EP1216768B1 - Anordnung und Verfahren zum Umformen eines Metallbleches - Google Patents

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EP1216768B1
EP1216768B1 EP01127928A EP01127928A EP1216768B1 EP 1216768 B1 EP1216768 B1 EP 1216768B1 EP 01127928 A EP01127928 A EP 01127928A EP 01127928 A EP01127928 A EP 01127928A EP 1216768 B1 EP1216768 B1 EP 1216768B1
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EP
European Patent Office
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metal sheet
forming
form die
bearing surface
stretch form
Prior art date
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EP01127928A
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English (en)
French (fr)
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EP1216768A1 (de
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Knut Dipl.-Ing. Juhl
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Airbus Operations GmbH
Original Assignee
Airbus Operations GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D25/00—Working sheet metal of limited length by stretching, e.g. for straightening
    • B21D25/02—Working sheet metal of limited length by stretching, e.g. for straightening by pulling over a die
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D11/00—Bending not restricted to forms of material mentioned in only one of groups B21D5/00, B21D7/00, B21D9/00; Bending not provided for in groups B21D5/00 - B21D9/00; Twisting
    • B21D11/02—Bending by stretching or pulling over a die

Definitions

  • the invention relates to an arrangement and a method for forming a Sheet metal according to the preamble of claims 1, 10 and 11. With it a sheet metal, that rests on a support surface almost without friction, changes shape plastically, which is also suitable for the forming of large sheet metal structures is suitable, with further processes that the separate intermediate and / or post-treatment of the metal sheet are expedient, is waived.
  • the invention is therefore based on the object of an arrangement and a method for To propose forming a metal sheet with which the plastic forming of the metal sheet without additional measures, according to which an improvement in plasticity of the material by heat treatment and no lubrication of the formed part which, at least during the forming phase (s), are almost frictionless and efficient is implemented.
  • the so called drawing die support surface 8 has a curved shape. This drawing die support surface 8 is bulged outward in the horizontal direction, it is intended to be Transfer contour to the metal sheet 2.
  • the metal sheet 2 which (according to this illustration and also with an anticipation of later described method steps according to FIG. 3) in one (with the help a stretch-pull means 3 according to FIG. 2) biased at the sheet metal edge and in one on Pre-bending level stretched condition.
  • the stretching die 5 has several holes 4, which are arranged vertically exiting the stretching die support surface 8. Through this Bores 4 is in an intermediate space, the stretching die support surface 8 and Include sheet metal support surface 11, compressed air 6 blown within - through which localized (n) amount of compressed air - a (between) spatially spread air cushion 7 forms.
  • a largely fully perforated stretching die support surface 8 with a largely uniform borehole architecture of the bores 4 is arranged below the sheet metal support surface 11. It is also noted that below this sheet metal support surface 11, only certain sub-areas of the stretching mold support surface 8 are provided with bores 4, with which a partial construction of the air cushion 7 is realized.
  • an air cushion 7 with a sufficiently constant forming air pressure P 3 is to be built up, on which the metal sheet 2 floats during the forming.
  • the aforementioned bores 4 are realized with cylindrical or non-cylindrical boreholes, the hole axis of which is arranged perpendicular to the stretching die support surface 8.
  • Which borehole geometry is considered appropriate is up to the individual case. It is taken into account that the borehole cross section of the non-cylindrical boreholes 4 on the stretching die support surface 8 is larger than that which is located at an entry point of the compressed air 6 vertically upstream of it into the individual borehole 4.
  • a non-cylindrical borehole exit on the stretching die support surface 8 will at least enjoy the advantage of better cleaning of the bores 4.
  • the compressed air source (not shown in the figure), from which the boreholes 4 are fed with compressed air 6, is arranged internally or externally of the drawing die 5 (depending on expediency). It is also added that the compressed air 6 will have a compressed air temperature of up to 350 degrees Celsius.
  • the compressed air (which builds up the air cushion 7) is heated to this air temperature value and is later referred to as the heating temperature T 2 .
  • This heated temperature value (the heating temperature T 2 ) is kept constant during the actual forming of the metal sheet 2, which can be achieved, for example, with a controllable heating source (not shown), which will pass the compressed air 6 (before it emerges at the stretching die support surface 8), implements.
  • the metal sheet 2 consists of a material which is made, for example, of an aluminum alloy which can be formed at room temperature T 1 and which can be reshaped by the heating and consequent reduction in the yield stress during its loading.
  • the material of the metal sheet 2 will mainly refer to a hardenable or non-hardenable aluminum alloy, which is largely used in aircraft construction.
  • a process (described in more detail later) can be implemented with any metal (sheet 2), since almost all metals lose strength when heated.
  • metal sheets 2 of the same type will also be formed, which do not always have a flat appearance.
  • the arrangement presented will also be able to form corresponding metal sheets 2, which are provided with an irregular surface curvature. Otherwise, these metal sheets 2 have a precisely specified surface curvature. In the worst case, the irregular appearance is understood to mean a creased sheet metal surface.
  • FIG. 2 shows the arrangement 1 (presented with respect to FIG. 1) for shaping the metal sheet 2, which is expanded with a (indicated) stretch-pull means 3.
  • the latter is required in order to fasten the side edges 9, 10 of the metal sheet 2 (lying horizontally on the stretching die support surface 8) on the output side of the (according to the example: convex) curvature.
  • the stretch-drawing die 5 will attack the metal sheet 2 on both sheet metal sides on these (opposing) side edges 9, 10 with a tensile force F 21 or F 22 , provided that the metal sheet 2 is mechanically suitable on the edge of the stretch-pull means 3 in a suitable manner is attached.
