EP3415247A1 - Verfahren und vorrichtung zum umformen - Google Patents

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Publication number
EP3415247A1
EP3415247A1 EP17175477.3A EP17175477A EP3415247A1 EP 3415247 A1 EP3415247 A1 EP 3415247A1 EP 17175477 A EP17175477 A EP 17175477A EP 3415247 A1 EP3415247 A1 EP 3415247A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
active medium
tool
forming
cavity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17175477.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Hennig
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aleris Aluminum Duffell BVBA
Original Assignee
Aleris Aluminum Duffell BVBA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aleris Aluminum Duffell BVBA filed Critical Aleris Aluminum Duffell BVBA
Priority to EP17175477.3A priority Critical patent/EP3415247A1/de
Publication of EP3415247A1 publication Critical patent/EP3415247A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/205—Hydro-mechanical deep-drawing
    • 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
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/021—Deforming sheet bodies

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for forming sheet metal, in particular for the hydromechanical deep drawing of a workpiece, in particular a sheet metal or foil board made of aluminum alloy.
  • the invention is therefore based on the object, a method for forming a workpiece, in particular a board, specify, which allows a particularly fast, cost-effective and thus considerably more efficient hydromechanical deformation than before.
  • the invention is further based on the object to provide a corresponding device for carrying out a faster, cost-effective and efficient forming.
  • a method for forming a workpiece in a method for forming a workpiece, the following method steps are performed: clamping the workpiece between a first tool and a second tool, preforming the workpiece in a first direction by applying pressure an active medium, and forming the workpiece between a forming die and the active medium, in particular in a second direction opposite to the first direction, wherein the active medium is pressed during forming by the movement of the forming die in a pressure accumulator.
  • the invention is also directed to a device for forming, in particular deep drawing, a workpiece, wherein the device is particularly suitable for carrying out the method according to the invention. Therefore, all embodiments mentioned in connection with the method are also applicable to the device and vice versa
  • the invention has the advantage that the active medium is passed passively during the forming of the work of the machine in a pressure accumulator, from which it is almost without pressure in some embodiments for the preforming of another workpiece during the return stroke of the machine traceable into the cavity.
  • the invention can dispense with hydraulic units in particular, which makes the method faster and less expensive.
  • neither the method nor the device according to the invention uses additional pumps or hydraulic units.
  • Another advantage is that a particularly homogeneous and very rapid preforming can take place.
  • the method according to the invention can be applied, in particular, to aluminum alloy workpieces or other materials that are less suitable than steel.
  • the invention is advantageous if the workpiece is a sheet metal or foil board of an aluminum alloy, in particular of an AA3xxx, AA5xxx or AA6xxx alloy.
  • the formed workpiece is advantageously used in the automotive or aircraft industry, it is particularly advantageous to a body component.
  • the deep-drawn workpiece advantageously has a thickness of 0.5 to 4 mm, in particular 1 to 2 mm.
  • the workpiece is homogeneously deformed or pre-stretched during the preforming, in particular at each point of the workpiece with a pre-strain of 2-10%, preferably 2-5%, particularly preferably 3-4%.
  • a pre-strain of 2-10%, preferably 2-5%, particularly preferably 3-4% is also possible to shape sinkers of poorly deformable materials, in particular aluminum alloy.
  • one of the two tools has a clamping element, also called a downholder, and a shaping forming punch.
  • the clamping element leads the shaping forming punch about an amount to be defined according to the desired pre-stretching and the formability of the workpiece. Particularly advantageously, it prefers this by up to 20%, preferably 10-20%, of the largest diameter of the workpiece or of the forming die. So if, for example, a workpiece with a diameter of 1000mm is to be deep-drawn, a lead and associated pre-stretching of 100 to 200mm is advantageous.
  • the pressure of the liquid or gaseous active medium during the preforming and / or during the forming of the workpiece by means of a controllable or controllable flow device, in particular a controllable valve controlled.
  • a controllable valve controlled it is provided to control the pressure of the active medium during the preforming by controlled discharge from the pressure accumulator.
  • a pressure-controlled valve between the cavity and the accumulator can be provided.
  • the controllable flow device can in particular be pressure-controlled or pressure-controlled.
  • a predetermined pressure profile in the cavity can be realized by the flow-through device during the preforming and / or during the forming (for example, a constant pressure or a predetermined pressure curve during the preforming or forming).
  • the active medium is a liquid, in particular an oil or an oil / water emulsion.
  • the active medium is gaseous, in particular compressed air, nitrogen or oxygen.
  • any form-adaptive medium is suitable as the active medium, for example also sand or steel balls.
  • it is advantageous to guide the active medium during the forming into an accumulator, from which it can be returned to the cavity for preforming a further workpiece.
  • hydro-mechanical forming is that even thicker aluminum sheets (for example, 1.2 and 1.5 mm) may possibly be formed without the otherwise necessary tool changes (in particular drawing gap).
  • the system accumulator, connecting lines and possibly cavity forms a closed system, which only needs to be filled for initial filling, revisions and possibly to compensate for leaks with the active medium. During normal operation of the device, no hydraulic power unit is required.
  • the liquid active medium is sealed in the cavity with a membrane in order to avoid leaks and also to allow a faster return of the active medium during the return stroke of the machine.
  • the membrane is made of a material that can be readily shaped.
  • the tool with the cavity is the second tool, which may be a lower tool in particular.
  • the first tool may in particular comprise a sheet metal retainer and a punch and is preferably an upper tool.
  • a reverse arrangement e.g. when working with gas as the active medium, possible.
  • the tool in which the cavity is formed a plurality of pistons, which are adjustable for preforming of the workpiece so that the volume of the cavity can be reduced or increased.
  • a displacement volume is created in a simple manner, with which, in particular during preforming, the cavity can be reduced and thus the active medium can be pressurized.
  • the pressure in the cavity can be selectively controlled or regulated, either by a controllable flow device (as described above) or by targeted control of the movement of the piston.
  • a controllable flow device as described above
  • 5 to 30 pistons may be provided.
  • Such a cylinder cushion is easier to seal than other embodiments.
  • existing thermoforming devices can be converted more easily by only a cylinder cushion is installed in the tool in which the cavity is formed.
  • the tool in which the cavity is formed, at least two mutually movable parts, which are adjusted for preforming (bulging) of the workpiece relative to each other.
  • a second tool of the device in particular a lower tool, is at least in two parts and, for example, has a movable outer ring and a fixed inner part.
  • the liquid active medium during the forming of the workpiece via a controllable flow device, in particular a controllable pressure valve, pressed into the pressure accumulator.
  • a controllable flow device in particular a controllable pressure valve
  • the forming die is moved relative to the curved workpiece (pressed into the previously formed “pillow"), whereby the workpiece is gradually “waling" the forming die.
  • the thereby displaced active medium is, preferably under passively controlled pressure, pressed into one or more pressure accumulator.
