EP3015183A1

EP3015183A1 - Umformpresse und Verfahren zum Umformen eines flächenförmigen Rohlings aus Metall mit zwei aufeinander zu verfahrbaren Gestellteilen

Info

Publication number: EP3015183A1
Application number: EP14198750.3A
Authority: EP
Inventors: Peter Amborn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-11-03
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2034-12-18
Also published as: WO2016071042A1; US10518311B2; EP3015183B1; US20170312802A1

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Umformpresse (1) zum Umformen eines flächenförmigen Rohlings (26) aus Metall mit zumindest zwei aufeinander zu verfahrbaren thermisch isolierten Gestellteilen (6, 7), wobei das eine erste Gestellteil (6) eine Matrize (8) mit einer Negativgravur (10) aufweist, und wobei das andere zweite Gestellteil (7) einen in einem Raum (16) dieses Gestellteils verfahrbaren Stempel (12) aufweist, wobei der flächenförmige Rohling (26) oberhalb des Stempels (12) unter Bildung eines Druckraumes (24) mit dem Stempel (12) auf dem den Stempel (12) aufnehmenden zweiten Gestellteil (7) abdichtend aufliegt, wobei der Druckraum (24) mit einem unter Druck stehenden Gas aus einem Druckerzeuger (30) beaufschlagbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Umformpresse zum Umformen eines flächenförmigen Rohlings aus Metall mit zumindest zwei aufeinander zu verfahrbaren thermisch isolierten Gestellteilen, wobei das eine erste Gestellteil eine Matrize mit einer negativen Gravur aufweist, und wobei das andere zweite Gestellteil einen in einem Raum dieses Gestellteils verfahrbaren Stempel aufweist, wobei der flächenförmige Rohling oberhalb des Stempels unter Bildung eines Druckraums mit dem Stempel auf dem den Stempel aufnehmenden Gestellteil aufliegt.
Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein Umformverfahren.
Unter flächenförmigen Rohlingen werden insbesondere Bleche, Platinen und Folien verstanden.
Eine Umformpresse zum Umformen eines flächenförmigen Rohlings aus Metall ist aus dem Stand der Technik gemäß der DE 10 2012 106 299 A1 bekannt. Hierbei ist im Einzelnen ein druckdichtes Gehäuse vorgesehen, wobei in dem Gehäuse zwei Gestellteile angeordnet sind, wobei das eine obere Gestellteil auf das andere untere Gestellteil zuverfahrbar ist. Das eine obere Gestellteil weist einen in einem zylindrischen Raum des Gestellteiles verfahrbaren Stempel auf, der eine positive Gravur aufweist, wohingegen an dem anderen unteren Gestellteil eine Matrize mit einer entsprechend komplementären negativen Gravur angeordnet ist. Das Verfahren zur Umformung des flächenförmigen Rohlings aus Metall besteht nun darin, dass zunächst gasbasiert die Umformung dieses Rohlings vorgenommen wird, um dann in einem zweiten Schritt, also wenn die Umformung im Wesentlichen bereits stattgefunden hat, eine mechanische Endausformung des flächenförmigen Rohlings an den Abschnitten der Matrize erfolgt, die durch kleine Radien geprägt sind. Denn nach der Lehre des Standes der Technik ist es so, dass relativ einfach und schnell mit dem Gasdruckumformen verhältnismäßig große Umformgrade erzielt werden können, jedoch die Ausformung kleiner Radien bei ebenfalls hohen Umformgraden einen unverhältnismäßig hohen Druck auf den Rohling erfordert, was ein solches einstufiges Verfahren, wenn kleine Radien umgeformt werden müssen, unwirtschaftlich macht. Die Umformung des flächenförmigen metallischen Rohlings erfolgt nach dem Stand der Technik durch Erzeugung eines Gasdrucks durch den Hub des Stempels bzw. der