  • FIG. 2 aims at the basic explanation of stretch drawing, it is further supplemented that when the tensile forces F 21 , F 22 are applied, the metal sheet 2 is first subjected to stretching over the (horizontal) sheet length above the drawing die support surface 8, whereby on the metal sheet 2 (also supported by its stretching) the surface contour of the stretching die 5 is transferred.
  • the conventional metal sheet 2 is first positioned over the stretch-drawing mold 5 and then placed on the curved stretch-drawing mold support surface 8. Then the side edges 9, 10 of the metal sheet 2 lying opposite one another in the horizontal plane are fastened, preferably clamped, to the tensile-stretching means (3) at the edge of the stretch-drawing mold 5 [that is, near the beginning of the convex-shaped curvature of the stretch-drawing mold support surface 8 curved in this way, and thereafter prestressed on its curved stretching mold support surface 8 under the action of room temperature T 1 and atmospheric ambient air pressure P 1 until a defined prestressing time t expires, the metal sheet 2 as a result of the mechanical prestressing on the side of the sheet metal from a rest position to the prebending level of a prestressing path s 1 is stretched.
  • This compressed air 6 will then spread between the stretching die support surface 8 and the sheet metal support surface 11, whereby an air cushion 7 is formed between these two support surfaces.
  • the metal sheet (2) under prestress will absorb the heat of the heating temperature (T 2 ), but will not experience any changes in the pre-bending level.
  • the metal sheet 2 is tensioned with a constant forming air pressure P 3 until a forming time t 3 has expired.
  • the metal sheet 2 is moved in the horizontal movement direction above the air cushion 7 so that it is almost frictionless, as a result of which the metal sheet (2), the sheet temperature of which is kept constant at the heating temperature (T 2 ).
  • the sheet metal 2 will assume a (for example convex) curvature which is adapted to the surface contour of the drawing die 5 and which will change within the forming phase t 3 - t 2 will change iteratively to the forming level of a forming path s 2 .
  • the shape-altered metal sheet 2 is cooled by a compressed air 6 cooled to the room temperature T 1 until a cooling time t 4 has elapsed, with a constant cooling air pressure which corresponds to the level of the heating pressure P 2 .
  • This cooled compressed air is also passed through the bores 4 of the stretching die 5 to the shaped metal sheet 2, the changed metal sheet 2 not experiencing any changes in the level of deformation during the cooling phase t 4 -t 3 .
  • the side edges 9, 10 of the metal sheet 2, which are fastened at the edges, are prestressed on the stretching die support surface 8 under the action of room temperature T 1 and atmospheric ambient air pressure P 1 until a defined pretensioning time t 1 has expired, the metal sheet 2 being released due to the mechanical pretensioning on the sheet metal side a rest position is stretched to the pre-bending level of a prestressing path s 1 . Only then is a tempered compressed air 6, which will reach a heating temperature T 2 after the expiry of a heating time t 2 , passed through the bores 4 of the stretching die 5 with a constant heating air pressure P 2 .
  • this metal sheet 2 is calibrated [ie brought to an exact measure] under the action of room temperature T 1 until the end of a completion time t 5 , this metal sheet 2 during the calibration phase t 5 - t 4 will experience a change [of the forming level] to the calibration level of a calibration path s 3 .
  • a surface pressure of up to 200 bar / cm 2 and an inflow of tempered compressed air 6 with a heating temperature T 2 of up to 350 ° C. are implemented
  • the sheet-metal contact surface 11 will lift off from the stretch-drawing contact surface 8 at least during the forming phase t 3 - t 2 due to the air cushion 7 present.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Blow-Moulding Or Thermoforming Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Shaping Of Tube Ends By Bending Or Straightening (AREA)
  • Manufacturing Of Printed Wiring (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung und ein Verfahren zum Umformen eines Metallbleches gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1, 10 und 11. Mit ihr wird ein Metallblech, das einer Auflagefläche nahezu reibungsfrei aufliegt, plastisch formverändert, die sich auch für die Umformung von großflächigen Blechstrukturen eignet, wobei auf weitere Verfahren, die der gesonderten Zwischen- und / oder Nachbehandlung des Metallbleches zweckdienlich sind, verzichtet wird.
Bekannte Technologien unterziehen ein Metallblech, auf das durch mechanische Umformung eine Wölbung übertragen wird, einem Streck-Zieh-Prozeß. Vor der Durchführung dieser Prozedur besteht die Notwendigkeit, dass das umzuformende Metallblech vor dem randseitlichen Strecken oder Ziehen auf der (über die) Oberfläche eines geeigneten Streck-Zug-Mittels entsprechend eingefettet wird, um die Reibung zwischen der (auf das Blech) zu übertragenden (geformten) Kontur der Auflagefläche des Steck-Zug-Mittels, die unter der Bezeichnung "Spannpratze" geläufig ist, und der ihr aufliegenden Blechauflagefläche auf ein vertretbares Maß herabzusetzen, zumindestens günstig zu beeinflussen. Dabei wird traditionell die klassisch bekannte Öl- oder Fettschmierung angewendet. Oftmals besteht auch die Notwendigkeit einer Zwischenglühung des dermaßen vorbehandelten Metallbleches, um letzteres in einem (so genannten) weiteren Kalibrierzug nochmals umzuformen, wodurch eine geringe Rückfederung dieses Metallbleches erhalten wird. Vor dieser eventuellen Zwischenkühlung wird sich eine Entfettung des umgeformten Metallbleches kaum vermeiden lassen. Man kann wahrscheinlich davon ausgehen, dass diese bekannte Vorgehensweise zur Umformung eines Metallbleches nur mit hohem Aufwand bewältigt wird, zumindestens wird der Eindruck vermittelt. Entsprechende Maßnahmen, nach denen mit geeigneten Maßnahmen eine Zwischenbehandlung des Metallbleches während der Umformung des Metallbleches entfallen wird und keine Notwendigkeit der Nachbehandlung des gewölbten Metallbleches bestehen wird, sind nicht bekannt.
Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zum Umformen eines Metallbleches vorzuschlagen, mit denen die plastische Umformung des Metallbleches ohne zusätzlich vorzusehene Maßnahmen, wonach auf eine Verbesserung der Plastizität des Werkstoffes durch Wärmebehandlung und auf eine Schmierung des Umformteiles verzichtet wird, die zumindestens während der Umformphase(n) entfallen, nahezu reibungsfrei und rationell umgesetzt wird.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1, 10 und 11 angegebenen Maßnahmen gelöst. In den weiteren Unteransprüchen sind zweckmäßige Ausgestaltungen dieser Maßnahmen angegeben.
Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Dazu zeigt die
Fig. 1
eine Anordnung zum Umformen eines Metallbleches mit dessen Luftkissenauflage;
. Fig. 2
die Anordnung zum Umformen eines Metallbleches und dessen mechanische Befestigung an einem Streck-Zug-Mittel;
Fig. 3
eine Darstellung von Diagrammen des Umformprozesses, welche die Luftdruck-, Temperatur- und Weg-Veränderungen zeitabhängig veranschaulichen.
Mit einem Blick auf die Fig. 1 wird man den prinzipiellen Aufbau einer Anordnung 1 zum Umformen eines Metallbleches 2 wahrnehmen. Danach wird eine Streckziehform 5 eingesetzt, deren so genannte Streckziehform-Auflagefläche 8 eine gekrümmte Form aufweist. Diese Streckziehform-Auflagefläche 8 ist in horizontaler Richtung nach außen gewölbt, wobei beabsichtigt wird, deren Kontur auf das Metallblech 2 zu übertragen. Auf dieser Streckziehform-Auflagefläche 8 wird (mit geeigneten Maßnahmen) das Metallblech 2 abgelegt, welches (nach dieser Darstellung und auch mit einem Vorgriff auf später geschilderte Verfahrensschritte nach der Fig. 3) sich in einem (mit Hilfe eines Streck-Zug-Mittels 3 nach der Fig. 2) blechrandseitlich vorgespannten und in einem auf ein Vorbiegeniveau gestreckten Zustand befindet. Die Streckziehform 5 verfügt über mehrere Bohrungen 4, die vertikal austretend der Streckziehform-Auflagefläche 8 angeordnet sind. Durch diese Bohrungen 4 wird in einen Zwischenraum, den die Streckziehform-Auflagefläche 8 und die Metallblech-Auflagefläche 11 einschließen, Druckluft 6 geblasen, innerhalb dem - durch die lokalisierte(n) Druckluftmenge(n) - sich ein (zwischen)räumlich ausgebreitetes Luftkissen 7 bildet.
Es ist vorgesehen, dass unterhalb der Metallblech-Auflagefläche 11 eine weitestgehend vollständig perforierte Streckziehform-Auflagefläche 8 mit einer weitestgehend einheitlichen Bohrloch-Architektur der Bohrungen 4 angeordnet ist. Dabei wird auch beachtet, dass unterhalb dieser Metallblech-Auflagefläche 11 nur bestimmte Teilbereiche der Streckziehform-Auflagefläche 8 mit Bohrungen 4 ausgestattet sind, womit man einen partiellen Aufbau des Luftkissens 7 realisiert. Um eine nahezu reibungsfreie Bewegung des Metallbleches 2 während des Umformprozesses oberhalb der Streckziehform-Auflagefläche 8 zu gewährleisten, ist ein Luftkissen 7 mit ausreichend konstantem Umformluftdruck P3 (nach Fig. 3) aufzubauen, auf dem das Metallblech 2 während des Umformens schwebt. Deshalb werden die erwähnten Bohrungen 4 mit zylindrischen oder nicht zylindrischen Bohrlöchem realisiert, deren Lochachse lotrecht zur Streckziehform-Auflagefläche 8 angeordnet ist. Welche Bohrloch-Geometrie man für zweckmäßig erachtet wird, bleibt dem Einzelfall überlassen. Dabei wird bedacht, dass der Bohrloch-Querschnitt der nicht zylindrisch gestalteten Bohrlöcher 4 an der Streckziehform-Auflagefläche 8 größer demjenigen ist, der an einer ihm vertikal vorgeordneten Eintrittsstelle der Druckluft 6 in die einzelne Bohrung 4 gelegen ist. Wie dem auch sei, ein nicht zylindrischer Bohrlochaustritt an der Streckziehform-Auflagefläche 8 wird allerdings wenigstens den Vorteil von besserer Reinigung der Bohrungen 4 genießen.