  • the accumulator (s) can be located directly on or in the tool. From the pressure accumulator, the active medium can flow back into the cavity (water tank) in a controlled manner with a subsequent return movement or a start-up of the first tool (hold-down device).
  • the pre-forming of the workpiece in the direction of the forming die can be accomplished particularly simply by moving a clamping element (hold-down) of the first tool (upper tool part) together with an outer part of the second tool (lower tool part) to preform the workpiece.
  • the clamping element which clamps the edge of the workpiece by clamping, is moved downwards relative to a stationary inner part of the second tool and thereby moves along the outer, annular part of the second tool.
  • the inner part of the second tool in this case includes in particular the bottom or a bottom region of the cavity, while the outer part of the second tool comprises a relative to the fixed bottom region movable edge region.
  • the preforming of the workpiece in the direction of the first tool part or the forming die is brought about by the movement of the clamping element (blank holder) of the first tool part.
  • the clamping element (hold-down) of the first tool is thereby pressed with the pressure required for the preforming against the outer element of the second workpiece. This allows the preforming particularly simple and in particular without the use of a hydraulic unit cause.
  • the liquid active medium is returned after completion of the forming of the pressure accumulator into the cavity, in particular during a return adjustment of the parts of the second tool relative to each other. In this way, the active medium is available again for a subsequent preforming process.
  • the method (with liquid or gaseous active medium) can be adapted for deep drawing of different shapes, that only the forming die and the clamping element of the first tool are exchanged, while the second tool, in which the cavity is formed, for deep drawing different geometrically more similar Forms of a component family can be used.
  • the inventive method is therefore very versatil.
  • a gaseous substance (gaseous active medium) is used as the active medium.
  • a gaseous active medium a reverse installation of the tools (punch and plate holder on the bottom of the die cushion and closed die on top) is also possible.
  • the gas for example, nitrogen or oxygen is considered.
  • the gas for example, nitrogen or oxygen is considered.
  • the gaseous active medium is introduced to preform the workpiece only passively from the slightly preloaded pressure accumulator with 30 - 50 bar in the space between the second tool and workpiece (cavity).
  • the cavity in the second tool need not be variable in volume. It can also be very small or absent, or the cavity is only defined by the space or gap between the workpiece and the second tool (ie the die) (which is rather or less small during the pre-forming and forming process). Therefore, this embodiment is particularly easy to convert.
  • Pressure intensifier can be used (for example, to increase compressed air with 10 bar to about 20-30 bar).
  • the gaseous active medium is preferably introduced during the preforming of the workpiece from the pressure accumulator into the cavity.
  • the gaseous active medium is introduced into the cavity immediately after the tools are closed during the preforming of the workpiece at high speed from a prestressed pressure accumulator which is defined according to the required homogeneous pre-stretching of the workpiece. For preforming therefore no additional pneumatic tool is required.
  • the required pressure for preforming the workpiece is provided by the active medium stored in the pressure accumulator.
  • the pressure medium is pressed under pressure into the pressure accumulator during the deformation, in some embodiments by a controllable flow-through device.
  • a sufficiently high pressure is built up in the cavity, so that no pneumatic tool is required, at most one pressure booster for pressure increase.
  • a conventional tool such as is currently used for steel blanks
  • the pressure accumulator can be converted to aluminum blanks, in particular by installing the pressure accumulator.
  • the pneumatic and homogeneous preforming operation compensates for the usually lower formability of aluminum sheets, so that components which were previously only possible with steel can now also be produced in aluminum using the same tools: e.g. as prototypes for testing and comparing with steel parts.
  • the hold-down device only needs to be moved in front of the punch to the extent that the sheet can buckle against the punch with a pre-strain (in general 2% -5%) to be defined, and the punch does not have to be sealed against the hold-down.
  • the matrix can be one-piece.
  • the active medium to a temperature of 150 ° C to 300 ° C, preferably 160 ° C to 200 ° C, heated.
  • a liquid active medium which can be heated in the pressure accumulator by means of heating coils or the like.
  • a gaseous active medium can also be heated if necessary.
  • the inventive method is particularly suitable for the production of relatively flat components, in particular, the amount of preforming 100 to 200 mm and the maximum height of the formed workpiece between 100 and 250 mm, preferably 100 to 200 mm, with a minimum width of more than 600mm to 1000mm, preferably 700-800mm.
  • This allows the workpieces be made with thermoforming devices with a corresponding maximum depth of drawing, for example, 400 to 500 mm.
  • the device comprises a first tool and a second tool for clamping the workpiece, a pressure accumulator for receiving an active medium, with which the workpiece is preformable in a first direction by pressurization, and a forming die for forming the workpiece in a second opposite to the first direction Direction, wherein the active medium during the forming by the movement of the forming die in the pressure accumulator can be introduced.
  • a cavity is provided in one of the tools in which the active medium not located in the pressure accumulator is received.
  • a liquid active medium is used, which is accommodated in a cavity of one of the tools.
  • the tool in which the cavity is formed at least two mutually movable parts, which are adjusted for preforming of the workpiece relative to each other.
  • the volume of the cavity is effectively changed and thereby the active medium pressed into the workpiece.
  • the active medium in this embodiment is almost incompressible.
  • the tool in which the cavity is formed a plurality of pistons, which are adjustable for preforming of the workpiece so that the volume of the cavity can be reduced or increased.
  • the operation is otherwise similar to the two-part embodiment.
  • Such a "cylinder pad" can be installed in one of the two tools.
  • the device can be prepared by converting a conventional thermoforming device by a pressure accumulator is provided for the active medium, and corresponding inlet openings for introducing the active medium from the pressure accumulator into the cavity.
  • a pressure accumulator is provided for the active medium, and corresponding inlet openings for introducing the active medium from the pressure accumulator into the cavity.
  • the inlet openings of vent holes be formed.
  • vent holes are already present in existing thermoforming devices and can be used simply as feed openings when retrofitting to a device according to the invention. This makes it very easy to retrofit an existing device in such a way that it can carry out the method according to the invention.
  • the vent holes are drilled something and thereby increased.
  • the device both liquid and gaseous active medium - further adaptable for deep drawing of different shapes that only the forming die and the clamping ring of the two tools are exchanged, while the tool in which the cavity is formed, for deep drawing different geometrically similar shapes is usable.
  • the device can be easily converted to produce various components.
  • a compressed air reservoir is provided, which is equipped with a booster for an increase in pressure.
  • the reboiler / intensifier may e.g. increase the pressure from 10 bar to 25 to 30 bar.
  • the pressure booster is controllable such that the pressure in the cavity can be adjusted and in particular during the preforming and / or forming an advantageous predetermined pressure profile.
  • one of the tools has a holding-down device and a forming die, wherein the tool is designed such that the holding-down device can precede the forming punch by a distance of up to 20% of the diameter of the forming punch. This ensures a sufficiently large preforming.
