende des die Öffnung aufnehmenden Teils, beispielsweise des Hebels, kreisförmig abgeschnitten. Dieser kreisförmige Endbereich des Hebels kann dann in bezug auf die der Öffnung gegenüberliegenden Seite durch eine teilkreisförmige Ausnehmung ergänzt werden. Gemäß der Fortbildung nach Anspruch 4 kann die Ausnehmung auch durch durch das Material gehende Durchbrechungen gebildet sein, die den Abschnitt eines Rings bilden.The recess can be substantially circular in accordance with the further proposal according to claim 4, but can also have a partial circular shape. If the opening is to be arranged at the end of a lever, the measures according to claim 5 can also be applied. This is the end of the the opening receiving part, for example the lever, cut off in a circle. This circular end region of the lever can then be supplemented with a part-circular recess with respect to the side opposite the opening. According to the development according to claim 4, the recess can also be formed by perforations passing through the material, which form the section of a ring.

Vielfach ist es nicht erwünscht, daß der Konus sich über die gesamte Tiefe der Öffnung erstreckt, sondern der aufgeweitete Konus nur durch einen Teil der Öffnungstiefe ragen soll. In diesem Fall empfiehlt sich die Anwendung der Merkmalskombination nach Anspruch 6.In many cases it is not desirable that the cone extend over the entire depth of the opening, but rather that the flared cone should only protrude through part of the opening depth. In this case, the use of the combination of features according to claim 6 is recommended.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Darin zeigt

Fig. 1: eine Skizze eines in an sich bekannter Weise spanend bearbeiteten Werkstücks,
Fig. 2 und 3: eine durch Stanzen und nachfolgendes Schlagen gewonnene Öffnung mit vergrößertem Neigungswinkel,
Fig. 4 und 5: ein Werkstück mit durchgehender Ausnehmung und Öffnung mit vergrößertem Neigungswinkel,
Fig. 6 bis 8: eine weitere Ausführungsform zur spanlosen Herstellung einer konischen Öffnung mit erweitertem Neigungswinkel,
Fig. 9 bis 11: eine andere zusätzliche Ausführungsform zur Herstellung eines Konus mit erweitertem Neigungswinkel und
Fig. 12: einen zum Schlagen der erweiterten Öffnung zweckmäßiger Dorn.

An embodiment of the invention is explained below with reference to the drawing. In it shows

Fig. 1: a sketch of a workpiece machined in a manner known per se,
2 and 3: an opening obtained by punching and subsequent punching with an increased angle of inclination,
4 and 5: a workpiece with a continuous recess and opening with an increased angle of inclination,
6 to 8: another embodiment for the non-cutting production of a conical opening with an extended angle of inclination,
9 to 11: another additional embodiment for producing a cone with an extended angle of inclination and
Fig. 12: a mandrel suitable for striking the enlarged opening.

Fig. 1 zeigt in abschnittsweiser geschnittener Darstellung eine mit den bekannten spanenden Verfahren hergestellte trichterförmige Öffnung mit großem Neigungswinkel. Dabei wird in einem ersten Schritt in ein Blech 1 in Fig. 1 von oben oder unten kommend eine Zylinderöffnung 2 gestanzt. In einem nachfolgenden Schritt wird danach die Zylinderöffnung 2 durch Bohren zu einer Konusöffnung 3 erweitert. Dabei ist der Bohrer für die Konusöffnung 3 nur so weit eingebracht, daß noch ein Teil der zuvor gegebenen Zylinderöffnung 2 stehenbleibt. Dieses Verfahren ist relativ aufwendig, da die beschriebenen Bohrvorgänge in der Regel sehr viel teurer sind als eine spanlose, schneidende Formgebung.Fig. 1 shows a sectioned section of a funnel-shaped opening made with the known cutting processes with a large angle of inclination. In a first step, a cylinder opening 2 is punched into a sheet 1 in FIG. 1 coming from above or below. In a subsequent step, the cylinder opening 2 is then expanded to a cone opening 3 by drilling. The drill for the cone opening 3 is only inserted so far that part of the previously given cylinder opening 2 remains. This method is relatively complex since the drilling operations described are generally much more expensive than a non-cutting, cutting shape.