Die (figurlich nicht gezeigte) Druckluftquelle, von welcher die Bohrlöcher 4 mit Druckluft 6 gespeist wird, ist in- oder extern der Streckziehform 5 (je nach Zweckmäßigkeit) angeordnet. Außerdem wird ergänzt, dass die Druckluft 6 eine Drucklufttemperatur von bis zu 350 Grad Celsius aufweisen wird. Auf diesen Lufttemperaturwert wird die (das Luftkissens 7 aufbauende) Druckluft aufgeheizt, die später mit Aufheiztemperatur T2 bezeichnet wird. Dieser aufgeheizte Temperaturwert (der Aufheiztemperatur T2) wird während der eigentlichen Umformung des Metallbleches 2 konstant gehalten, den man beispielsweise mit einer (nicht gezeigten) regelbaren Heizquelle, welche die Druckluft 6 (vor ihrem Austritt an der Streckziehform-Auflagefläche 8) passieren wird, umsetzt. Weiter wird ergänzt, dass das Metallblech 2 aus einem Werkstoff besteht, der beispielsweise mit einer bei Raumtemperatur T1 umformbaren Aluminium-Legierung ausgeführt ist, welche sich durch die Erwärmung und dadurch einhergehender Verringerung der Fließspannung während deren Belastung umformen lässt. Dabei wird sich der Werkstoff des Metallblechs 2 in der Hauptsache auf eine aushärtbare oder nicht aushärtbare Aluminium-Legierung beziehen, die weitestgehend im Flugzeugbau eingesetzt wird. Prinzipiell lässt sich ein (später näher beschriebenes) Verfahren mit jedem Metall(blech 2) realisieren, da nahezu alle Metalle bei Erwärmung an Festigkeit verlieren. Auch wird man in der Praxis entsprechend geartete Metallbleche 2 umformen, die nicht immer ein ebenflächiges Aussehen aufweisen. Die vorgestellte Anordnung wird auch dazu fähig sein, entsprechende Metallbleche 2, die mit einer regellosen Oberflächenkrümmung versehen sind, umzuformen. Anderenfalls besitzen diese Metallbleche 2 eine genau spezifizierte Oberflächenkrümmung. Unter dem regelloses Aussehen wird im ungünstigen Fall eine knittrig geartete Blechoberfläche verstanden.
In der Fig. 2 wird nun die (hinsichtlich der Fig. 1 vorgestellte) Anordnung 1 zum Umformen des Metallbleches 2, die mit einem (angedeuteten) Streck-Zug-Mittel 3 erweitert ist. Letzteres wird benötigt, um die Seitenränder 9, 10 des (der Streckziehform-Auflagefläche 8 horizontal aufliegenden) Metallbleches 2 ausgangsseitig der (nach dem Beispiel: konvexen) Wölbung zu befestigen. Dabei wird die Streckziehform 5 das Metallblech 2 zu beiden Blechseiten an diesen (sich gegenüberstehenden) Seitenrändern 9, 10 jeweils mit einer Zugkraft F21 oder F22 angreifen, sofern das Metallblech 2 randseitlich dem Streck-Zug-Mittel 3 auf geeignete Art und Weise mechanisch befestigt ist. Anknüpfend an vorher erwähnte Betrachtungen wird man den einzelnen Seitenrand 9, 10 zwischen den Einspannflächen einer (vertikal absenkbaren) Einspannvorrichtung, die unter der Bezeichnung "Spannpratze" bekannt ist, einspannen. In dieser Darstellung wird das (hinsichtlich der Fig. 1 erwähnte) Luftkissen 7 und die Perforierung der Streckziehform-Auflagefläche 8 mit den in die Streckziehform 5 eingearbeiteten (kleinen) Bohrungen 4 nicht gezeigt. Weil die Fig. 2 auf die prinzipielle Erläuterung des Streckziehens abzielt, wird weiter ergänzt, dass mit dem Angreifen der Zugkräfte F21, F22 das Metallblech 2 zunächst über die (horizontale) Blechlänge oberhalb der Streckziehform-Auflagefläche 8 einer Streckung unterzogen wird, wodurch auf das Metallblech 2 (auch unterstützt durch dessen Streckung) die Oberflächenkontur der Streckziehform 5 übertragen wird.
Sofern die randseitlich befestigten Seitenränder 9, 10 des Metallbleches 2 auf der Streckziehform-Auflagefläche 8 bei Einwirkung von Raumtemperatur (T1) und atmosphärischem Umgebungsluftdruck P1 bis zum Ablauf von einer definierten Vorspannzeit (t1) vorgespannt werden, wird man beobachten, dass das Metallblech 2 (gemäß einem später angegebenen Verfahrensschritt) infolge der blechrandseitlichen mechanischen Vorspannung aus einer Ruhelage auf das Vorbiegeniveau eines Vorspannweges s1 gestreckt wird.
In der Fig. 3 wird nun eine Darstellung von (zueinander korrelierenden) Diagrammen des Umformprozesses dargestellt, welche die Luftdruck-, Temperatur- und Weg-Veränderungen zeitabhängig veranschaulichen.