  • the second tool is constructed at least in two parts, that the at least two parts of the second tool are adjustable relative to each other and that by an adjustment of the parts of the second tool relative to each other, a preforming of the workpiece by means of the active medium in the direction of Umformstempels is effected.
  • the parts of the second tool each have a boundary wall of the cavity, that is, the cavity adjacent to both a first and a second part of the second tool.
  • the second tool preferably comprises an inner part and a particular annular outer part.
  • at least one boundary wall of the cavity is movable for performing the method step of preforming the workpiece.
  • the movable boundary wall is preferably formed on the outer part of the second tool, wherein the outer part can also form a clamping element for clamping the workpiece.
  • the at least two parts of the second tool are thus preferably mutually adjustable and sealed from one another such that the workpiece is preformable by the active medium in the direction of the forming die. The preforming is thus effected by the adjustment of the parts of the second tool relative to each other.
  • the cavity or active media space or the second tool has a fixed bottom area and a side wall area which can be moved in the direction of movement of the forming die.
  • the fixed floor area can in particular be coupled to a table (press table) and in particular be formed on the inner part of the at least two-part tool.
  • the movable side wall region is preferably formed on the outer part of the second tool and movable relative to the table, in particular in the vertical direction.
  • an outer part of the second tool and a clamping element of the first tool are arranged movable relative to a device base and that both the outer part of the second tool and the clamping element of the first tool can be acted upon by a pressing force.
  • the outer part of the second tool is preferably designed as a further clamping element, so that an edge region of the workpiece between the clamping element of the first tool and the clamping element of the second tool can be clamped is.
  • Both clamping elements are movable relative to a device base, for example a table.
  • the two clamping elements are each connected to a feed device, for example a plunger.
  • the workpiece and / or the device, in particular the forming die are preheated before the preforming and / or before the forming of the workpiece, in particular to the above-mentioned temperatures.
  • the device has no hydraulic unit or additional pumps for the active medium.
  • FIGS. 1 to 3 show an exemplary embodiment of a device 10 according to the invention for forming, in particular deep drawing of workpieces 2 (boards), in particular for performing an active media-based forming.
  • the device 10 comprises a first tool 20, which in the illustrated embodiment is an upper tool.
  • the apparatus 10 further includes a second tool 40, which in the illustrated embodiment is a lower tool.
  • a workpiece 2 is clamped between the first tool 20 and the second tool 40 along its edge region.
  • the first tool 20 comprises a clamping element 24 and a hold-down and the second tool 40, an outer part 44, which may also be referred to as a second clamping element.
  • An edge region of the workpiece 2 can be clamped between the hold-down 24 and the outer part 44.
  • Hold-down device 24 and outer part 44 are movable relative to one another in an axial, in particular vertical direction, in order to tension the workpiece 2. Downholder 24 and outer part 44 may also be referred to as the first and second clamping or clamping element.
  • the first tool 20 further comprises a forming die 22 which is movable in the axial direction relative to the hold-down 24.
  • the forming die 22 is arranged stationary (relative to a fixed base of the device 10) and the hold-down 24 is movable relative to the base in the axial direction.
  • the forming die 22 (drawing punch) is provided for forming the workpiece 2 with a front-side forming geometry.
  • a cavity 46 for receiving a fluid active medium is provided, against which the workpiece 2 by means of the forming die 22 is deformable.
  • the cavity 46 active media space
  • the cavity 46 is closed at its the workpiece 2 or forming die 22 facing surface with a membrane 50 and sealed in this way against the workpiece 2.
  • a fluid passage 48 (fluid line), which is preferably formed in the outer part 44 of the second tool 40, opens into the cavity 46.
  • the second tool 40 further comprises an inner part 42, which is movable relative to the outer part 44 in the axial direction and forms a bottom portion of the cavity 46.
  • the circumferential (annular) outer part 44 forms a connected to the bottom portion of the cavity 46 side wall portion.
  • Inner part 42 and outer part 44 are sealed by circumferential sealing rings 52 to each other, so that active medium can not escape even under elevated pressure.
  • the fluid passage 48 is connected via a controllable flow device 58, in particular a control or regulating valve, with a pressure accumulator 60 for receiving active medium.
  • the active medium can thus pass from the cavity 46 into the pressure accumulator 60 and vice versa.
  • the outer part 44 of the second tool 40 is moved in the axial direction relative to the inner part 42, in particular downwards, in particular relative to one Device base 12 or a table.
  • the (defined) cavity formed by the flat resting workpiece 2 decreases, so that the workpiece 2 bulges in the direction of the forming punch 22 (upwards), see Fig. 2 .
  • the outer part 44 is connected, for example by means of a plurality of plunger 54 (pull ram) with a die cushion, not shown in the figures.
  • the outer part 44 (movable ring, outer ring) with the required contact pressure (for aluminum well ⁇ 5,000 kN) pressed down, it is due to the remaining in the middle of the second tool 40 "active media pad" (Emulsion pad) a curvature of the workpiece 2 automatically.
  • This preforming of the workpiece 2 is preferably pressure-controlled, in particular with passively controlled pressure, by means of the flow-through device 58.
  • the flow-through device 58 can be arranged directly on the second tool 40. For preforming, therefore, no additional units, in particular no hydraulic unit, are required. The preforming takes place, in particular, without the introduction of active media into the active-medium space or cavity 46.
  • an inner region of the workpiece 2 is curved upwards and is preferably located approximately centrally on the forming die 22. This condition is in FIG. 2 shown.
  • the forming die 22 is moved in the direction of the cavity 46, wherein in principle a movement of the forming die 22 and / or the cavity 46 is possible.
  • the outer part 44 can be further moved relative to the inner part 42.
  • the stamp is in particular pressed into the previously formed active media pad (ie in the cavity 46), whereby the workpiece 2 (sheet) is gradually "zoomed" to the forming die 22.
  • the thereby displaced active medium is, by pressure control by means of the flow device 58, pressed into a preferably directly on the second tool 40 arranged pressure accumulator 60.
  • the pressure accumulator 60 may in this case also comprise a plurality of storage containers. From the pressure accumulator 60, the active medium with the start-up or the return movement of the blank holder 24 controlled back flow into the cavity 46 (water tank). The end of the forming step is in Fig. 3 represented, in which the workpiece 2 was formed between forming die 22 and active medium.
  • a gas in particular compressed air (for example nitrogen and / or oxygen) can also be used as the active medium, in particular in the case of a reverse installation of the tools (first tool with punch and holding down on a die cushion and second tool above).
  • a gas in particular compressed air (for example nitrogen and / or oxygen) can also be used as the active medium, in particular in the case of a reverse installation of the tools (first tool with punch and holding down on a die cushion and second tool above).
  • compressed air for example nitrogen and / or oxygen
  • a pressure accumulator 60 a commercially available compressed air cylinder, e.g. with compressed air, nitrogen or oxygen.
  • a pressure booster (not shown) is used to increase the pressure.