Fig. 2 und 3 zeigt die Möglichkeit einer spanlosen Einformung einer Öffnung nach Fig. 1. Dabei wird in einem in Fig. 2 gezeigten ersten Schritt eine Konusöffnung ausgestanzt. Dieses Stanzen von konischen Öffnungen durch gegenüber dem Standstempel vergrößerter Matrizenbohrung ist an sich bekannt. In einem zweiten Schritt gemäß Fig. 3 wird dann in Fig. 3 von unten kommend der schwache Konus gemäß Fig. 2 auf einen Konus mit großem Neigungswinkel α erweitert. Dabei wird ein aus Fig. 12 erkennbarer Dorn in Fig. 3 von unten kommend in die Öffnung eingeschlagen. Damit die Fläche 4 des Blechs 1 durch das Weiten der geweiteten Konusöffnung nicht reißt oder am Rand Krater bildet, wird der Dorn gemäß Fig. 12 nicht über die gesamte Tiefe der geweiteten Konusöffnung 6 eingetrieben. Hierdurch bleibt ein Teil der Konusöffnung 3 in Fig. 3 stehen.2 and 3 show the possibility of a non-cutting shaping of an opening according to FIG. 1. In a first step shown in FIG. 2, a conical opening is punched out. This punching of conical openings by means of a die hole that is larger than the punch is known per se. In a second step according to FIG. 3, the weak cone according to FIG. 2 coming from below is expanded in FIG. 3 to a cone with a large angle of inclination α. A mandrel recognizable from FIG. 12 is driven into the opening coming from below in FIG. 3. So that the surface 4 of the sheet 1 does not tear due to the widening of the widened cone opening or on 12, the mandrel is not driven over the entire depth of the widened cone opening 6. As a result, part of the cone opening 3 remains in FIG. 3.

Die geweitete Konusöffnung nach Fig. 3 ist nur dann herstellbar, wenn der Öffnungswinkel des Konus nicht sehr groß werden soll. Ist dies nicht der Fall, so besteht die Gefahr, daß die Öffnung beim Stanzen oder Schlagen ausreißt oder die Oberfläche in Form von Kratern beschädigt wird.3 can only be produced if the opening angle of the cone should not be very large. If this is not the case, there is a risk that the opening will tear out when punching or punching or that the surface will be damaged in the form of craters.

Die Fig. 4 und 5 zeigen die erfindungsgemäße Möglichkeit, den Neigungswinkel des Trichters noch erheblich zu vergrößern, ohne daß es zum Ausreißen des Materials oder einer elliptischen Verformung der Öffnungswände kommt. Hierzu wird, wie aus Fig. 4 und 5 ersichtlich, vor dem aufweitenden Schlagen mit dem Dorn eine durchgehende Ausnehmung 8 in Form einer Durchbrechung in das Blech eingebracht. Diese Durchbrechung sollte möglichst weitgehend so geformt sein, daß sich zwischen ihr und der Kante der Konusöffnung 3 ein Bereich 9 ergibt, in dem Material gleichbleibender Stärke und Tiefe das Loch umgibt. Auf diese Weise sind die beim Verformen der Öffnung 3 sich durch das Blechmaterial ergebenden Widerstandskräfte rings um den Rand der Öffnung 3 in etwa gleich, so daß sich beim schlagenden Erweitern der Öffnung 3 keine Form ergibt, die von der Kreisform abweicht.4 and 5 show the possibility according to the invention of considerably increasing the angle of inclination of the funnel without the material being torn out or the opening walls being deformed elliptically. For this purpose, as can be seen from FIGS. 4 and 5, a continuous recess 8 in the form of an opening is made in the sheet before the widening hitting with the mandrel. This opening should be shaped as far as possible so that there is a region 9 between it and the edge of the cone opening 3, in which material of constant thickness and depth surrounds the hole. In this way, when the opening 3 is deformed by the sheet metal material, the resistance forces around the edge of the opening 3 are approximately the same, so that when the opening 3 is expanded, there is no shape which deviates from the circular shape.

