EP2217393A1 - HERSTELLVERFAHREN HOCH MAßHALTIGER HALBSCHALEN - Google Patents

HERSTELLVERFAHREN HOCH MAßHALTIGER HALBSCHALEN

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EP2217393A1
EP2217393A1 EP08858046A EP08858046A EP2217393A1 EP 2217393 A1 EP2217393 A1 EP 2217393A1 EP 08858046 A EP08858046 A EP 08858046A EP 08858046 A EP08858046 A EP 08858046A EP 2217393 A1 EP2217393 A1 EP 2217393A1
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EP
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shell
preformed
shells
finished
section
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EP08858046A
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Thomas Flehmig
Lothar HÖMIG
Konstantinos Savvas
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/06—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor for performing particular operations
    • B21J5/08—Upsetting
    • 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
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/30—Deep-drawing to finish articles formed by deep-drawing

Definitions

  • the invention relates to a method for the production of highly dimensionally stable, deep-drawn half-shells with a bottom portion and a frame, wherein first of all a preformed half-shell is formed from a blank, which is subsequently formed into the finished half-shell.
  • closed hollow sections are used in motor vehicles, which have specially adapted to the application cross sections and material thicknesses. So far, closed hollow sections are usually prepared by first a tube is formed, the pipe is subjected to corresponding bends and Vorverformungen and then takes a hydroforming of the pre-bent or pre-formed tube to the final shape of the closed hollow profile. On the one hand, not all components can be produced in this way, since during hydraulic forming local strains of the material are exceeded and thus cracking can occur. In addition, uncontrollable wrinkling may occur during hydroforming. In addition, the previously used process steps for producing an application-adapted, closed hollow profile are very complicated and therefore expensive. Although a closed hollow profile can in principle also be produced from two deep-drawn half shells.
  • a method for producing half-shells is known from published Japanese patent application JP 08/168830, in which a circuit board is first deep-drawn in a die and projecting flange areas. The flange areas are then simultaneously compressed and sheared off via a cutting and punching punch.
  • the problem with the half-shells produced in this way is that they have irregularities at the edges and are therefore suitable for welding in an Shock are not particularly well suited.
  • the half shells usually still restoring forces, which complicate the welding.
  • EP 1 792 671 A1 discloses a method for press-forming half-shells, which are subsequently welded into a closed hollow profile.
  • the object of said European patent application is to provide half-shells with thickened edge regions between the bottom region and the frame. For this reason, a preformed half-shell is initially produced from a circuit board, which provides excess material that is pressed from the bottom region into the edge regions between the frame and the bottom region of the half-shell during the forming into the final shape.
  • the present invention is concerned with the reduction of the springback of deep-drawn half shells.
  • the present invention has the object to provide a method for the production of highly dimensionally stable half shells, with which low equipment cost low dimensionally stable half shells can be produced that are easily welded together.
  • the entire cross-section of the preformed half shell due to its geometric shape has excess board material, by the excess material during the Forming the preformed half-shell in its final shape by at least one further pressing operation, the entire cross-section is compressed to the finished half-shell and the finished half-shell substantially over the entire cross section has an increased wall thickness.
  • Excess board material in the bottom area are provided by the fact that the bottom portion of the preformed half-shell is concave, convex or wavy shaped.
  • the preformed half shell has flange regions and the frame is stretched over a flange braking action, the springback of the preformed half shell can already be reduced.
  • Flange-free half-shells can be made available according to a further developed embodiment of the method according to the invention in that the flange areas are separated during and / or after the forming of the finished half-shell via cross slide or laser cutting or by other methods. Despite the preformed half shells with flange areas used, an economical method for the preferred production of high-dimensional, flange-less shells is thus provided.
  • the strengths required, for example, for the use of the half shells in motor vehicle construction can be made available in that the board consists of steel or a steel alloy. At the same time good forming properties of the boards are provided.
  • the inventive method in that the deformation of the board in the preformed half-shell and the deformation of the preformed half-shell in the final shape in a single device, preferably in a single die with exchangeable bottom takes place, for example, which can be realized in a progressive compound tool. Not only investment costs can be saved with it, but usually also cycle times for the production of half-shells, since transport paths between different dies omitted. This leads to a particularly high efficiency of the method according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a preformed half-shell according to a first embodiment of the method according to the invention
  • 3 is a schematic sectional view of a preformed half-shell according to a second embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of a preformed half-shell according to a third embodiment of the method according to the invention.