Diese Diagramme werden zur Vorstellung des Verfahrens zum Umformen des nehmlichen Metallbleches 2 verwendet, wobei das Verfahren mit der (hinsichtlich den Figuren 1 und 2 vorgestellten) Anordnung 1 umgesetzt wird. Wie erwähnt - wird das Metallblech 2 einer Streck-Zieh-Prozedur unterzogen, um eine einfach oder doppelt gekrümmte und konvexe oder konkave Wölbung (Krümmung) auf das Metallblech 2 zu übertragen. Um zu dem beabsichtigten Zweck erfolgversprechend zu handeln, werden die nachfolgend angegeben Verfahrensschritte mit der Anordnung 1 und inclusive den auch zusätzlich installierten Komponenten, welche sich auf die (vorher angegebene) Wärmequelle und einen regelbaren Druckübersetzer, mit dem der Volumenstrom der eingespeisten Druckluft 6 druckabgestimmt wird, beziehen, in der angegebenen Reihenfolge realisiert. Diese Komponenten werden in den Figuren 1 und 2 nicht gezeigt. Die nachfolgend angegebenen Schritte werden deutlich, sofern man die Angaben mit den Darstellungen der Diagramme vergleicht. Danach werden folgende Schritte verfahrensmäßig umgesetzt:
Das nehmliche Metallblech 2 wird zunächst über der Streckziehform 5 positioniert und danach auf der gekrümmten Streckziehform-Auflagefläche 8 abgelegt. Daraufhin werden die in horizontaler Ebene sich gegenüberliegenden Seitenränder 9, 10 des Metallblechs 2 randseitlich der Streckziehform 5 [also nahe dem Beginn der konvex geformten Wölbung der so gekrümmten Streckziehform-Auflagefläche 8] dem Zug-Streck-Mittel (3) befestigt, vorzugsweise eingespannt, und danach auf dessen gekrümmten Streckziehform-Auflagefläche 8 bei Einwirkung von Raumtemperatur T1 und atmosphärischem Umgebungsluftdruck P1 bis zum Ablauf von einer definierten Vorspannzeit t, vorgespannt, wobei das Metallblech 2 infolge der blechrandseitlichen mechanischen Vorspannung aus einer Ruhelage auf das Vorbiegeniveau eines Vorspannweges s1 gestreckt wird. Dann wird über die Bohrungen 4 der Streckziehform 5 mit einem konstanten Aufheizluftdruck P2 eine temperierte Druckluft 6, die nach dem Ablauf einer Aufheizzeit t2 eine Aufheiztemperatur T2 erreichen wird, geleitet. Diese Druckluft 6 wird sich danach zwischen der Streckziehform-Auflagefläche 8 und der Metallblech-Auflagefläche 11 ausbreiten, wodurch zwischen diesen beiden Auflageflächen ein Luftkissen 7 gebildet wird. Dabei wird während der Aufheizphase (t2 - t1) das unter Vorspannung befindliche Metallblech (2) die Wärme der Aufheiztemperatur (T2) aufnehmen wird, aber keine Veränderungen des Vorbiegeniveaus erfahren.
Dann werden die gegenüberliegenden Seitenränder 9, 10 des Metallblechs 2 bis zum Ablauf einer Umformzeit t3 mit einem konstanten Umformluftdruck P3 gespannt. Gleichzeitig wird das Metallblech 2 mit Horizontalbewegungsrichtung über dem Luftkissen 7 schwebend nahezu reibungsfrei bewegt, wodurch das Metallblech (2), dessen Blechtemperatur auf Aufheiztemperatur (T2) konstant gehalten wird. Infolge der Blechbewegung wird das Metallblech 2 nach dem Ablauf der Umformzeit t3 (durch dessen randseitlichen Zugbelastung mit nachfolgender Streckung des Metallblech-Profils) eine der Oberflächenkontur der Streckziehform 5 angepasste (bspw. konvexe) Wölbung annehmen, die sich innerhalb der Umformphase t3 - t2 iterativ auf das Umformniveau eines Umformweg s2 verändern wird. Dann wird das dermaßen formveränderte Metallblech 2 durch eine bis zum Ablauf einer Abkühlzeit t4 auf die Raumtemperatur T1 abgekühlte Druckluft 6 mit einen konstanten Abkühlluftdruck, der dem Niveau des Aufheizdruckes P2 entspricht, abgekühlt. Diese abgekühlte Druckluft wird ebenfalls über die Bohrungen 4 der Streckziehform 5 an das geformte Metallblech 2 geführt, wobei das formveränderte Metallblech 2 während der Abkühlphase t4 - t3 keine Veränderungen des Umformniveaus erfahren wird.
Außerdem wäre eine geringfügige Abänderung der vorgestellten Verfahrensschritte anfänglich derweise denkbar, wonach zunächst die in horizontaler Ebene sich gegenüberliegenden Seitenränder 9, 10 des Metallblechs 2 randseitlich der Streckziehform 5 dem Zug-Streck-Mittel (3) befestigt, vorzugsweise eingespannt werden. Darauffolgend wird das randseitlich befestigte Metallblech 2 über der Streckziehform 5 positioniert, das anschließend vertikal soweit abgesenkt wird, bis das es auf der gekrümmten Streckziehform-Auflagefläche 8 abgelegt wird. Daraufhin werden die randseitlich befestigten Seitenränder 9, 10 des Metallblechs 2 auf der Streckziehform-Auflagefläche 8 bei Einwirkung von Raumtemperatur T1 und atmosphärischem Umgebungsluftdruck P1 bis zum Ablauf von einer definierten Vorspannzeit t1 vorgespannt, wobei das Metallblech 2 infolge der blechrandseitlichen mechanischen Vorspannung aus einer Ruhelage auf das Vorbiegeniveau eines Vorspannweges s1 gestreckt wird. Erst dann wird über die Bohrungen 4 der Streckziehform 5 mit einem konstanten Aufheizluftdruck P2 eine temperierte Druckluft 6, die nach dem Ablauf einer Aufheizzeit t2 eine Aufheiztemperatur T2 erreichen wird, geleitet. Diese Druckluft wird sich danach zwischen der Streckziehform-Auflagefläche 8 und der Metallblech-Auflagefläche 11 ausbreiten, wodurch zwischen diesen beiden Auflageflächen ein Luftkissen 7 gebildet wird. Dabei wird während der Aufheizphase t2 - t1 das unter Vorspannung befindliche Metallblech 2) die Wärme der Aufheiztemperatur T2 aufnehmen, aber keine Veränderungen des Vorbiegeniveaus erfahren.