Gestellteile zueinander. Des Weiteren wird in dieser Literaturstelle auch gelehrt, durch Erhöhung der Temperatur höhere Drücke für die Umformung bereitzustellen. Gelehrt wird allerdings auch zur Verringerung des Verdichtungsweges und/oder zur Steigerung des Enddruckes den Druckraum nach Abdichtung, aber noch vor Beginn des eigentlichen Verdichtungshubes, durch Gasdruck aufzuladen, welcher beim vorangegangenen Pressenhub erzeugt worden ist. Das unter Druck stehende Gas kann in einem Druckbehälter zwischengespeichert worden sein. Zusammengefasst bedeutet dies, dass die Lehre des Standes der Technik darauf hinausläuft, den durch den Verfahrweg des Stempels bzw. ein durch den Verfahrweg der beiden Gestellteile erzeugten Druck für die Umformung zu verwenden, wobei ggf. vor der eigentlichen Umformung in einem Druckbehälter zwischengespeicherte Druckluft zur Erhöhung des Druckes im Raum über dem Stempel verwendet wird.
Zur Erzeugung des erforderlichen Druckes sind, wenn Gas als Druckmittel Verwendung findet, erhebliche Verfahrwege erforderlich, was bedeutet, dass die Taktzeiten verhältnismäßig lang werden. Da nicht nur der Stempel zur Druckerzeugung eingesetzt werden soll, sondern die beiden Gestellteile ebenfalls der Erhöhung des Druckes im Stempelraum dienen, ist erforderlich, dass die Gestellteile der Presse, also Gestelloberteil und Gestellunterteil zur Umgebung hin hermetisch abgeschlossen sind. Hierzu ist, wie sich dies aus den Zeichnungen der DE 10 2012 106 299 A1 ergibt, ein gesondertes Gehäuse vorgesehen. Zweifellos erfordert dies einen erheblichen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand, was eine solche Vorrichtung, und hier insbesondere den Werkzeugteil verhältnismäßig teuer macht.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht demzufolge darin, eine preiswertere Lösung für die Umformung eines flächenförmigen Rohlings aus Metall bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Druckraum mit einem unter Druck stehenden Gas aus einem
Druckerzeuger zu beaufschlagen. Ein solcher Druckerzeuger kann ein Verdichter, z. B. ein Kompressor sein, die in der Lage ist, die für die Umformung von flächenförmigen Rohlingen erforderlichen Drücke von bis zu 60 bar und mehr bereitzustellen.
Vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorteilhaft ist das durch den Druckerzeuger erzeugte Luftvolumen in Abhängigkeit vom aktuellen Druck im Druckraum regel- oder steuerbar. Das bedeutet, dass zu Beginn der Umformung der Druck verhältnismäßig gering sein kann, und erst bei der Endausformung, also dann, wenn sich der Rohling bei hohen Umformgraden an kleine Radien anlegen soll, dies durch eine entsprechende Druckerhöhung erfolgt. Das heißt, es ist über eine Steuerung bzw. Regelung die Vorgabe eines Druckprofiles möglich, das eng angepasst an die entsprechenden Umformgrade ist.
Des Weiteren ist insbesondere vorgesehen, dass der Stempel eine entsprechend zu der negativen Gravur der Matrize zumindest teilweise komplementäre positive Gravur aufweisen kann. Hiermit wird erreicht, dass nach einer Gasdruckumformung vorteilhaft mechanisch, also schlussendlich durch die Gravuren, Abschnitte mit kleinen Radien verhältnismäßig schnell endausgeformt werden können. Das Verfahren ist insofern dann zweistufig ausgebildet.
Der Stempel ist druckdicht in dem Raum des anderen zweiten Gestellteils verschieblich geführt. Um die Druckdichtigkeit zu bewerkstelligen, ist eine radial umlaufende Kolbendichtung vorgesehen, beispielsweise mindestens ein Kolbenring. Hierdurch wird erreicht, dass der Gasdruck über einen längeren Zeitraum stabil bleibt, und insofern der Gasdruck längere Zeit auf den Rohling wirken kann.