  • a preformed half-shell 1 is shown in a schematic sectional view.
  • the half-shell has a frame 2 and a bottom portion 3.
  • the bottom portion 3 is slightly curved and the additional flanges 4 are provided.
  • FIGS. 2a) and 2b A first embodiment of the method according to the invention is now shown in FIGS. 2a) and 2b).
  • the figures show schematically a die 5 with a die 6, which together with the punch 7 the now flangeless half shell 1 can transform to the final shape.
  • Fig. 2a) it can be seen that the punch 7 due to the preform of the half-shell 1 in the forming of the half-shell 1, the bottom portion 3 and the frame 2 upsets. Due to the compression process, a material flow is generated, which corresponds approximately to the arrows shown in Fig. 2a).
  • the wall thickness of the finished half shell over the entire cross section is slightly increased by upsetting over the entire cross section. The increase in the wall thickness is not shown in the figures.
  • this also means at the same time that stresses are generated in the horizontal direction in the bottom region 3 and in the vertical direction in the frame 2 during the deformation.
  • the first preformed half-shell 1 initially has a convex bottom area 3 in order to provide additional board material for the compression.
  • the preformed half-shell 1 'of FIG. 3 provides the additional blanking material for the upsetting because the preformed half-shell 1' has a convex bottom portion 3 '.
  • the excess material from the convex bottom portion is pressed into the side regions or in the frame region of the half-shell, so that in the frame 2 'perpendicular to the bottom region extending and in the bottom region horizontally extending voltages are introduced, which for remindfederungsarmut the finished molded half-shell 1 'lead.
  • the punch 7 ' is particularly simple and has no elements for compressing the frame. The compression of the frame 2 'is achieved via the hold-down 8', which cause a compression due to the flow of material from the bottom portion 3 '.
  • Embodiment of the method according to the invention also during the forming flange 4 '' has.
  • the flange portions 4 '' are held by hold-downs 8 '' during the forming according to a third embodiment of the method according to the invention, as can be seen with reference to FIGS. 6a) and 6b).
  • the bottom portion 3 is convexly preformed in the third embodiment so that sufficient board material can be provided to compress the bottom portion 3" and the frame 2 "according to the invention. Subsequently, the flanges 4 '' can be cropped.

Description

Herstellverfahren hoch maßhaltiger Halbschalen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hoch maßhaltigen, tiefgezogenen Halbschalen mit einem Bodenbereich und einer Zarge, wobei zunächst aus einer Platine eine vorgeformte Halbschale geformt wird, welche anschließend zur fertigen Halbschale umgeformt wird.
Zunehmend werden in Kraftfahrzeugen geschlossene Hohlprofile eingesetzt, welche speziell an den Anwendungsfall angepasste Querschnitte und Materialdicken aufweisen. Bisher werden geschlossene Hohlprofile in der Regel dadurch hergestellt, dass zunächst ein Rohr geformt wird, das Rohr entsprechenden Biegungen und Vorverformungen unterzogen wird und anschließend ein Hydroumformen des vorgebogenen oder vorverformten Rohres zur endgültigen Form des geschlossenen Hohlprofils erfolgt. Einerseits sind auf diese Weise nicht alle Bauteile herstellbar, da beim Hydroumformen lokale Dehnungen des Materials überschritten werden und es somit zur Rissbildung kommen kann. Zusätzlich kann es zu einer nicht beherrschbaren Faltenbildung während des Hydroumformens kommen. Darüber hinaus sind die bisher verwendeten Verfahrensschritte zur Herstellung eines anwendungsangepassten, geschlossenen Hohlprofils sehr aufwendig und damit kostenintensiv. Ein geschlossenes Hohlprofil kann zwar prinzipiell auch aus zwei tiefgezogenen Halbschalen hergestellt werden. Während des Tiefziehens einer Platine werden jedoch Spannungen in die Platine eingebracht, welche zu einem Rückfedern der Halbschale führen. Das Rückfedern der Halbschalen erschwert die genaue Positionierung der Halbschalen in einem Gesenk zum Verschweißen der Halbschalen zu einem geschlossenen Hohlprofil. Ein Verschweißen der Kanten der Halbschalen in einem I-Stoß war aufgrund des Rückfederns der Halbschalen bisher nur mit großem Aufwand während der Positionierung der Halbschalen beim Verschweißen möglich. Aus diesem Grund sind bisher geschlossene Hohlprofile, welche aus verschweißten Halbschalen bestehen, üblicherweise an abstehenden Flanschbereichen verschweißt worden. Diese geschlossenen Hohlprofile können aber aufgrund der abstehenden Schweißnaht nicht so eingesetzt werden wie geschlossene Hohlprofile, die aus einem geschweißten Rohr hergestellt werden und keine abstehende Schweißnaht aufweisen. Zudem erhöhen die Flansche das Gesamtgewicht des Bauteils.