Anschließend des Schrittes der Abkühlung des formveränderten Metallbleches 2 wäre denkbar, dass dieses Metallblech 2 bei Einwirkung von Raumtemperatur T1 bis zum Ablauf einer Abschlusszeit t5 kalibriert [also auf ein genaues Maß gebracht] wird, wobei dieses Metallblech 2 während der Kalibrierphase t5 - t4 eine Veränderung [des Umformniveaus] auf das Kalibrierniveau eines Kalibrierweges s3 erfahren wird.
Dem wird ergänzend hinzu gefügt, dass die gegenüberliegenden Seitenränder 9, 10 des Metallbleches 2 nahe dem Beginn der Wölbung der gekrümmten Streckziehform-Auflagefläche 8 dem Zug-Streck-Mittel 3 befestigt werden. Dabei wird man den betreffenden Seitenrand 9, 10 des Metallbleches 2 einem in vertikaler Richtung positionsveränderlichen Greifmittel des Zug-Streck-Mittels 3 einspannen.
Ferner wird hinzu gefügt, dass während der Umformphase t3 - t2 eine Flächenpressung von bis zu 200 bar /cm2 und ein Zustrom von temperierter Druckluft 6 mit einer Aufheiztemperatur T2 von bis zu 350 °C umgesetzt wird
Auch wird letztlich erwähnt, dass die Metallblech-Auflagefläche 11 wenigstens während der Umformphase t3 - t2 von der Streckziehform-Auflagefläche 8 infolge des vorhandenen Luftkissens 7 abheben wird.
Zusammenfassen lässt sich folgendes resümieren. Mit der beschriebenen Vorrichtung und dem angegebenen Verfahren wird die Umformung von insbesondere großflächigen Strukturen, die im Fahrzeugbau keine Seltenheit darstellen, umgesetzt, deren Herstellung gegenwärtig nur unter Verwendung von bekannten Schmierverfahren und teilweise nur mit Zwischenglühungen möglich wird. Mit der(n) vorgeschlagenen Lösung(en) wird die Umformung derartiger (großflächiger) Metallbleche (Metalllegierungen, vorzugsweise Aluminiumlegierungen) reibungsfrei auf einem Luftkissen 7 erfolgen. Letzteres wird zwischen der Streckziehform 5 und dem Metallblech 2 mittels (kleiner) Bohrungen in der Streckziehform 5 aufgebaut. Durch eine geschaffene Möglichkeit, die eingeblasene Druckluft 6 zu erwärmen, werden sich auch schwer umformbare Metalllegierungen und andere (bei Raumlufttemperatur formbare) Werkstoffe durch die Verringerung der Fliessspannung des Metall(blech)s umformen lassen. Am Ende des Formvorganges wird die Streckziehform 5 und das Metallblech 2 durch eingebrachte Kaltluft wieder abgekühlt. Diese Maßnahme wirkt sich positiv auf die Rückfederung und die Konturengenauigkeit des formveränderten Metallbleches 2 aus. Durch die Benutzung der vorgestellten Lösungen werden (im Vergleich mit bekannten Lösungen) Einsparungen von Streckziehzügen erreicht. Auch werden die aufwendigen Schmiervorgänge (Öl- und Fettschmierung) sowie deren Beseitigung (vor einer eventuellen Zwischenglühung) gänzlich entfallen.
Bezugszeichen
1
Anordnung zum Umformen eines Metallbleches
2
Metallblech
3
Zug-Streck-Mittel
4
Bohrung
5
Streckziehform
6
Druckluft
7
Luftkissen
8
Streckziehform-Auflagefläche
9
Seitenrand (des Metallbleches 2)
10
Seitenrand (des Metallbleches 2)
11
Metallblech-Auflagefläche
FZ1, FZ2
Zugkraft
P1
atmosphärischer Umgebungsluftdruck
P2
Vorheizluftdruck
P3
Umformluftdruck
T1
Raumtemperatur
T2
Aufheiztemperatur
t1
Vorspannzeit
t2
Aufheizzeit
t3
Umformzeit
t4
Abkühlzeit
t5
Abschlusszeit
t2 - t1
Aufheizphase
t3 - t2
Umformphase
t4 - t3
Abkühlphase
t5 - t4
Kalibrierphase
s1
Vorspannweg
s2
Umformweg
s3
Kalibrierweg

Claims (16)

  1. Anordnung zum Umformen eines Metallbleches, mit einer Streckziehform (5) und einem Zug-Streck-Mittel (3), wobei das Metallblech (2) auf einer gekrümmten Streckziehform-Auflagefläche (8), die in horizontaler Richtung nach außen gewölbt ist, positioniert ist, deren ausgangsseitlich der Wölbung befindlichen Seitenränder (9, 10) dem Zug- Streck-Mittel (3) befestigt sind, dabei das Zug-Streck-Mittel (3) das Metallblech (2) zu beiden Blechseiten an den sich gegenüberstehenden Seitenrändern (9, 10) mit einer Zugkraft (FZ1, FZ2) angreifen wird und über dessen Blechlänge oberhalb der Streckziehform-Auflagefläche (8) das Metallblech (2) einer Steckung unterziehen wird, wodurch auf das Metallblech (2) auch unterstützt durch dessen Streckung die Oberflächenkontur der Streckziehform (5) übertragen wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Streckziehform (5) mehrere Bohrungen (4) äusgenommen sind, die vertikal austretend der Streckziehform-Auflagefläche (8) angeordnet sind, und oberhalb dieser Streckziehform-Auflagefläche (8) ein von einer Metallblech-Auflagefläche (11) eingeschlossenes Luftkissen (7) ausgebreitet ist, das von einer durch die Bohrungen (4) geleiteten Druckluft (6) aufgebaut wird.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Metallblech-Auflagefläche (11) eine weitestgehend vollständig perforierte Streckziehform-Auflagefläche (8) mit einer weitestgehend einheitlichen Bohrloch-Architektur der Bohrungen (4) angeordnet ist.