Durch die Verwendung von Kolbenringen als Stempelabdichtung können kleine Präzisionsfehler, die infolge der Erwärmung entstehen können, kompensiert werden. Ebenfalls denkbar ist, die Gestellteile schwimmend zu lagern, um Präzisionsfehler im Betrieb ausgleichen zu können.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Matrize des einen ersten Gestellteils und/oder der Stempel des anderen Gestellteils jeweils mindestens eine Temperiereinrichtung auf, die steuer- oder regelbar ist. Durch die Temperiereinrichtung wird es ermöglicht, den flächenförmigen Rohling aus warmumformbaren Material, insbesondere aus Metall auf die bei warmumformbaren Materialien, insbesondere Metall, gewünschte Umformtemperatur, die vorzugsweise oberhalb von ca. 300° C liegt, aufzuheizen, wobei der Rohling auch bereits extern vorgewärmt sein kann. Die externe Vorwärmung des Rohlings sorgt für kurze Taktzeiten. Gegebenenfalls erfolgt die Aufheizung des flächenförmigen Rohlings in Abhängigkeit des umzuformenden Metalls z. B. eines ferritischen Edelstahls auf bis ca. 1.100° C. Grundsätzlich sind alle möglichen Kombinationen der Erwärmung der Gestellteile, der Matrize, des Stempels und schließlich des Rohlings denkbar. Nun ist festzustellen, dass der Stand der Technik gemäß der DE 10 2012 106 299 A1 es nicht erlaubt, bei derartig hohen Temperaturen eine Umformung vorzunehmen. Dies liegt zum einen daran, dass der Stempel zwar verschieblich in dem oberen Gestellteil geführt ist, aber damit zu rechnen ist, dass der Stempel bei Aufheizung des Stempels auf Temperaturen von über 300° C, im Einzelfall auf Temperaturen von bis zu 1.100° C, sich nicht mehr in dem oberen Gestellteil verfahren lässt, weil das Gestellteil aufgrund der Außenfläche eine hohe Wärmeabstrahlung hat, und dies es schwierig machen dürfte, das Gestellteil bzw. beide Gestellteile in Bezug auf eine gleiche Temperaturausdehnung auf den entsprechenden Temperaturen zu halten oder auch zu kühlen, wenn denn Gestellteile und Stempel aus Werkstoffen bestehen, die zumindest gleichartige Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Deshalb ist, wie bereits zuvor erläutert worden ist, auch vorgesehen, dass der Stempel durch mindestens eine radial umlaufende Kolbendichtung, insbesondere mindestens für runde Stempel durch mindestens einen, vorzugsweise mehrere Kolbenringe gegenüber dem Raum im Gestellteil abgedichtet ist. Insofern besteht dann auch die Möglichkeit der Temperierung auf höhere Temperaturen. Des Weiteren eröffnet die Abdichtung durch die Kolbendichtung und den verhältnismäßig kleinvolumigen Druckraum die Möglichkeit, Edelgase wirtschaftlich einzusetzen, z. B. bei der Umformung von Magnesiumlegierungen.
So ist insbesondere bei der Anordnung von mehreren Temperiereinrichtungen vorgesehen, dass die Temperiereinrichtungen einzeln ansteuerbar und regelbar sind, um ggf. ein vorgegebenes Temperaturprofil nachfahren zu können, wobei das Temperaturprofil abhängig von den gewünschten Umformgraden an den entsprechenden Stellen des flächenförmigen Rohlings sein kann. Im Einzelnen ist in Bezug auf die Anordnung der Temperiereinrichtungen vorgesehen, dass die Matrize des einen ersten Gestellteils im Bereich der Auflage auf dem anderen zweiten Gestellteil eine Temperiereinrichtung aufweist, wobei korrespondierend hierzu das andere zweite Gestellteil im Bereich der Auflage für den flächenförmigen Rohling ebenfalls eine