EP3027335B1 - Vorrichtung zum umformen von metallen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device for forming metals, in particular the molding of parts, such as the shaping of a collar.
- An important area is the molding of a collar on a workpiece made of steel, for example a sheet steel plate made of the material of the plate. See for example DE 10 2006 029 124 B4 such as DE 1 916 826 ,
- the workpiece is placed on a die.
- the die has a bore adjacent to the workpiece.
- a sharpened punch a hole is pressed into the workpiece, thereby pulling material out of the sheet plane and into the hole in the die. This creates a collar that remains part of the workpiece.
- This principle is used particularly in the automotive industry.
- JP-A-2009262184 discloses a device according to the preamble of claim 1. With this device, a pot-like object is heated prior to a forming operation. For this purpose, electrodes must be moved up to the workpiece and then driven off again to make room for bringing a ram with punch.
- the machining process is thus divided into two phases, which means time expenditure.
- JP-A-2007260761 describes a device comprising two electrodes for heating a steel sheet. When heating the sheet, a plunger must first be raised, and lowered again after heating. Again, this is time consuming.
- the invention has for its object to provide a device for molding a collar to a workpiece made of sheet metal, especially to a metal plate or the like, whereby the forming process is improved and the risk of tearing of the collar is reduced, but at the same time retain the tool elements involved their strength ,
- the device should in particular comprise fewer components and perform the machining operations more quickly than known devices.
- the inventors have recognized that they must search for a solution in which, although the forming area of the workpiece is heated, but not the tool, in particular the stamp. It was therefore necessary to search for a system based on the principle of "hot workpiece, cold tool".
- a metal plate 4 made of high-strength steel is placed on the die 2.
- Stamp 1 is made of high-strength material. Stamp 1 has a tip 1.1. This penetrates into a bore 4.1 in the metal plate 4. The bore can already be introduced into the metal plate 4 before the forming process. However, the metal plate 4 can also have no bore, so that the punch 1 creates the hole when pressed into the metal plate 4 only. The stamp 1 can also be blunt. Also, the shape of the front end of the punch can be adapted to the requirements of the forming process. Stamp 1 is surrounded by a sleeve 5. This is traversed by electricity during operation.
- Die 2 is made of electrically highly conductive material, such as copper.
- the forming process is currently in an initial phase. If the forming process is completed, the bore 4.1 is widened to the shape of the desired collar - not shown here. The collar then has a clear width which is equal to the diameter of the punch 1. How this looks, can be seen from Figure 5.
- Sleeve 5 has three functions. On the one hand, it serves as a hold-down, on the other hand as a current conductor, and finally as a scraper.
- the flow of current passes through the hold-down device 5 through the metal plate 4 and through the counter-holder 6.
- Stamp 1 is completely free of current flow and is therefore not actively heated. It may therefore be a tool steel of conventional quality, or a heat-working steel.
- the hold-down 5 does not need to have great strength. It can be made of copper. In any case, it should consist of a material with good electrical conductivity. The same applies to the counter-holder 6.
- the material of the die 2 is irrelevant in this case. It can be any material - steel or copper, better but a little heat-conducting material, so that the heat generated by the electricity is limited to the actual forming area.
- the relevant component is an insulating coating 7. This may be a sleeve or a covering.
- stamp 1 is equipped with a rotary drive, not shown here. If he wanders down, so stamp 1 and thus thread former 1.2 is put into circulation. Thus, the resulting collar (not shown) formed a thread through which a screw can be passed.
- direct current or low frequency alternating current can be used for heating.
- individual elements of the device can be interchanged with each other, such as punch and die.
- the working direction of the punch may differ from the vertical.
- the essence of the invention is that exclusively or predominantly the workpiece is heated.
- the tool is not heated, or only to a small extent, so that its strength is only slightly reduced.
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Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen von Metallen, insbesondere das Anformen von Teilen, wie das Formen eines Kragens.