  3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Metallblech-Auflagefläche (11) nur bestimmte Teilbereiche der Streckziehform-Auflagefläche (8) mit Bohrungen (4) ausgestattet sind und dadurch ein partieller Aufbau des Luftkissens (7) realisiert ist.
  4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (4) mit zylindrischen oder nicht zylindrischen Bohrlöchern realisiert sind, deren Lochachse lotrecht zur Streckziehform-Auflagefläche (8) angeordnet ist.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bohrloch-Querschnitt der nicht zylindrischen Bohrlöchern an der Streckziehform-Auflagefläche (8) größer demjenigen ist, der an einer ihm vertikal vorgeordneten Eintrittsstelle der Druckluft (6) in die einzelne Bohrung (4) gelegen ist.
  6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in- oder extern der Streckziehform (5) einer Druckluftquelle angeordnet ist, von der aus durch die Bohrungen (4) eine Druckluft (6) geleitet wird.
  7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lufttemperatur der Druckluft (6), mit der das Luftkissens (7) aufgebaut wird, von bis zu 350 Grad Celsius vorhanden ist.
  8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des Metallblechs (2) in der Hauptsache eine aushärtbare oder nicht aushärtbare Aluminium-Legierung ist.
  9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblech (2) mit einer regellosen oder genau spezifizierten Oberfläche oder mit ebenflächiger Oberfläche versehen ist, die weitestgehend der Oberflächenkontur der Streckziehform-Auflagefläche (8) angepasst ist.
  10. Verfahren zum Umformen eines Metallbleches mit einer Anordnung nach Anspruch 1, bei dem das Metallblech (2) einer Streck-Zieh-Prozedur unterzogen wird, um eine einfach oder doppelt gekrümmte und konvexe oder konkave Wölbung auf das Metallblech (2) zu übertragen,
    gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    a) es wird ein Metallblech (2) über der Streckziehform (5) positioniert und danach auf der gekrümmten Streckziehform-Auflagefläche (8) abgelegt,
    b) daraufhin werden die in horizontaler Ebene sich gegenüberliegenden Seitenränder (9, 10) des Metallblechs (2) randseitlich der Streckziehform (5) dem Zug-Streck-Mittel (3) befestigt und danach auf dessen gekrümmten Streckziehform-Auflagefläche (8) bei Einwirkung von Raumtemperatur (T1) und atmosphärischem Umgebungsluftdruck (P1) bis zum Ablauf von einer definierten Vorspannzeit (t1) vorgespannt, wobei das Metallblech (2) infolge der blechrandseitlichen mechanischen Vorspannung aus einer Ruhelage auf das Vorbiegeniveau eines Vorspannweges (s1) gestreckt wird.
    c) dann wird über die Bohrungen (4) der Streckziehform (5) mit einem konstanten Aufheizluftdruck (P2) eine temperierte Druckluft (6), die nach dem Ablauf einer Aufheizzeit (t2) eine Aufheiztemperatur (T2) erreichen wird, geleitet, welche sich danach zwischen der Streckziehform-Auflagefläche (8) und der Metallblech-Auflagefläche (11) ausbreiten wird, wodurch zwischen diesen beiden Auflageflächen ein Luftkissen (7) gebildet wird, wobei während der Aufheizphase (t2 - t1) das unter Vorspannung befindliche Metallblech (2) die Wärme der Aufheiztemperatur (T2) aufnehmen wird, aber keine Veränderungen des Vorbiegeniveaus erfahren wird,
    d) dann werden die gegenüberliegenden Seitenränder des Metallblechs (2) bis zum Ablauf einer Umformzeit (t3) mit einem konstanten Umformluftdruck (P3) gespannt, gleichzeitig wird das Metallblech (2) mit Horizontalbewegungsrichtung über dem Luftkissen (7) schwebend nahezu reibungsfrei bewegt, wodurch das Metallblech (2), dessen Blechtemperatur auf Aufheiztemperatur (T2) konstant gehalten wird, infolge der Blechbewegung nach dem Ablauf der Umformzeit (t3) [durch dessen randseitlichen Zugbelastung mit nachfolgender Streckung des Metallblech-Profils) eine der Oberflächenkontur der Streckziehform (5) angepasste Wölbung annehmen wird, die sich innerhalb der Umformphase (t3 - t2) iterativ auf das Umformniveau eines Umformweg (s2) verändern wird,
    e) dann wird das dermaßen formveränderte Metallblech (2) durch eine bis zum Ablauf einer Abkühlzeit (t4) auf die Raumtemperatur (T1) abgekühlte Druckluft (6) mit einen konstanten Abkühlluftdruck, der dem Niveau des Aufheizdruckes (P2) entspricht, abgekühlt, die ebenfalls über die Bohrungen (4) der Streckziehform (5) an das geformte Metallblech (2) geführt wird, wobei das formveränderte Metallblech (2) während der Abkühlphase (t4 - t3) keine Veränderungen des Umformniveaus erfahren wird.