Temperiereinrichtung aufweisen kann. Vorteilhaft weist weiterhin der Boden der Matrize eine Temperiereinrichtung auf. Das heißt, durch eine solche Temperiereinrichtung, ebenfalls in der Form einer Heizung, besteht die Möglichkeit der Aufheizung der Matrize insgesamt. Auch der Stempel weist vorteilhaft im Bereich der Stempeloberseite eine Temperiereinrichtung in Form einer Heizung auf. Hieraus wird deutlich, dass nicht nur der Stempel und die Matrize zentrisch beheizbar sind, sondern dass ebenfalls der Randbereich sowohl des Stempels als auch der Matrize, d. h. die Bereiche, an denen die beiden Gestellteile aufeinanderstoßen und schlussendlich auch für die Fixierung und Abdichtung des flächenförmigen Rohlings sorgen, temperierbar sind, also insbesondere beheizt sind, um gerade in diesem Teil durch ein vorwählbares Temperaturprofil ein Nachlaufen des Materials insbesondere bei engen Radien mit entsprechend hohen Umformgraden zu bewerkstelligen.
Insbesondere ist des Weiteren vorgesehen, dass die Ausgangslage des Stempels in dem insbesondere zylindrischen Raum des anderen zweiten Gestellteils derart ist, dass sich der Stempel mit oder ohne Gravur unmittelbar vor dem flächenförmigen Rohling befindet, ohne diesen jedoch in der Ausgangslage zu verformen. Das bedeutet, dass bei einem Stempel mit einer Gravur möglicherweise die Gravur an ihrer höchsten Erhebung an den flächenförmigen Rohling anstößt, bei einem Stempel ohne Gravur, d. h. wenn die Umformung nur über den entsprechenden Luft- bzw. Gasdruck erfolgen soll, dieser Stempel mit einem minimalen Abstand oder leicht anliegend sich vor oder an dem flächenförmigen Rohling befindet. Dies deshalb, um sicherzustellen, dass sich der Druck über die gesamte Fläche des Rohlings ausbilden kann und der Rohling nicht verkratzt oder beschädigt wird. Dies bedeutet allerdings auch, dass hiermit der Druckraum zwischen der Oberseite oder Oberfläche des Stempels zu der Unterseite des Rohlings verhältnismäßig klein gehalten werden kann. Dies hat den Vorteil, dass der Druckerzeuger nur einen geringen Volumenstrom bei entsprechendem Druck erzeugen muss, um verhältnismäßig kurze Taktzeiten verwirklichen zu können. Darüber hinaus ist vorteilhaft, dass bei einem kleinen Druckraum die Abkühlung des Rohlings und der Werkzeuge wie Stempel und Matrize aufgrund des zugeführten Gases durch den Druckerzeuger gering ist, sodass auch die Temperiereinrichtungen zur Beheizung des flächenförmigen Rohlings aus Metall nur einen geringen Energiebedarf haben. Hierdurch werden ebenfalls Prozessunterbrechungen wegen zu kühler Werkzeuge vermieden.
Es ist allerdings auch möglich, die Gestellteile zunächst mit einer Schließkraft zu schließen, die ein mechanisches Umformen des Rohlings erlaubt, wobei das Material des Rohlings von außen leicht in die Gravur der Matrize eingezogen werden kann. Nach Erhöhung der Schließkraft und damit einhergehender Abdichtung, wird dann der Gasdruck zum Umformen aufgebaut.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung steht der Raum unterhalb des Stempels mit dem durch die Gravur der Matrize gebildeten Raum durch eine Ausgleichsleitung in Verbindung. Das heißt, hierdurch wird der umformschädliche Anstieg des Druckes auf der der Matrize zugewandten Seite des Rohlings insbesondere während der Endumformung verhindert.
Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, wenn die Ausgleichsleitung mit einem Druckerzeuger in Verbindung steht, um zwischen Matrize und Rohling einen Überdruck zu erzeugen, um das fertige Werkstück durch den Druck im Zwischenraum zwischen Matrize und Werkzeug kontrolliert auszuwerfen. Im Falle des abgedichteten Raums unterhalb des Stempels kann das ausgeformte Werkstück infolge der Stempelrückbewegung bei gleichzeitigem Öffnen der Werkzeuge automatisch aus der Matrize herausgedrückt werden. Hierbei kann ein extern regelbares Druckluftmanagement mit allen Kombinationen vorgesehen sein.
Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein Verfahren zum Umformen eines flächenförmigen Rohlings in einer Umformpresse wie sie Gegenstand der vorstehenden Ausführungen ist. Das Verfahren zeichnet sich durch mehrere Arbeitsschritte aus, die sich im Einzelnen wie folgt darstellen. Zunächst wird der flächenförmige Rohling, insbesondere im vorgeheizten Zustand auf das andere zweite Gestellteil aufgelegt. Alsdann werden die Gestellteile zugefahren, so dass der flächenförmige Rohling zwischen den Gestellteilen abgedichtet gehalten ist. Alsdann wird der Stempel an den flächenförmigen Rohling zur Bildung des Druckraumes angefahren. Hierbei ist jedoch sichergestellt, dass der Rohling durch die Gravur des Stempels, sofern der Stempel eine Gravur aufweist nicht verformt wird. Alsdann erfolgt das Aufheizen des flächenförmigen Rohlings auf eine in Bezug auf das Material des flächenförmigen Rohlings spezifische Umformtemperatur. Die gewünschte Umformtemperatur kann beispielsweise in Abhängigkeit des Materials, das umgeformt werden soll zwischen 300° und 1.100° C für Leichtmetalle wie auch bestimmte Kupferlegierungen und 700° bis 1.100° C für stahlähnliche Legierungen wie auch Kupferlegierungen und Titanlegierungen betragen. Der Rohling kann hierbei bereits vorgeheizt in die Presse eingeführt werden, was die Taktzeiten deutlich verringert. Nachdem die Gestellteile aufeinander zu verfahren worden sind, und somit der Druckraum, der durch den flächenförmigen Rohling einerseits und den Stempel in dem zylindrischen Raum des Gestellunterteils gebildet wird, abgedichtet ist, wird der so gebildete Druckraum mit einem unter Druck stehenden Gas, das legierungsabhängig gewählt wird, beaufschlagt. Das Zufahren der Gestelle kann auf verschiedene Arten vorgenommen werden; einmal, wie in den Zeichnungen dargestellt, von unten nach oben, dass heißt, das Gestellunterteil wird inklusive Stempel gleichzeitig nach oben verfahren oder das Gestellunterteil steht fest und das Gestelloberteil wird nach unten auf das Gestellunterteil zu verfahren. Die Position der Matrize im Gestelloberteil hat den Vorteil, dass das Bauteil nach der Umformung einfacher entnommen werden kann. Nach der Gasumformung, wobei der Gasdruck auch längere Zeit auf den Rohling wirken kann, wird zunächst der Gasdruck zwischen dem umgeformten Bauteil und dem Stempel abgelassen und dann die beiden Gestellteile auseinandergefahren, wobei das ausgeformte Bauteil infolge des Gasdruckaufbaus zwischen der Matrize und dem Bauteil von der Matrizenoberfläche gelöst wird und auf das Gestellunterteil gedrückt wird. Das fertige Werkstück kann dann von dem Gestellunterteil entnommen und der Wärmebehandlung zugeführt werden. Der Umformvorgang kann auch insofern zweistufig erfolgen, wobei in der ersten Stufe die Umformung des flächenförmigen Rohlings durch Gasdruck vorgenommen wird, und in der zweiten Stufe die Endausformung des flächenförmigen Rohlings mechanisch durch Eindrücken des Stempels in die Matrize erfolgt, wie dies im Einzelnen bereits an anderer Stelle erläutert worden ist.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielhaft näher erläutert.