- Ein wichtiges Teilgebiet ist das Anformen eines Kragens an ein Werkstück aus Stahl, zum Beispiel eine Stahlblechplatte aus dem Material der Platte. Siehe zum Beispiel
DE 10 2006 029 124 B4 sowieDE 1 916 826 . Das Werkstück wird auf eine Matrize aufgelegt. Die Matrize weist eine Bohrung auf, die an das Werkstück angrenzt. Sodann wird mit einem angespitzten Stempel ein Loch in das Werkstück gedrückt und dabei Material aus der Blechebene heraus und in die Bohrung in der Matrize hineingezogen. Hierbei entsteht ein Kragen, der Bestandteil des Werkstücks bleibt. Das genannte Prinzip wird besonders in der Automobilindustrie angewandt. - Bei dem beschriebenen Umformvorgang kommt es innerhalb der Umformzone zu Beanspruchungen des Werkstückes. So sind beim Aufstellen des Kragens in der Blechkante im Wesentlichen Zugspannungen wirksam. Die erreichbare Kragenhöhe ist begrenzt. Je kleiner das Verhältnis von Kragendurchmesser zu Kragenhöhe ist, umso höher ist die Gefahr eines Einreißens des Materiales im Kragenbereich.
- Das Misslingen des Umformens ist ein großes Problem. Es wird gelegentlich erst beim Gebrauch erkennbar. In einem solchen Falle ist das Ausbauen schadhafter Teile und das Ersetzen durch einwandfreie Teile besonders aufwändig.
- Es wurde bereits versucht, den Ziehvorgang zu optimieren durch Anwenden von Wärme. So hat man beispielsweise bereits den Stempel angewärmt, um Wärme auf die Umformzone des Werkstückes - zum Beispiel der Blechplatte - aufzubringen. Dies hat jedoch den Nachteil, dass der Stempel durch seine Erwärmung seine Festigkeit verliert und somit nur eine geringe Standzeit hat.
JP-A-2009262184 - Der Bearbeitungsvorgang wird somit in zwei Phasen unterteilt, was Zeitaufwand bedeutet.
-
JP-A-2007260761 - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Anformen eines Kragens an ein Werkstück aus Blech, vor allem an eine Blechplatte oder dergleichen anzugeben, womit der Umformprozess verbessert und die Gefahr des Reißens des Kragens vermindert wird, gleichzeitig jedoch die beteiligten Werkzeugelemente ihre Festigkeit beibehalten. Die Vorrichtung soll insbesondere wenig Bauteile umfassen, und die Bearbeitungsvorgänge rascher durchführen, als bekannte Vorrichtungen.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
- Die Erfinder haben erkannt, dass sie nach einer Lösung suchen müssen, bei welcher zwar der Umformbereich des Werkstückes erwärmt wird, nicht aber das Werkzeug, insbesondere der Stempel. Es musste somit nach einem System gesucht werden nach dem Prinzip "warmes Werkstück, kaltes Werkzeug".
- Die erfindungsgemäße Lösung liegt in Folgendem:
- Es wird eine Hülse vorgesehen, die den Stempel umgibt und aus elektrisch gut leitendem Material besteht.
- Es wird ein in die Matrizenbohrung einsetzbarer Gegenhalter aus einem Material vorgesehen, das ebenfalls elektrisch gut leitet.
- Der Gegenhalter ist entsprechend der Abwärtsbewegung des Stempels nach unten verfahrbar.
- Die Hülse dient als Niederhalter und zugleich als Elektrode.
- Bei einer solchen Vorrichtung findet keine Erwärmung des Stempels statt, da der Strom nicht durch den Stempel, sondern durch den Niederhalter und den Gegenhalter hindurchgeführt wird.
- Durch die Erfindung wird die gestellte Aufgabe auf hervorragende Weise gelöst:
- Es wird im Wesentlichen nur das Werkstück erwärmt, und auch nur im Umformbereich, somit auf einen engen Bereich fokussiert. Das Werkzeug hingegen bleibt im Wesentlichen kalt.
- Es lassen sich auch Zuschnitte oder Formteile aus hochfestem, dünnem Blech verwenden, weil aufgrund der Erfindung die Gefahr des Ausreißens beim Umformen (Ziehen) von Kragen verringert wird. Hierdurch wird an Gewicht gespart, aber auch an Kosten.
- Interessante Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Figurenbeschreibung.
- Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
- Figur 1
- zeigt eine Vorrichtung mit Stempel, Matrize und Werkstück, ferner eine den Stempel umgebende Hülse, sowie einen Gegenhalter in der Matrize.