  • the pressure intensifier is controllable, i. the pressure of the active medium can be adjusted (controlled or regulated) via the pressure intensifier.
  • the gas line 48 from the pressure accumulator 60 to the cavity 46 has a flow-through device 58, in particular a valve, which can be at least opened and closed.
  • the flow device 58 is controllable in advantageous embodiments, so that the pressure of the active medium can be adjusted by them and regulated and controlled in the course of preforming and forming, that a certain pressure profile is achieved.
  • the punch 22 is arranged here in the lower tool 20, while the - here one-piece - upper tool 40, the die 43, an outer part 24 and the cavity 46 includes.
  • the cavity 46 is not a space in which pressure medium is already accommodated prior to the preforming, but rather the more or less large space between the die and the clamped workpiece 2.
  • a circumferential Sealing element 50 may be present for the pressure-tight sealing of the workpiece 2 with respect to the outer part 24 of the upper tool.
  • the hold down 44 is ramped up beyond the punch 22 by the distance required for the desired pre-strain (eg 2-10%) and clamps the workpiece 2 between itself and the outer portion 24 of the upper tool 40 (please refer FIG. 5 ).
  • the compressed air is introduced immediately after the closing and the construction of the pressure required for sealing in the die cushion in the upper die or cavity 46, whereby the workpiece 2 buckles down the punch, for example, until it touches the punch 22.
  • the end of this step is in FIG. 5 shown.
  • the punch 22 is moved upwards, so is pressed into the cavity 46, whereby the workpiece 2 is gradually "zoomed" to the forming die 22.
  • the end of this step is in Fig. 6 shown.
  • the die 43 has the counter-shape to the forming die 22, so that the workpiece 2 practically abuts the die 43 at the end of the forming step and the volume of the cavity 46 is very small or has been reduced to zero.
  • the thereby displaced gaseous active medium is pressed through the gas line 48 back into the pressure accumulator 60 and is available there for the next preforming step. It is thus preferred that a closed circuit is also produced with the gaseous active medium.
  • the second tool 40 (die 43) could remain at the top of the device for a whole family of components having similar dimensional ratios and different materials.

Abstract

Verfahren zum Umformen, insbesondere Tiefziehen, eines Werkstücks (2), wobei das Werkstück (2) eine Blech- oder Folienplatine aus einer Aluminiumlegierung ist, mit den Verfahrensschritten: €¢ Einspannen des Werkstücks (2) zwischen einem ersten Werkzeug (20) und einem zweiten Werkzeug (40), €¢ Vorformen des Werkstücks (2) in eine erste Richtung durch Druckbeaufschlagung mit einem Wirkmedium, €¢ Umformen des Werkstücks (2) zwischen einem Umformstempel (22) und dem Wirkmedium in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung, wobei das Wirkmedium während des Umformens durch die Bewegung des Umformstempels (22) in einen Druckspeicher (60) gepresst wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformen von Blechen, insbesondere zum hydromechanischen Tiefziehen eines Werkstücks, insbesondere einer Blech- oder Folienplatine aus Aluminiumlegierung.
  • Bei bekannten Verfahren zur wirkmedienbasierten Umformung wird ein flächenförmiges Werkstück (Platine) zwischen einem Umformstempel (Ziehstempel) und einem Wirkmedium (Emulsion, Öl) umgeformt. Die wirkmedienbasierte Umformung hat im Vergleich zum Tiefziehen mit starren Werkzeugen die Vorteile, dass Werkzeugkosten eingespart werden können und die dem Wirkmedium zugewandte Seite der Platine besonders schonend behandelt wird. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Karosseriebauteile mit besonders glatten Oberflächen erzeugen.
  • Bei großflächigen Bauteilen, beispielsweise Motorhauben, Dächern oder Türen von Fahrzeugen, ergibt sich das Problem, dass die Bauteile aufgrund Ihrer geringen Verformung in der Bauteilmitte dort nur eine geringe Beulsteifigkeit aufweisen. Zur Erhöhung der Beulsteifigkeit ist es bekannt, das Werkstück vor dem eigentlichen Umformprozess aktiv in Richtung des Umformstempels, also entgegen der späteren Ziehrichtung, vorzuwölben. Durch das Vorwölben oder Vorformen wird im Bereich der Werkstückmitte eine höhere Kaltverfestigung erreicht, die beim fertig geformten Bauteil eine erhöhte Beulsteifigkeit zur Folge hat.
  • Gleichzeitig schafft man sich "Umformreserven" für die stärker belasteten Randbereiche der Platine, wo aufgrund der Vorwölbung in der Mitte nicht mehr so viel Material vom Rand nachfließen muss und viel höhere Ziehverhältnisse als ohne die Vorform erreicht werden können. Besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren für allgemein schlecht umformbare Werkstoffe wie Aluminium, weil deren geringeres Umformvermögen dadurch zumindest kompensiert, wenn nicht sogar soweit verbessert werden kann, dass mit diesem Verfahren selbst mit schlecht umformbaren Werkstoffen kompliziertere Bauteile herstellbar sind als mit gut umformbaren Werkstoffen ohne es.
  • Bei diesem sogenannten "Aktiven Hydro-Mec-Verfahren" (aktives hydromechanisches Tiefziehen) sind jedoch teure Maschinen mit zusätzlichen Pumpen und hydraulischen Aggregaten notwendig, und es entstehen im Vergleich zum Tiefziehen ohne Vorwölbung bzw. ohne Vorformung größere Taktzeiten bzw. geringere Hubzahlen und dadurch eine geringere Wirtschaftlichkeit, die derzeit noch eine weitere Verbreitung dieses eigentlich sehr vorteilhaften Verfahrens verhindert.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Umformen eines Werkstücks, insbesondere einer Platine, anzugeben, welches eine besonders schnelle, kostengünstige und damit erheblich effizientere hydromechanische Umformung als bisher ermöglicht. Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung einer schnelleren, kostengünstigen und effizienten Umformung bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einem Verfahren zum Umformen eines Werkstücks die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: Einspannen des Werkstücks zwischen einem ersten Werkzeug und einem zweiten Werkzeug, Vorformen des Werkstücks in eine erste Richtung durch Druckbeaufschlagung mit einem Wirkmedium, und Umformen des Werkstücks zwischen einem Umformstempel und dem Wirkmedium, insbesondere in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung, wobei das Wirkmedium während des Umformens durch die Bewegung des Umformstempels in einen Druckspeicher gepresst wird.