Fig. 1: zeigt eine Übersichtszeichnung der Erfindung zur Erläuterung der Bestandteile der Umformpresse;
Fig. 2: zeigt den Ausgangszustand der Presse nach Einlegen des flächenförmigen Rohlings aus Metall;
Fig. 3: zeigt den zusammengefahrenen Zustand der beiden Pressenteile vor dem Vorgang der Umformung;
Fig. 4: zeigt einen Zustand, bei dem der Stempel mit der positiven Gravur in die negative Gravur der Matrize eingefahren ist;
Fig. 5: zeigt das aus der Matrize ausgefallene oder ausgeworfene Werkstück bei auseinandergefahrenen Gestellteilen.

Gemäß den Figuren 1 bis 5 ist an dem Pressenoberteil 2 der Umformpresse 1 das thermisch isolierte Gestelloberteil 6 und an dem Pressenunterteil 3 das Gestellunterteil 7 befestigt. Beide Gestellteile sind beheizbar, wie dies an anderer Stelle beschrieben ist. Die Isolierung zeigt jeweils das Bezugszeichen 9. Das Gestelloberteil 6 weist die mit 8 bezeichnete ebenfalls thermisch isolierte Matrize mit der Negativgravur 10 auf, die projektbezogen im Gestelloberteil austauschbar angeordnet ist, korrespondierend zu der Matrize besitzt das Gestellunterteil den mit 12 bezeichneten Stempel mit der Positivgravur 14, die komplementär zu der Negativgravur 10 der Matrize 8 ausgebildet ist. Das heißt, dass die Positivgravur 14 des Stempels 12 mit der Form der Negativgravur 10 der Matrize 8 für die Ausformung des Werkstückes 42 aus dem flächenförmigen Rohling 26 korrespondiert. Der Stempel 12, der verschieblich in dem durch das Gestellunterteil 7 gebildeten zylindrischen Raum 16 verschieblich gelagert ist, zeigt mehrere Kolbenringe 18. Die Kolbenringe 18 sorgen primär für eine Abdichtung des Stempels 12 gegenüber dem zylindrischen Raum 16. Wie bereits zu eingangs erläutert, wird hier durch die Kolbenringe auch sichergestellt, dass selbst bei Temperaturen des Stempels 12 von bis zu 1.100° C zur Erwärmung der Positivgravur 14 mit dem Ziel der Erwärmung des Rohlings 26, der Stempel 12 in dem zylindrischen Raum 16 noch verfahrbar ist; denn durch die Kolbenringe 18 kann eine unterschiedliche Wärmeausdehnung des Stempels 12 einerseits zu dem durch das Gestellunterteil gebildeten zylindrischen Raum 16 andererseits kompensiert werden. D. h., ein "Fressen" der beiden Bauteile ist selbst bei stark unterschiedlichen Temperaturen und unterschiedlichen Materialien höchst unwahrscheinlich. Dies im Gegensatz zum Stand der Technik, der solche Kolbenringe nicht zeigt.
Wie sich nun insbesondere aus den Figuren ergibt, erfolgt die Beheizung des flächenförmigen Rohlings 26 an verschiedenen Stellen, wie dies bereits zuvor erläutert worden ist. Zum einen ist eine Temperiereinrichtung als Heizung in dem Stempel 12 vorgesehen, die das Bezugszeichen 20 trägt. Die Heizung 20 befindet sich auf dem Stempelboden unterhalb der Positivgravur 14 des Stempels. Eine weitere Temperiereinrichtung in Form einer Heizung 23 ist im oder am Gestellunterteil angeordnet, und zwar dort wo die Matrize 8 auf dem Gestellunterteil 7 aufliegt. Korrespondierend hierzu weist die Matrize 8 in diesem Bereich ebenfalls eine Temperiereinrichtung in Form einer Heizung 22 auf, um den flächenförmigen Rohling 26 ggf. von zwei Seiten in diesem Bereich zumindest partiell zu erwärmen oder ein Wärmeprofil zu erzeugen. Zur Beheizung der Negativgravur 10 der Matrize 8 ist im Bodenbereich der Negativgravur 10 der Matrize 8 zwischen dem Gestelloberteil 6 und der Negativgravur 10 eine weitere Temperiereinrichtung in Form der Heizung 25 vorgesehen.