- Figur 2
- zeigt eine zweite Ausführungsform.
- Figur 3
- zeigt eine weitere Ausführungsform.
- Figur 4
- veranschaulicht die Ausführungsform von
Figur 3 nach dem Umformen des Kragens. - Aus
Figur 1 erkennt man im Einzelnen Folgendes: - Die dargestellte Vorrichtung umfasst einen Stempel 1 sowie eine Matrize 2, ferner eine konduktive elektrische Heizeinrichtung mit einer Stromquelle 3. Stempel 1 ist von einem hülsenförmigen Niederhalter 5 umgeben.
- Auf die Matrize 2 ist eine Blechplatte 4 aus hochfestem Stahl aufgelegt.
- Stempel 1 besteht aus Material, das hochfest ist. Stempel 1 weist eine Spitze 1.1 auf. Diese dringt in eine Bohrung 4.1 in der Blechplatte 4 ein. Die Bohrung kann vor dem Umformvorgang bereits in die Blechplatte 4 eingebracht sein. Die Blechplatte 4 kann aber auch keine Bohrung aufweisen, sodass der Stempel 1 die Bohrung beim Eindrücken in die Blechplatte 4 erst schafft. Der Stempel 1 kann auch stumpf sein. Auch kann die Form des vorderen Stempelendes an die Anforderungen des Umformvorganges angepasst sein. Stempel 1 ist von einer Hülse 5 umgeben. Dieser ist bei Betrieb von Strom durchflossen.
- Wie veranschaulicht, herrscht ein Stromfluss 3.1, ausgehend von der elektrischen Stromquelle 3 durch den elektrisch gut leitfähigen Niederhalter 5 hindurch, weiterhin durch einen gewissen Umformbereich der Blechplatte 4, und sodann zur Matrize 2. Matrize 2 besteht aus elektrisch gut leitendem Material, beispielsweise Kupfer.
- Bei der Darstellung gemäß
Figur 1 befindet sich der Umformvorgang gerade in einer Anfangsphase. Ist der Umformvorgang vollendet, so ist die Bohrung 4.1 aufgeweitet zur Gestalt des gewünschten Kragens - hier nicht dargestellt. Der Kragen hat sodann eine lichte Weite, die gleich dem Durchmesser des Stempels 1 ist. Wie dies aussieht, erkennt man aus Figur 5. - Hülse 5 hat drei Funktionen. Zum einen dient er als Niederhalter, zum anderen als Stromleiter, und schließlich als Abstreifer.
- Man erkennt ferner einen Gegenhalter 6.
- Der Stromfluss verläuft durch den Niederhalter 5 durch die Blechplatte 4 sowie durch den Gegenhalter 6.
- Stempel 1 ist völlig frei von Stromdurchfluss und wird daher auch nicht aktiv erwärmt. Es kann sich daher um einen Werkzeugstahl üblicher Qualität handeln, oder einen Wärmearbeitsstahl.
- Zwischen dem Stempel 1 und dem Niederhalter 5 kann ein Luftspalt bestehen. Dies muss aber nicht so sein.
- Der Niederhalter 5 braucht keine große Festigkeit zu haben. Er kann aus Kupfer bestehen. Jedenfalls sollte er aus einem elektrisch gut leitenden Material bestehen. Gleiches gilt für den Gegenhalter 6.
- Das Material der Matrize 2 ist in diesem Falle ohne Bedeutung. Es kann jegliches Material sein - Stahl oder Kupfer, besser aber ein wenig wärmeleitendes Material, sodass die vom Strom erzeugte Wärme auf den eigentlichen Umformbereich beschränkt bleibt.
- Bei der Ausführungsform gemäß
Figur 2 sieht man wiederum Stempel 1, Matrize 2, Blechplatte 3. Auf die Darstellung und Wirkung einer elektrischen Heizeinrichtung ist hierbei verzichtet. Gleichwohl ist eine solche vorhanden. - Bei
Figur 2 ist das maßgebliche Bauteil eine isolierende Beschichtung 7. Diese kann eine Hülse oder ein Belag sein. - Der Umformvorgang verläuft wie folgt:
- Die Blechplatte 4 liegt zunächst auf der Matrize 2 auf. Niederhalter 5 bewegt sich nach unten und setzt auf die Blechplatte 4 auf, sodass ein Stromfluss aktiviert und die Umformzone erwärmt wird. Der Stempel bewegt sich sodann weiter nach unten, und der Niederhalter 5 federt ein. Kurz vor Berührung des Stempels an der Blechplatte 4 wird der Strom abgeschaltet, und der Gegenhalter 6 weggesteuert. Der Kragen wird durchgestellt.