  • Die Erfindung ist auch auf eine Vorrichtung zum Umformen, insbesondere Tiefziehen, eines Werkstücks gerichtet, wobei die Vorrichtung insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Daher sind alle in Zusammenhang mit dem Verfahren genannten Ausführungsformen auch auf die Vorrichtung anwendbar und umgekehrt
  • Die Erfindung hat den Vorteil, dass das Wirkmedium während der Umformung passiv durch die Arbeitsleistung der Maschine in einen Druckspeicher geleitet wird, aus dem es in einigen Ausführungsformen für die Vorformung eines weiteren Werkstücks während des Rückhubs der Maschine fast drucklos in den Hohlraum rückführbar ist. Dadurch kann die Erfindung insbesondere auf Hydraulikaggregate verzichten, wodurch das Verfahren schneller und kostengünstiger wird. In vorteilhaften Ausführungsformen verwendet weder das Verfahren noch die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzliche Pumpen oder hydraulische Aggregate. Hierdurch können die Vorteile des aktiven hydromechanischen Umformens (höhere Umformgrade und bessere Abformgenauigkeit) genutzt und gleichzeitig dessen Nachteile (höherer apparativer und insbesondere zeitlicher Aufwand) vermieden werden.
  • Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass eine besonders homogene und auch sehr schnelle Vorformung stattfinden kann. Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere auf Werkstücke aus Aluminiumlegierung oder aus anderen, schlechter als Stahl umformbaren, Werkstoffen, angewendet werden.
  • Insbesondere können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung die folgenden Vorteile erzielt werden:
    1. 1. Geringerer Anlagenaufwand und damit geringere Investitionskosten: anstelle von Motor und Hydraulikaggregat kann lediglich eine steuerbare Durchflusseinrichtung, insbesondere Druckregeleinrichtung (Regelventil) vorgesehen sein. Eine bestehende Vorrichtung zum hydromechanischen Umformen (ohne Vorwölbung des Werkstücks) kann auf einfache Weise für das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorwölbung umgerüstet werden.
    2. 2. Schnellerer Prozessablauf und dadurch höhere Effizienz: durch das lediglich passive Verdrängen des Druckmediums bzw. Wirkmediums mit der Umformvorrichtung (anstelle eines aktiven Einfüllvorgangs mit einem Hydraulikaggregat) ist eine erheblich höhere Hubzahl pro Zeiteinheit erreichbar.
    3. 3. Einfache Nachrüstbarkeit vorhandener Tiefziehwerkzeuge und Maschinen.
    4. 4. Höhere Flexibilität: ein universelles Werkzeugunterteil mit ggf. integriertem Druckspeicher und Ventilen kann für verschiedene Werkzeugoberteile (Stempel) ähnlicher Baugröße verwendet werden - dadurch ist das Verfahren auch für kleinere Serien oder den Prototypenbau zur Erprobung leicht modifizierter Geometrien (Designänderungen sind ohne komplette Werkzeugänderung möglich) und neuartiger Werkstoffe bzw. zur Werkstoffentwicklung besonders geeignet.
  • Die Erfindung ist vorteilhaft, wenn das Werkstück eine Blech- oder Folienplatine aus einer Aluminiumlegierung ist, insbesondere aus einer AA3xxx, AA5xxx oder AA6xxx Legierung. Das umgeformte Werkstück findet vorteilhaft Anwendung im Automobilbau oder Flugzeugbau, besonders vorteilhaft handelt es sich um ein Karosseriebauteil. Das tiefgezogene Werkstück weist vorteilhaft eine Dicke von 0,5 bis 4 mm, insbesondere 1 bis 2 mm auf.
  • Vorteilhaft wird das Werkstück während der Vorformung homogen verformt bzw. vorgedehnt, insbesondere an jeder Stelle des Werkstücks mit einer Vordehnung von 2-10%, vorzugsweise 2-5%, besonders bevorzugt 3-4%. Auf diese Weise können auch Platinen aus schlecht umformbaren Werkstoffen, insbesondere Aluminiumlegierung, geformt werden.
  • Zweckmäßigerweise weist eines der beiden Werkzeuge ein Klemmelement, auch Niederhalter genannt, und einen formgebenden Umformstempel auf. Damit eine ausreichende Vorformung durch das Wirkmedium stattfinden kann, ist es vorteilhaft, wenn das Klemmelement dem formgebenden Umformstempel um einen gemäß der gewünschten Vordehnung und der Umformbarkeit des Werkstücks zu definierenden Betrag vorauseilt. Besonders vorteilhaft eilt es diesem um bis zu 20%, bevorzugt 10-20%, des größten Durchmessers des Werkstücks bzw. des Umformstempels voraus. Wenn also z.B. ein Werkstück mit einem Durchmesser von 1000mm tiefgezogen werden soll, ist ein Vorauseilen und damit verbunden eine Vordehnung von 100 bis 200mm vorteilhaft.
  • In vorteilhaften Ausführungsformen wird der Druck des flüssigen oder gasförmigen Wirkmediums während des Vorformens und/oder während des Umformens des Werkstücks mittels einer steuer- oder regelbaren Durchflusseinrichtung, insbesondere eines steuerbaren Ventils, gesteuert. Insbesondere ist vorgesehen, den Druck des Wirkmediums während des Vorformens durch kontrolliertes Auslassen aus dem Druckspeicher zu kontrollieren. Hierzu kann beispielsweise ein druckgeregeltes Ventil zwischen dem Hohlraum und dem Druckspeicher vorgesehen sein. Die steuerbare Durchflusseinrichtung kann insbesondere druckgesteuert bzw. druckgeregelt sein. Insbesondere kann durch die Durchflusseinrichtung während des Vorformens und/oder während des Umformens ein vorgegebenes Druckprofil in dem Hohlraum realisiert werden (beispielsweise ein konstanter Druck oder ein vorgegebener Druckverlauf während der Vorformung bzw. Umformung).
  • Im Folgenden werden zwei Ausführungsformen beschrieben: Gemäß der ersten Ausführungsform ist das Wirkmedium eine Flüssigkeit, insbesondere ein Öl oder eine Öl-/Wasseremulsion. Gemäß der zweiten Ausführungsform ist das Wirkmedium gasförmig, insbesondere Druckluft, Stickstoff oder Sauerstoff. Grundsätzlich ist als Wirkmedium jedes formanpassungsfähige Medium geeignet, beispielsweise auch Sand- oder Stahlkugeln. Sowohl bei einem flüssigen als auch bei einem gasförmigen Wirkmedium ist es vorteilhaft, das Wirkmedium während der Umformung in einen Druckspeicher zu leiten, aus dem es für die Vorformung eines weiteren Werkstücks in den Hohlraum rückführbar ist.