  11. Verfahren zum Umformen eines Metallbleches mit einer Anordnung nach Anspruch 1, bei dem das Metallblech (2) einer Streck-Zieh-Prozedur unterzogen wird, um eine einfach oder doppelt gekrümmte und konvexe oder konkave Wölbung auf das Metallblech (2) zu übertragen,
    gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    a) zunächst werden die in horizontaler Ebene sich gegenüberliegenden Seitenränder (9, 10) des Metallblechs (2) randseitlich der Streckziehform (5) dem Zug-Streck-Mittel (3) befestigt und darauffolgend das randseitlich befestigte Metallblech (2) über der Streckziehform (5) positioniert, das anschließend vertikal soweit abgesenkt wird, bis das es auf der gekrümmten Streckziehform-Auflagefläche (8) abgelegt wird.
    b) daraufhin werden die randseitlich befestigten Seitenränder (9, 10) des Metallblechs (2) auf der Streckziehform-Auflagefläche (8) bei Einwirkung von Raumtemperatur (T1) und atmosphärischem Umgebungsluftdruck (P1) bis zum Ablauf von einer definierten Vorspannzeit (t1) vorgespannt, wobei das Metallblech (2) infolge der blechrandseitlichen mechanischen Vorspannung aus einer Ruhelage auf das Vorbiegeniveau eines Vorspannweges (s1) gestreckt wird,
    c) dann wird über die Bohrungen (4) der Streckziehform (5) mit einem konstanten Aufheizluftdruck (P2) eine temperierte Druckluft (6), die nach dem Ablauf einer Aufheizzeit (t2) eine Aufheiztemperatur (T2) erreichen wird, geleitet, welche sich danach zwischen der Streckziehform-Auflagefläche (8) und der Metallblech-Auflagefläche (11) ausbreiten wird, wodurch zwischen diesen beiden Auflageflächen ein Luftkissen (7) gebildet wird, wobei während der Aufheizphase (t2 - t1) das unter Vorspannung befindliche Metallblech (2) die Wärme der Aufheiztemperatur (T2) aufnehmen wird, aber keine Veränderungen des Vorbiegeniveaus erfahren wird,
    d) dann werden die gegenüberliegenden Seitenränder des Metallblechs (2) bis zum Ablauf einer Umformzeit (t3) mit einem konstanten Umformluftdruck (P3) gespannt, gleichzeitig wird das Metallblech (2) mit Horizontalbewegungsrichtung über dem Luftkissen (7) schwebend nahezu reibungsfrei bewegt, wodurch das Metallblech (2), dessen Blechtemperatur auf Aufheiztemperatur (T2) konstant gehalten wird, infolge der Blechbewegung nach dem Ablauf der Umformzeit (t3) [durch dessen randseillichen Zugbelastung mit nachfolgender Streckung des Metallblech-Profils) eine der Oberflächenkontur der Streckziehform (5) angepasste Wölbung annehmen wird, die sich innerhalb der Umformphase (t3 - t2) iterativ auf das Umformniveau eines Umformweg (s2) verändern wird,
    e) dann wird das dermaßen formveränderte Metallblech (2) durch eine bis zum Ablauf einer Abkühlzeit (t4) auf die Raumtemperatur (T1) abgekühlte Druckluft (6) mit einen konstanten Abkühlluftdruck, der dem Niveau des Aufheizdruckes (P2) entspricht, abgekühlt, die ebenfalls über die Bohrungen (4) der Streckziehform (5) an das geformte Metallblech (2) geführt wird, wobei das formveränderte Metallblech (2) während der Abkühlphase (t4 - t3) keine Veränderungen des Umformniveaus erfahren wird.
  12. Verfahren zum Umformen einer Metallbleches nach den Ansprüchen 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass nachfolgend dem Schritt e) das im abkühlten Zustand befindliche vorveränderte Metallblech (2) bei Einwirkung von Raumtemperatur (T1) bis zum Ablauf einer Abschlusszeit (t5) kalibriert [auf genaues Maß bringen] wird, wobei dieses Metallblech (2) während der Kalibrierphase (t5-t4) eine Veränderung [des Umformniveaus] auf das Kalibrierniveau eines Kalibrierweges (s3) erfahren wird.
  13. Verfahren zum Umformen einer Metallbleches nach den Ansprüchen 10 oder 121,
    dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Seitenränder (9, 10) des Metallbleches (2) nahe dem Beginn der Wölbung der gekrümmten Streckziehform-Auflagefläche (8) dem Zug-Streck-Mittel (3) befestigt werden.
  14. Verfahren zum Umformen eines Metallbleches nach Anspruch 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass der betreffende Seitenrand (9, 10) des Metallbleches (2) einem in vertikaler Richtung positionsveränderlichen Greifmittel des Zug-Streck-Mittels (3) eingespannt wird.
  15. Verfahren zum Umformen einer Metallbleches nach den Ansprüchen 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass während der Umformphase (t3 - t2) eine Flächenpressung von bis zu 200 bar und ein Zustrom von temperierter Druckluft (6) mit einer Aufheiztemperatur (T2) von bis zu 350 °C umgesetzt wird.
  16. Verfahren zum Umformen eines Metallbleches nach den Ansprüchen 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Metallblech-Auflagefläche (11) wenigstens während der Umformphase (t3 - t2) von der Streckziehform-Auflagefläche (8) infolge des vorhandenen Luftkissens (7) abheben wird.
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