- Das besondere an der Ausführungsform gemäß
Figur 3 ist ein Gewindeformer 1.2 an Stempel 1. Stempel 1 ist mit einem hier nicht gezeigten Drehantrieb ausgestattet. Wandert er nach unten, so wird Stempel 1 und damit Gewindeformer 1.2 in Umlauf versetzt. Damit wird dem entstehenden Kragen (nicht gezeigt) ein Gewinde angeformt, durch das eine Schraube hindurchgeführt werden kann. - Bei der Ausführungsform gemäß
Figur 4 sieht man erstmals den Kragen 4.2 - einteilig mit der übrigen Blechplatte 4. - Bei dieser Figur sieht man wiederum einen Gewindeformer 1.2, so wie bei der Ausführungsform gemäß
Figur 3 , und eine Isolierbeschichtung 7, so wie bei der Ausführungsform gemäßFigur 2 . - Reicht das Umformvermögen eines bestehenden Kragens für das Gewindeformen nicht aus, so kann dieser ebenfalls aktiv erwärmt werden.
- Für alle genannten Ausführungsformen können Gleichstrom oder niederfrequenter Wechselstrom zur Erwärmung verwendet werden.
- Bei allen Darstellungen können einzelne Elemente der Vorrichtung gegeneinander vertauscht werden, beispielsweise Stempel und Matrize. Auch kann die Arbeitsrichtung des Stempels von der Vertikalen abweichen.
- Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass ausschließlich oder vorwiegend das Werkstück erwärmt wird.
- Das Werkzeug hingegen wird nicht erwärmt, oder nur in geringem Maß, sodass seine Festigkeit nur unwesentlich verringert wird.
-
- 1
- Stempel
- 1.1
- Stempelspitze
- 1.2
- Gewindeformer
- 2
- Matrize
- 2.1
- Matrizenbohrung
- 3
- Stromquelle
- 3.1
- Stromfluss
- 4
- Blechplatte
- 4.1
- Bohrung
- 4.2
- Kragen
- 5
- Niederhalter
- 6
- Gegenhalter
- 7
- isolierende Beschichtung
Claims (4)
- Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstückes (4), umfassend die folgenden Merkmale:1.1 eine Stempel (1) auf der einen Seite des Werkstückes (4);1.2 eine Matrize (2) auf der gegenüberliegenden Seite des Werkstückes (4);1.3 eine konduktive elektrische Heizung (3) zum Erzeugen eines elektrischen Stromes, der völlig oder vorwiegend durch das Werkstück (4) hindurchfließt, ausgehend von einem auf der einen Seite des Werkstückes außerhalb des Stempels (1) befindlichen Bauteil zu einem auf der anderen Seite des Werkstückes außerhalb der Matrize (2) befindlichen Bauteil,gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:1.4 das eine Bauteil ist eine auf das Werkstück (4) aufsetzbare, den Stempel (1) umgebender Hülse (5) aus elektrisch gut leitendem Material;1.5 das andere Bauteil ist ein in die Matrizenbohrung (2.1) einsetzbarer Gegenhalter (6) aus einem Material, das elektrischen Strom gut leitet;1.6 der Gegenhalter (6) ist entsprechend der Abwärtsbewegung des Stempels nach unten verfahrbar;1.7 die Hülse (5) dient als Niederhalter und zugleich als Elektrode.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laibung der Matrizenbohrung (2.1) mit elektrisch isolierendem und/oder wärmeisolierenden Material (7) ausgekleidet ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laibung der Hülse (5) mit wärmeisolierendem oder elektrisch isolierenden Material ausgekleidet ist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (1) um seine Längsachse antreibbar ist und einen Gewindeformer (1.2) zum Formen eines Gewindes in die Laibung des Kragens (4.2) aufweist.
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