  • Die nachfolgenden Ausgestaltungen sind insbesondere bei der ersten Ausführungsform mit flüssigem Wirkmedium vorteilhaft:
    • Das flüssige Wirkmedium ist vorzugsweise in einem Hohlraum eines der Werkzeuge aufgenommen, soweit es sich nicht im Druckspeicher befindet. Der Druck für die Vorformung wird im Hohlraum vorteilhaft sehr schnell (innerhalb einer Sekunde) durch gegeneinander verfahrbare Teile bzw. Kolben eines der Werkzeuge aufgebaut. Während des Umformens des Werkstücks wird das überschüssige Wirkmedium durch die relative Bewegung des Umformstempels zum Hohlraum, also durch das Eintauchen des Umformstempels in das vorgespannte Blech-Öl-Kissen bei Erreichen eines regelbaren Maximaldrucks in den Druckspeicher gepresst, wo es, insbesondere durch eine komprimierte Gasblase, unter leichtem Druck gehalten wird. Alternativ kann der Druckspeicher auch eine elastische Wand beinhalten, welche während des Umformens so weit vorgespannt wird, dass das Wirkmedium von selbst wieder in den Hohlraum zurückfließen kann. Dementsprechend ist in vorteilhaften Ausgestaltungen vorgesehen, dass das Wirkmedium nach dem Umformen des Werkstücks beim Öffnen des Werkzeugs vom Druckspeicher sofort in den Hohlraum zurückfließt, insbesondere passiv. In anderen Worten erfolgt die Rückführung des flüssigen Wirkmediums von dem Druckspeicher in den Hohlraum des Werkzeugteils fast drucklos im Leerhub vor der nächsten Vorformung. Mit "drucklos" ist hier gemeint, dass keine Pumpe oder ein Hydraulikaggregat benötigt wird. Gegebenenfalls kann dabei auch die Schwerkraft zu Hilfe genommen werden, indem der Druckspeicher oberhalb des Hohlraums angeordnet ist.
  • Ein Vorteil der hydromechanischen Umformung ist, dass hiermit auch dickere Aluminiumbleche (z.B. 1,2 und 1,5 mm) ggf. ohne die sonst nötigen Werkzeugänderungen (insbesondere Ziehspalt) umgeformt werden können.
  • In vorteilhaften Ausführungsformen bildet das System Druckspeicher, Verbindungsleitungen und ggf. Hohlraum ein geschlossenes System, das lediglich zur erstmaligen Befüllung, bei Revisionen und ggf. zur Kompensation von Leckagen mit dem Wirkmedium befüllt werden muss. Während des regulären Betriebs der Vorrichtung ist kein Hydraulikaggregat erforderlich.
  • Daher ist es vorteilhaft, wenn das flüssige Wirkmedium im Hohlraum mit einer Membran abgedichtet ist, um Leckagen zu vermeiden und auch eine schnellere Rückführung des Wirkmediums während des Rückhubs der Maschine zu ermöglichen. Vorteilhaft ist die Membran aus einem gut umformbaren Material.
  • Nachfolgend wird vereinfachend davon ausgegangen, dass es sich bei dem Werkzeug mit dem Hohlraum um das zweite Werkzeug handelt, welches insbesondere ein Unterwerkzeug sein kann. Das erste Werkzeug kann insbesondere einen Blechniederhalter und einen Stempel aufweisen und ist vorzugsweise ein Oberwerkzeug. Grundsätzlich ist aber auch eine umgekehrte Anordnung, z.B. beim Arbeiten mit Gas als Wirkmedium, möglich.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Werkzeug, in welchem der Hohlraum ausgebildet ist, eine Vielzahl von Kolben auf, die zum Vorformen des Werkstücks derart verstellbar sind, dass das Volumen des Hohlraums verkleinert oder vergrößert werden kann. Dadurch wird auf einfache Weise ein Verdrängungsvolumen geschaffen, mit welchem, insbesondere während der Vorformung, der Hohlraum verkleinert und somit das Wirkmedium unter Druck gesetzt werden kann. Vorteilhaft kann der Druck im Hohlraum gezielt gesteuert oder geregelt werden, entweder durch eine steuerbare Durchflusseinrichtung (wie oben beschrieben) oder durch gezielte Steuerung der Bewegung der Kolben. Es können beispielsweise 5 bis 30 Kolben vorgesehen sein. Ein derartiges Zylinderkissen ist leichter abdichtbar als andere Ausführungsformen. Zudem können bestehende Tiefzieh-Vorrichtungen leichter umgerüstet werden, indem lediglich in das Werkzeug, in welchem der Hohlraum ausgebildet ist, ein Zylinderkissen eingebaut wird.
  • In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung weist das Werkzeug, in welchem der Hohlraum ausgebildet ist, mindestens zwei zueinander verfahrbare Teile auf, die zum Vorformen (Vorwölben) des Werkstücks relativ zueinander verstellt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass ein zweites Werkzeug der Vorrichtung, insbesondere ein Unterwerkzeug, mindestens zweiteilig ausgeführt ist und beispielsweise einen verfahrbaren äußeren Ring und ein feststehendes Innenteil aufweist.
  • Zur Vorformung des Werkstücks ist es dann lediglich erforderlich, den äußeren Ring mit der Maschine gegenüber dem Innenteil bzw. Mittelteil zu verfahren, wodurch sich die Gegenwölbung des Blechteils aufgrund des in der Mitte des Werkzeugs verbleibenden Wirkmediums unter lediglich passiv gesteuertem Druck (z.B. mittels eines Proportionaldruckventils) automatisch einstellt. Hierzu sind im Gegensatz zum aktiven hydromechanischen Umformverfahren keine zusätzlichen Aggregate an der Vorrichtung (Presse) notwendig.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das flüssige Wirkmedium während des Umformens des Werkstücks über eine steuerbare Durchflusseinrichtung, insbesondere ein steuerbares Druckventil, in den Druckspeicher gepresst. Dabei wird der Umformstempel relativ zum gewölbten Werkstück bewegt (in das vorher gebildete "Kissen" hineingedrückt), wodurch das Werkstück allmählich an den Umformstempel "herangewalkt" wird. Das dabei verdrängte Wirkmedium wird, vorzugsweise unter passiv gesteuertem Druck, in einen oder mehrere Druckspeicher gepresst. Der oder die Druckspeicher können sich dabei direkt am bzw. im Werkzeug befinden. Von dem Druckspeicher aus kann das Wirkmedium mit einer nachfolgenden Rückbewegung bzw. einem Hochfahren des ersten Werkzeugs (Niederhalter) wieder kontrolliert in den Hohlraum (Wasserkasten) zurückströmen.