Fig. 6 bis 8 zeigt die Möglichkeit, eine Verformung des Randes der Konusöffnung 3 dadurch zu verhindern, daß gemäß Fig. 6 zuvor eine ringförmige Ausnehmung 10 in das Blech eingebracht wird. Danach wird konzentrisch zur ringförmigen Ausnehmung 10 eine gestanzte Öffnung 3 eingebracht, die wahlweise zylinderförmig, aber auch nach dem weiter oben beschriebenen Verfahrensschritt konisch sein kann. In einem weiteren Schritt wird schließlich durch einen gemäß Fig. 8 von unten kommenden Dorn die Öffnung 3 zu einem Trichter mit vergrößertem Neigungswinkel geschlagen. Dabei wandert das von dem Dorn 16 beaufschlagte Material in der Umgebung der Kante 11 zu der ringförmigen Ausnehmung 10 hin, von der es dann aufgenommen wird. Auf diese Weise läßt sich eine erhebliche Aufweitung der Öffnung erreichen, ohne daß die in Fig. 8 untere Oberfläche 12 sich verzieht.6 to 8 shows the possibility of preventing deformation of the edge of the conical opening 3 by previously making an annular recess 10 in the sheet according to FIG. 6. Then a punched opening 3 is introduced concentrically to the annular recess 10, which is optional can be cylindrical, but can also be conical after the method step described above. In a further step, the opening 3 is finally beaten to a funnel with an enlarged angle of inclination by a mandrel coming from below according to FIG. 8. The material acted upon by the mandrel 16 migrates in the vicinity of the edge 11 towards the annular recess 10, from which it is then received. In this way, the opening can be considerably widened without the lower surface 12 in FIG. 8 being distorted.

Fig. 9 bis 11 beschreibt eine etwas abgeänderte Ausnehmung 13, die die Form eines Kreisringabschnitts hat. Dabei ergibt sich die Ausnehmung 13 durch ein Durchstellen des Materials des Blechs 1, bei der die Ausnehmung 13 eine Entsprechung in einem Ansatz 14 hat, der wiederum die Form eines Kreisringabschnitts 14 besitzt.9 to 11 describes a slightly modified recess 13 which has the shape of a circular ring section. The recess 13 results from a passage of the material of the sheet 1, in which the recess 13 has a correspondence in an extension 14, which in turn has the shape of a circular ring section 14.

Die Aufgabe der Ausnehmung 13 ist wiederum die gleiche wie bei der Ausnehmung 10. Zusätzlich wurde im Zusammenhang mit Fig. 5 angedeutet das Hebelende 15 halbkreisförmig beschnitten, so daß ein im wesentlichen kreisringförmiger Bereich 9 die Öffnung 3 umgibt.The task of the recess 13 is again the same as for the recess 10. In addition, the lever end 15 has been cut off in a semicircular manner, as indicated in connection with FIG. 5, so that a substantially circular region 9 surrounds the opening 3.

Claims

Method for the chipless shaping of a funnel-shaped through opening (3, 6) in a sheet (1), in which, in a first step, a conical opening (3) is punched out in a first direction in a manner known per se, and in a second step, recesses (8 , 10, 13) in the vicinity of the edge (11) of the conical opening (3), characterized in that in a third step by means of a conical mandrel (16) which is opposite through the opening (3) in the first direction is pressed in the second direction, the conical opening (3) is enlarged to increase the cone angle (α), the recesses (8, 10, 13) being effective at least on the side (12) of the sheet (1) on which the larger one Opening of the funnel (3,6) is located.

Method according to claim 1, characterized in that the recess (10) is an annular groove (10) which is pressed into the sheet (1) counter to the first direction and is concentric with the opening (3).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the recess (13) is formed by an essentially circular or part-circular passage (13, 14).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the recess (8) is a substantially circular or part-circular punched-out (8 is Fig. 4.5).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the material surrounding the opening (3) is essentially formed by an annular region (9) made of non-weakened material surrounding the opening.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mandrel widens only a portion (6) of the opening (3) in a funnel shape.