Ein Zusammenbau von stark rückfedernden Halbschalen in einer Fahrzeugstruktur ist aufgrund des starken Verzugs sehr aufwendig. Hilfsweise müssen diese Teile gerichtet werden, was mit höheren Kosten verbunden ist.
Ein Verfahren zur Herstellung von Halbschalen ist aus der veröffentlichen japanischen Patentanmeldung JP 08/168830 bekannt, bei welchem eine Platine zunächst in einem Gesenk tiefgezogen wird und abstehende Flanschbereiche entstehen. Die Flanschbereiche werden anschließend über einen Schneid- und Stauchstempel gleichzeitig gestaucht und abgeschert. Problematisch bei den so hergestellten Halbschalen ist, dass diese Unregelmäßigkeiten an den Kanten aufweisen und damit zum Verschweißen in einem I- Stoß nicht besonders gut geeignet sind. Darüber hinaus weisen die Halbschalen üblicherweise noch Rückfederungskräfte auf, die das Verschweißen erschweren.
Aus der veröffentlichen europäischen Patentanmeldung EP 1 792 671 Al ist ein Verfahren zum Pressformen von Halbschalen bekannt, welche anschließend zu einem geschlossenen Hohlprofil verschweißt werden. Aufgabe der genannten europäischen Patentanmeldung ist es, Halbschalen mit verdickten Kantenbereichen zwischen dem Bodenbereich und der Zarge zur Verfügung zu stellen. Aus diesem Grund wird aus einer Platine zunächst eine vorgeformte Halbschale erzeugt, welche überschüssiges Material zur Verfügung stellt, das beim Umformen in die Endform aus dem Bodenbereich in die Kantenbereiche zwischen Zarge und Bodenbereich der Halbschale gepresst wird. Dem gegenüber beschäftigt sich die vorliegende Erfindung mit der Reduzierung der Rückfederung von tiefgezogenen Halbschalen .
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von hoch maßhaltigen Halbschalen zur Verfügung zu stellen, mit welchem bei geringem apparativen Aufwand kostengünstig hoch maßhaltige Halbschalen hergestellt werden können, die auf einfache Weise miteinander verschweißbar sind.
Die oben aufgezeigte Aufgabe wird gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass der gesamte Querschnitt der vorgeformten Halbschale aufgrund seiner geometrischen Form überschüssiges Platinenmaterial aufweist, durch das überschüssige Material während des Umformens der vorgeformten Halbschale in ihre Endform durch mindestens einen weiteren Pressvorgang der gesamte Querschnitt zur fertigen Halbschale gestaucht wird und die fertige Halbschale im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt eine vergrößerte Wanddicke aufweist.
Aufgrund des überschüssigen Materials kommt es beim Pressen zur Endform im Fertiggesenk zum Stauchen des gesamten Querschnitts, so dass das überschüssige Material im gesamten Querschnitt verteilt wird. Hierdurch wird der gesamte Querschnitt gestaucht, was dazu führt, dass die während des Pressens in die vorgeformte Halbschale eingebrachten Spannungen im Bereich der Zarge in senkrechte und im Bereich des Bodens in waagerechte Richtungen ausgerichtet werden. Der Pressvorgang zur Endform führt hierbei zu einer Erhöhung der Wanddicke der Halbschale. Gleichzeitig wird die Rückfederung der Halbschale beseitigt, da die eingebrachten Stauchungen die Rückfederungskräfte überlagern bzw. in ein gerichtetes Rückfedern auslösende Spannungen in der Halbschale transformieren. Im Ergebnis steht eine fertig geformte Halbschale mit einer besonders hohen Maßhaltigkeit zur Verfügung. Die hohe Maßhaltigkeit führt dazu, dass die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Halbschalen auf einfache Weise beispielsweise bei flanschlosen Halbschalen in einem I-Stoß verschweißt werden können. Unter hohen Maßhaltigkeiten sind reduzierte Toleranzen gegenüber dem konventionellen Tiefziehen zu verstehen .