  • Das Vorformen des Werkstücks in Richtung auf den Umformstempel lässt sich besonders einfach dadurch bewerkstelligen, dass zum Vorformen des Werkstücks ein Klemmelement (Niederhalter) des ersten Werkzeugs (Werkzeugoberteil) zusammen mit einem Außenteil des zweiten Werkzeugs (Werkzeugunterteil) verfahren wird. Insbesondere ist es bevorzugt, dass das Klemmelement, welches den Rand des Werkstücks klemmend einspannt, gegenüber einem feststehenden Innenteil des zweiten Werkzeugs nach unten verfahren wird und dabei das äußere, ringförmige Teil des zweiten Werkzeugs mitbewegt. Das Innenteil des zweiten Werkzeugs beinhaltet hierbei insbesondere den Boden oder einen Bodenbereich des Hohlraums, während das äußere Teil des zweiten Werkzeugs einen gegenüber dem feststehenden Bodenbereich verfahrbaren Randbereich umfasst. Auf diese Weise wird durch die Bewegung des Klemmelements (Niederhalters) des ersten Werkzeugteils die Vorformung des Werkstücks in Richtung auf das erste Werkzeugteil bzw. den Umformstempel bewirkt. Das Klemmelement (Niederhalter) des ersten Werkzeugs wird dabei mit dem für die Vorformung erforderlichen Druck gegen das äußere Element des zweiten Werkstücks gedrückt. Damit lässt sich die Vorformung besonders einfach und insbesondere ohne Einsatz eines Hydraulikaggregats bewirken.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das flüssige Wirkmedium nach Abschluss der Umformung aus dem Druckspeicher in den Hohlraum rückgeführt, insbesondere während einer Rückverstellung der Teile des zweiten Werkzeugs relativ zueinander. Auf diese Weise steht das Wirkmedium für einen nachfolgenden Vorformprozess wieder zur Verfügung.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren (mit flüssigem oder gasförmigen Wirkmedium) dadurch zum Tiefziehen unterschiedlicher Formen angepasst werden, dass nur der Umformstempel und das Klemmelement des ersten Werkzeugs ausgetauscht werden, während das zweite Werkzeug, in dem der Hohlraum ausgebildet ist, zum Tiefziehen verschiedener geometrisch ähnlicher Formen einer Bauteilfamilie verwendet werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren ist also sehr versatil.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass als Wirkmedium ein gasförmiger Stoff (gasförmiges Wirkmedium) verwendet wird. Bei einem gasförmigen Wirkmedium ist auch ein umgekehrter Einbau der Werkzeuge (Stempel und Blechhalter unten auf dem Ziehkissen und geschlossene Matrize oben) möglich. Als Gas kommt beispielsweise Stickstoff oder Sauerstoff in Betracht. Insbesondere kann hierbei auch auf eine Zweiteilung des zweiten Werkzeugs verzichtet werden. Das gasförmige Wirkmedium wird zur Vorformung des Werkstücks lediglich passiv aus dem etwas vorgespannten Druckspeicher mit 30 - 50 bar in den Raum zwischen zweitem Werkzeug und Werkstück (Hohlraum) eingeleitet. Kurz nach dem Schließen des Niederhalters mit dem Erreichen eines zum Abdichten notwendigen Minimaldrucks wird Druckluft aus dem Druckspeicher in den Hohlraum eingelassen und die Platine wölbt sich dem Stempel entgegen. Danach taucht der Umformstempel in das nun vorgespannte Kissen ein und drückt dabei sowohl den nun vorgedehnten Werkstoff weiter nach außen als auch die überschüssige Luft unter einem regelbaren Maximaldruck wieder in den Druckspeicher zurück, wo sie dann wieder für den nächsten Hub zur Verfügung steht. Durch den Druckübersetzer muss dann nur noch ein kleiner Teil Restdruck aufgebaut werden, der i.A. beim Öffnen des Werkzeugs als Leckluft verloren geht.
  • Wenn als Wirkmedium ein gasförmiger Stoff verwendet wird, muss der Hohlraum im zweiten Werkzeug nicht volumen-veränderlich sein. Er kann auch sehr klein oder gar nicht vorhanden sein, bzw. der Hohlraum wird lediglich durch den (während des Vor- und Umformprozesses ehr oder weniger kleinen) Raum oder Spalt zwischen dem Werkstück und dem zweiten Werkzeug (i.d.R. der Matrize) definiert. Daher ist diese Ausführungsform besonders leicht umrüstbar.
  • Zur Füllung des Druckspeichers kann Druckluft, welche üblicherweise ohnehin verfügbar ist, eingesetzt werden. Gegebenenfalls kann zur Druckerhöhung ein Druckübersetzer verwendet werden (beispielsweise zur Erhöhung von Druckluft mit 10 bar auf etwa 20-30 bar).
  • Dieses sogenannte passive Gas-Druck-Verfahren hat die folgenden Vorteile:
    1. 1. Sämtliche Vorteile des passiven hydrodynamischen Verfahrens können mit nochmals verringertem Aufwand erreicht werden.
    2. 2. Aufgrund des schnelleren Ein - und Ausströmens von Luft bzw. Gas können höhere Hubzahlen als beim passiven hydrodynamischen Verfahren erreicht werden. Vorstellbar sind 3-5 Sekunden/Hub, also 12-20 Hübe pro Minute.
    3. 3. Das Verfahren unter Verwendung eines gasförmigen Wirkmediums kann besonders günstig in einfachen Pressen bzw. Pressenstraßen eingesetzt werden. Beliebige Tiefziehwerkzeuge sind einfach nachrüstbar.
  • Das gasförmige Wirkmedium wird vorzugsweise während der Vorformung des Werkstücks aus dem Druckspeicher in den Hohlraum eingeleitet. Besonders vorteilhaft wird das gasförmige Wirkmedium direkt nach dem Schließen der Werkzeuge während der Vorformung des Werkstücks mit großer Geschwindigkeit aus einem gemäß der benötigten homogenen Vordehnung des Werkstücks definiert vorgespannten Druckspeicher in den Hohlraum eingeleitet. Zur Vorformung ist daher kein zusätzliches Pneumatikwerkzeug erforderlich. Der erforderliche Druck zur Vorformung des Werkstücks wird durch das im Druckspeicher gespeicherte Wirkmedium bereitgestellt.
  • Vorteilhaft wird das Druckmedium während der Umformung unter Druck in den Druckspeicher gepresst, in einigen Ausführungsformen durch eine steuerbare Durchflusseinrichtung. Dadurch wird ein ausreichend hoher Druck im Hohlraum aufgebaut, so dass kein Pneumatikwerkzeug erforderlich ist, maximal ein Druckübersetzer zur Druckerhöhung.
  • Insbesondere für die Umstellung von Stahlblechen auf Aluminiumbleche in der Automobilbranche ist es besonders vorteilhaft, dass für das Verfahren mit gasförmigem Wirkmedium ein konventionelles Werkzeug, so wie es derzeit für Stahlplatinen verwendet wird, auf Aluminiumplatinen umgerüstet werden kann, insbesondere durch Einbau des Druckspeichers. Dabei kompensiert die pneumatische und homogene Vorformoperation die üblicherweise geringere Umformbarkeit von Aluminiumblechen, so dass bisher nur mit Stahl mögliche Bauteile nun mit denselben Werkzeugen auch in Aluminium hergestellt werden können: z.B. als Prototypen zum Testen und zum Vergleichen mit den Teilen aus Stahl. Dazu muss der Niederhalter lediglich soweit vor den Stempel gefahren werden, dass sich das Blech mit einer zu definierenden Vordehnung (i. A. 2 - 5%) dem Stempel entgegen wölben kann, und dazu muss der Stempel auch nicht gegen den Niederhalter abgedichtet werden. Die Matrize kann einteilig sein.