Der Druckraum 24 wird gebildet durch die Unterseite des flächenförmigen Rohlings 26 ,die Oberseite der positiven Gravur 14 des Stempels 12 und durch das Gestellunterteil 7.
Der Druckraum 24 steht durch eine Verbindungsleitung 28 mit einem Druckerzeuger 30 in Verbindung. Das heißt, der Druckerzeuger 30, beispielsweise ein Kompressor, sorgt für eine Erhöhung des Gasdruckes im Druckraum 24.
Der Stempel 12 weist einen Kolbenzylinderantrieb 32 auf, der für die Verschiebung des Stempels 12 in dem durch das Gestellunterteil 7 gebildeten zylindrischen Raums 16 dient.
In den Figuren 2 bis 5 ist nun der Vorgang der Umformung dargestellt. Ausgehend von der Fig. 2 befindet sich die Positivgravur 14 in der Ausgangslage unmittelbar an der Unterseite des flächenförmigen Rohlings 26, der umzuformen ist. Die beiden Gestellteile 6 und 7 befinden sich im auseinandergefahrenen Zustand.
Fig. 3 zeigt den Zustand, bei dem die beiden Gestellteile 6 und 7 zusammengefahren sind, und nunmehr zusammen mit dem Rohling 26 für eine Abdichtung des Druckraumes 24 sorgen. In diesem Zustand wird nun durch den Druckerzeuger 30 der Gasdruck in dem Druckraum 24 erhöht. Hierbei erfolgt in einem ersten Schritt die Ausformung des flächenförmigen Rohlings 26 in die Negativgravur 10 der Matrize 8 durch den Gasdruck. Ab einem bestimmten Umformzustand des Rohlings 26 wird dann der Stempel 12 nachgeführt, d. h. parallel zur Umformung durch den Gasdruck wird der Stempel 12 nachgeführt, wobei der Gasdruck infolge der Verringerung des Gasvolumens ansteigt, um dann in den Randbereichen ggf. bereits durch die Positivgravur 14 des Stempels 12 in Verbindung mit der Negativgravur 10 der Matrize 8 die mechanische Endausformung, insbesondere in den Randbereichen mit kleinem Radius, zu bewerkstelligen. D.h., dass im Wesentlichen unmittelbar vor Erreichen des Umformendzustands die weitere Umformung rein mechanisch durch das Einlaufen der Positivgravur 14 des Stempels 12 in die Negativgravur 10 der Matrize 8 erfolgt, insbesondere dann, wenn beispielsweise im Randbereich kleine Umformradien genau ausgeformt werden sollen. Durch die Erfindung mitumfasst ist allerdings auch das gleichzeitige Verfahren des Stempels mit der Ausformung durch den Gasdruck. Vor dem mechanischen Umformvorgang im Nachgang zu der Gasumformung ist es sinnvoll, den dann schädlichen Gasdruck zwischen dem Stempel und dem nahezu ausgeformten Werkstück zumindest teilweise abzulassen.
Um nun während des Umformvorganges zu verhindern, dass sich innerhalb der Negativgravur 10 der Matrize 8 ein Gegendruck aufbaut, ist eine Ausgleichsleitung 36 in Form eines Schlauches zwischen dem abgedichteten Raum 40 unterhalb des Stempels 12 und dem Raum vorgesehen, der durch die Negativgravur 10 der Matrize 8 gebildet wird. Der Zustand der Endausformung ergibt sich aus der Darstellung gemäß Fig. 4. Fig. 5 zeigt eine Darstellung, bei der der Rohling 26 zum fertigen Werkstück 42 ausgeformt ist. Wenn die Ausgleichsleitung 36 als Schlauch mit einem Druckerzeuger (nicht dargestellt) in Verbindung steht, kann bei Erhöhung des Druckes innerhalb des durch die Negativgravur 10 der Matrize 8 gebildeten Raumes ein entsprechender Druck zum Auswerfen des Werkstückes 42, also des endausgeformten Rohlings, aufgebaut werden. Das Werkstück 42 wird dann seitlich aus der Umformpresse 1 ausgestoßen. In diesem Zusammenhang wird wiederum auf den Stand der Technik gemäß der DE 10 2010 106 299 A1 verwiesen, wo nicht erkennbar ist, wie das fertige Werkstück nach Auseinanderfahren der Gestellteile aus dem druckdichten Pressengehäuse gelangen soll bzw. der Rohling eingeführt werden soll.