Auf besonders einfache Art und Weise kann gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung überschüssiges Platinenmaterial im Bodenbereich dadurch zur Verfügung gestellt werden, dass der Bodenbereich der vorgeformten Halbschale konkav, konvex oder wellig geformt ist.
Weist gemäß einer nächsten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die vorgeformte Halbschale Flanschbereiche auf und wird die Zarge über eine Flanschabbremsung abgestreckt, kann die Rückfederung der vorgeformten Halbschale bereits reduziert werden.
Flanschlose Halbschalen können gemäß einer weitergebildeten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch zur Verfügung gestellt werden, dass die Flanschbereiche während und/oder nach der Umformung zur fertigen Halbschale über Querschieber oder Laserbeschnitt oder durch andere Verfahren abgetrennt werden. Trotz der verwendeten vorgeformten Halbschalen mit Flanschbereichen wird damit ein wirtschaftliches Verfahren zur bevorzugten Herstellung von hoch maßhaltigen, flanschlosen Halbschalen zur Verfügung gestellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die beispielsweise für den Einsatz der Halbschalen im Kraftfahrzeugbau notwendigen Festigkeiten dadurch zur Verfügung gestellt werden, dass die Platine aus Stahl oder einer Stahllegierung besteht. Gleichzeitig werden gute Umformeigenschaften der Platinen bereitgestellt .
Weiter verbessert werden kann das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, dass die Umformung der Platine in die vorgeformte Halbschale und die Umformung der vorgeformten Halbschale in die Endform in einer einzigen Vorrichtung, vorzugsweise in einem einzigen Gesenk mit austauschbarem Boden erfolgt, beispielsweise was in einem Folgeverbundwerkzeug realisiert werden kann. Nicht nur Investitionskosten können damit eingespart, sondern üblicherweise auch Zykluszeiten zur Herstellung der Halbschalen, da Transportwege zwischen verschiedenen Gesenken entfallen. Dies führt zu einer besonders hohen Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die Beschreibung von drei
Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 in einer schematischen Schnittansicht eine vorgeformte Halbschale gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2a) und b) in einer schematischen Schnittansicht die beschnittene, vorgeformte Halbschale aus Fig. 1 während eines zweistufigen Umformens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 3 in einer schematischen Schnittansicht eine vorgeformte Halbschale gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 4a) und b) in einer schematischen Schnittansicht die Umformung der vorgeformten Halbschale zur fertigen Halbschale gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 5 in einer schematischen Schnittansicht eine vorgeformte Halbschale gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Fig. 6a) und b) die Umformung der vorgeformten
Halbschale zur Endform gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens .
In Fig. 1 ist zunächst eine vorgeformte Halbschale 1 in einer schematischen Schnittansicht dargestellt. Die Halbschale weist eine Zarge 2 sowie einen Bodenbereich 3 auf. In Fig. 1 ist des Weiteren zu erkennen, dass der Bodenbereich 3 leicht gewölbt ist und das zusätzlich Flansche 4 vorgesehen sind.
Ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nun in den Fig. 2a) und 2b) dargstellt. Zunächst zeigen die Figuren schematisch ein Gesenk 5 mit einer Matrize 6, welche zusammen mit dem Stempel 7 die nunmehr flanschlose Halbschale 1 zur Endform umformen können. In Fig. 2a) ist zu erkennen, dass der Stempel 7 aufgrund der Vorform der Halbschale 1 bei der Umformung bei der Halbschale 1 den Bodenbereich 3 und die Zarge 2 staucht. Aufgrund des Stauchungsvorgangs wird ein Materialfluss erzeugt, welcher in etwa denen in Fig. 2a) dargestellten Pfeilen entspricht. Einerseits wird durch das Stauchen über den gesamten Querschnitt die Wanddicke der fertigen Halbschale über den gesamten Querschnitt leicht erhöht. Die Erhöhung der Wanddicke ist in der Figuren nicht dargestellt. Andererseits bedeutet dies auch gleichzeitig, dass bei der Umformung Spannungen in horizontaler Richtung im Bodenbereich 3 und in vertikaler Richtung in der Zarge 2 erzeugt werden. Die
Rückfederungskräfte werden hierdurch in Spannungen, welche eine gerichtete Rückfederung auslösen, transformiert. Diese führen dann dazu, dass die fertig geformte Halbschale 1 hoch maßhaltig ist. Die erste vorgeformte Halbschale 1 weist zunächst einen konvexen Bodenbereich 3 auf, um zusätzliches Platinenmaterial für die Stauchung zur Verfügung zu stellen.
Anders als das Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 stellt die vorgeformte Halbschale 1' der Fig. 3 das zusätzliche Platinenmaterial für die Stauchung zur Verfügung, denn die vorgeformte Halbschale 1 ' weist einen konvexen Bodenbereich 3' auf. Während der Umformung wird das überschüssige Material aus dem konvexen Bodenbereich in die Seitenbereiche bzw. in den Zargenbereich der Halbschale gedrückt, so dass in der Zarge 2' senkrecht zum Bodenbereich verlaufende und im Bodenbereich horizontal verlaufende Spannungen eingebracht werden, welche zur Rückfederungsarmut der fertig geformten Halbschale 1 ' führen. In den Fig. 4a) und 4b) ist zudem zu erkennen, dass der Stempel 7 ' besonders einfach ausgeprägt ist und keine Elemente zur Stauchung der Zarge aufweist. Die Stauchung der Zarge 2 ' wird über die Niederhalter 8 ' erreicht, welche aufgrund des Materialflusses aus dem Bodenbereich 3' eine Stauchung herbeiführen.
In Fig. 5 ist schließlich in einer schematischen Schnittansicht eine vorgeformte Halbschale 1 ' ' dargestellt, welche gemäß eines dritten
Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens auch während der Umformung Flanschbereiche 4' ' aufweist. Die Flanschbereiche 4 ' ' werden von Niederhaltern 8 ' ' während der Umformung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens gehalten, wie anhand der Fig. 6a) und 6b) zu erkennen ist. Der Bodenbereich 3' ' ist in dem dritten Ausführungsbeispiel konvex vorgeformt, so dass genügend Platinenmaterial zur Verfügung gestellt werden kann, um den Bodenbereich 3' ' und die Zarge 2' ' erfindungsgemäß zu stauchen. Anschließend können die Flansche 4' ' beschnitten werden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zur Herstellung von hoch maßhaltigen, tiefgezogenen Halbschalen mit einem Bodenbereich und einer Zarge, wobei zunächst aus einer Platine eine vorgeformte Halbschale geformt wird, welche anschließend zur fertigen Halbschale umgeformt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der gesamte Querschnitt der vorgeformten Halbschale aufgrund seiner geometrischen Form überschüssiges Platinenmaterial aufweist, durch das überschüssige Material während des Umformens der vorgeformten Halbschale in ihre Endform durch mindestens einen weiteren Pressvorgang der gesamte Querschnitt zur fertigen Halbschale gestaucht wird und die fertige Halbschale im Wesentlichen über den gesamten Querschnitt eine vergrößerte Wanddicke aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Bodenbereich der vorgeformten Halbschale konkav, konvex oder wellig geformt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die vorgeformte Halbschale Flanschbereiche aufweist und die Zarge über eine Flanschabbremsung abgestreckt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Flanschbereiche während und/oder nach der Umformung zur fertigen Halbschale über Querschieber oder Laserbeschnitt abgetrennt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Platine aus Stahl oder einer Stahllegierung besteht .
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Umformung der Platine in die vorgeformte Halbschale und die Umformung der vorgeformten Halbschale in die Endform in einer Vorrichtung, vorzugsweise in einem Gesenk mit austauschbarem Boden erfolgt .
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