Bezugszeichenliste:

1: Umformpresse
2: Pressenoberteil
3: Pressenunterteil
6: erste Gestellteil (Gestelloberteil)
7: zweite Gestellteil (Gestellunterteil)
8: Matrize
9: Isolierung
10: Negativgravur
12: Stempel
14: Positivgravur
16: Raum (zylindrisch)
18: Kolbenring
20: Heizung auf dem Stempelboden
22: Heizung im Randbereich der Matrize
23: Heizung im Randbereich des Gestellunterteils
24: Druckraum
25: Heizung der Negativgravur
26: flächenförmiger Rohling
28: Verbindungsleitung
30: Druckerzeuger
32: Kolbenzylinderantrieb
36: Ausgleichsleitung
40: Raum unterhalb des Stempels
42: Werkstück

Claims

Umformpresse (1) zum Umformen eines flächenförmigen Rohlings (26) aus Metall mit zumindest zwei aufeinander zu verfahrbaren thermisch isolierten Gestellteilen (6, 7), wobei das eine erste Gestellteil (6) eine Matrize (8) mit einer Negativgravur (10) aufweist, und wobei das andere zweite Gestellteil (7) einen in einem Raum (16) dieses Gestellteils verfahrbaren Stempel (12) aufweist, wobei der flächenförmige Rohling (26) oberhalb des Stempels (12) unter Bildung eines Druckraumes (24) mit dem Stempel (12) auf dem den Stempel (12) aufnehmenden zweiten Gestellteil (7) abdichtend aufliegt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Druckraum (24) mit einem unter Druck stehenden Gas aus einem Druckerzeuger (30) beaufschlagbar ist.
Umformpresse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stempel (12) eine entsprechend zu der Negativgravur (10) der Matrize (8) zumindest teilweise komplementäre Positivgravur (14) aufweist.
Umformpresse nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stempel (12) im Gebrauchszustand der Umformpresse (1) in dem Raum (16) des anderen zweiten Gestellteils (7) von unten nach oben verfahrbar ist.
Umformpresse nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stempel (12) druckdicht in dem Raum (16) des anderen zweiten Gestellteils (7) verschieblich geführt ist.
Umformpresse nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stempel (12) durch mindestens eine radial umlaufende Kolbendichtung, z. B. einen Kolbenring (18), in dem Raum (16) des anderen zweiten Gestellteils (7) verschieblich geführt ist.
Umformpresse nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Matrize (8) des einen ersten Gestellteils (6) und/oder der Stempel (12) des anderen zweiten Gestellteils (7) mindestens eine Temperiereinrichtung aufweist, die steuer- oder regelbar ist.
Umformpresse nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei mehreren Temperiereinrichtungen die Temperiereinrichtungen einzeln steuer- oder regelbar sind.
Umformpresse nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Matrize (8) des einen ersten Gestellteils (6) im Bereich der Auflage auf dem anderen zweiten Gestellteil (7) eine Temperiereinrichtung (22) aufweist, und wobei das andere zweite Gestellteil (7) im Bereich der Auflage für den flächenförmigen Rohling (26) eine Temperiereinrichtung (23) ebenfalls aufweist.
Umformpresse nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der flächenförmige Rohling (26) zwischen den beiden Gestellteilen (6, 7) abgedichtet gehalten wird.
Umformpresse nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ausgangslage des Stempels (12) in dem zylindrischen Raum (16) des anderen zweiten Gestellteils (7) derart ist, dass sich der Stempel (12) mit oder ohne Positivgravur (14) unmittelbar vor dem flächenförmigen Rohling (26) befindet, jedoch ohne diesen zu verformen.
Umformpresse nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Raum (40) unterhalb des Stempels (12) mit dem durch die Negativgravur (10) der Matrize (8) gebildeten Raum durch eine Ausgleichsleitung (36) in Verbindung steht.
Umformpresse nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das durch den Druckerzeuger (30) erzeugte Luftvolumen in Abhängigkeit vom aktuellen Druck im Druckraum regel- oder steuerbar ist.
Verfahren zum Umformen eines flächenförmigen Rohlings mit einer Umformpresse nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch folgende Arbeitsschritte:
- Auflegen des flächenförmigen Rohlings (26) auf das andere zweite Gestellteil (7);

- Zufahren der Gestellteile (6, 7),

- Aufheizen des flächenförmigen Rohlings (26) auf eine in Bezug auf das Material des flächenförmigen Rohlings spezifische Umformtemperatur;

- Beaufschlagung des Druckraums (24) mit einem unter Druck stehenden Gas;

- Einfahren des Stempels (12) in die Negativgravur der Matrize (10);

- Ablassen des Gasdrucks zumindest auf ein Niveau, das die Öffnung der Gestellteile erlaubt;

- Auseinanderfahren der Gestellteile (6, 7) nach Beendigung der Umformung;

- Entnahme des fertigen Werkstücks (42);

- Verfahren des Stempels (12) in die Ausgangsposition, die sich
dadurch auszeichnet, dass der Stempel an der Unterseite des Rohlings anliegt oder nahezu anliegt,
Umformpresse nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Zuhalten der Gestellteile (6, 7) mit einer Kraft erfolgt, bei der der Rohling (26) zwischen den Gestellteilen abgedichtet gehalten ist, ohne dass das Material des Rohlings seitlich nachfließen kann.
Umformpresse nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Zuhalten der Gestellteile mit einer Kraft erfolgt, die ein Umformen des Rohlings ermöglicht, bei der das Material des Rohlings von außen in die Negativgravur der Matrize einfließen kann.