  • Bei beiden Ausführungsformen (flüssiges oder gasförmiges Wirkmedium) kann es vorteilhaft sein, das Werkstück vor dem Einspannen auf eine Temperatur von 150° C bis 300° C, vorzugsweise 160° C bis 200° C, zu erwärmen. Insbesondere bei Werkstücken aus Aluminiumlegierung erhöht dies die Umformbarkeit erheblich, wodurch komplexere Formen erreicht werden können.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das Wirkmedium auf eine Temperatur von 150° C bis 300° C, vorzugsweise 160° C bis 200° C, erwärmt werden. Dies bietet sich insbesondere für ein flüssiges Wirkmedium an, welches im Druckspeicher mittels Heizschlangen oder ähnlichem erwärmt werden kann. Auch ein gasförmiges Wirkmedium kann gegebenenfalls erwärmt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von relativ flachen Bauteilen, insbesondere kann die Höhe der Vorformung 100 bis 200 mm und die maximale Höhe des umgeformten Werkstücks zwischen 100 und 250 mm, vorzugsweise 100 bis 200 mm betragen, bei einer minimalen Breite von mehr als 600mm bis 1000mm, vorzugsweise 700-800mm. Dadurch können die Werkstücke mit Tiefziehvorrichtungen mit einer entsprechenden maximalen Ziehtiefe von beispielsweise 400 bis 500 mm hergestellt werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein erstes Werkzeug und ein zweites Werkzeug zum Einspannen des Werkstücks, einen Druckspeicher zur Aufnahme eines Wirkmediums, mit welchem das Werkstück in eine erste Richtung durch Druckbeaufschlagung vorformbar ist, und einen Umformstempel zum Umformen des Werkstücks in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung, wobei das Wirkmedium während des Umformens durch die Bewegung des Umformstempels in den Druckspeicher einleitbar ist. In vorteilhaften Ausführungsformen ist in einem der Werkzeuge ein Hohlraum vorgesehen, in welchem das nicht im Druckspeicher befindliche Wirkmedium aufgenommen ist.
  • In einigen Ausführungsformen wird ein flüssiges Wirkmedium verwendet, welches in einem Hohlraum eines der Werkzeuge aufgenommen ist. Gemäß einer ersten Ausführungsform weist dabei das Werkzeug, in welchem der Hohlraum ausgebildet ist, mindestens zwei zueinander verfahrbare Teile auf, die zum Vorformen des Werkstücks relativ zueinander verstellt werden. Dadurch wird effektiv das Volumen des Hohlraums verändert und dadurch das Wirkmedium in das Werkstück gepresst. Vorteilhaft ist das Wirkmedium in dieser Ausführungsform nahezu inkompressibel. Gemäß einer zweiten Ausführungsform weist das Werkzeug, in welchem der Hohlraum ausgebildet ist, eine Vielzahl von Kolben auf, die zum Vorformen des Werkstücks derart verstellbar sind, dass das Volumen des Hohlraums verkleinert oder vergrößert werden kann. Die Wirkungsweise ist ansonsten ähnlich wie bei der zweiteiligen Ausführungsform. Ein solches "Zylinderkissen" kann in eines der beiden Werkzeuge eingebaut sein.
  • Im Fall eines gasförmigen Wirkmediums kann die Vorrichtung durch Umrüsten einer konventionellen Tiefziehvorrichtung hergestellt werden, indem ein Druckspeicher für das Wirkmedium vorgesehen wird, sowie entsprechende Einleitöffnungen zum Einleiten des Wirkmediums aus dem Druckspeicher in den Hohlraum. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn die Einleitöffnungen von Entlüftungslöchern gebildet werden. Derartige Entlüftungslöcher sind in bestehenden Tiefzieh-Vorrichtungen bereits vorhanden und können bei der Umrüstung zu einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einfach als Einleitöffnungen verwendet werden. Dadurch ist es sehr einfach, eine bestehende Vorrichtung derart umzurüsten, dass sie das erfindungsgemäße Verfahren durchführen kann. Vorteilhaft werden die Entlüftungslöcher etwas aufgebohrt und dadurch vergrößert.
  • Besonders vorteilhaft ist die Vorrichtung - sowohl für flüssiges als auch für gasförmiges Wirkmedium - ferner dadurch zum Tiefziehen unterschiedlicher Formen anpassbar, dass nur der Umformstempel und der Klemmring eines der beiden Werkzeuge ausgetauscht werden, während das Werkzeug, in dem der Hohlraum ausgebildet ist, zum Tiefziehen verschiedener geometrisch ähnlicher Formen verwendbar ist. Dadurch kann die Vorrichtung einfach zur Herstellung verschiedener Bauteile umgerüstet werden.
  • Als Druckspeicher ist vorteilhaft ein Druckluftspeicher vorgesehen, welcher mit einem Nachverdichter für eine Druckerhöhung ausgestattet ist. Der Nachverdichter/Druckübersetzer kann z.B. den Druck von 10 bar auf 25 bis 30 bar erhöhen. Vorteilhaft ist der Druckübersetzer derart steuerbar, dass der Druck im Hohlraum eingestellt werden kann und insbesondere während des Vorformens und/oder Umformens ein vorteilhaftes vorbestimmtes Druckprofil aufweist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist eines der Werkzeuge einen Niederhalter und einen Umformstempel auf, wobei das Werkzeug derart ausgelegt ist, dass der Niederhalter dem Umformstempel um eine Strecke von bis zu 20% des Durchmessers des Umformstempels vorauseilen kann. Dadurch wird eine ausreichend große Vorformung gewährleistet.
  • Vorrichtungsmäßig ist es bevorzugt, dass das zweite Werkzeug mindestens zweiteilig aufgebaut ist, dass die mindestens zwei Teile des zweiten Werkzeugs relativ zueinander verstellbar sind und dass durch eine Verstellung der Teile des zweiten Werkzeugs relativ zueinander eine Vorformung des Werkstücks mittels des Wirkmediums in Richtung des Umformstempels bewirkbar ist. Vorzugsweise weisen die Teile des zweiten Werkzeugs jeweils eine Begrenzungswand des Hohlraums auf, das heißt, der Hohlraum grenzt sowohl an ein erstes als auch ein zweites Teil des zweiten Werkzeugs an. Das zweite Werkzeug umfasst vorzugsweise ein Innenteil und ein insbesondere ringförmiges Außenteil. Vorzugsweise ist zumindest eine Begrenzungswand des Hohlraums zur Durchführung des Verfahrensschrittes des Vorformens des Werkstücks bewegbar. Die bewegbare Begrenzungswand ist vorzugsweise an dem Außenteil des zweiten Werkzeugs ausgebildet, wobei das Außenteil zugleich ein Klemmelement zum Einspannen des Werkstücks bilden kann. Die mindestens zwei Teile des zweiten Werkzeugs sind also vorzugsweise derart zueinander verstellbar und gegeneinander abgedichtet, dass das Werkstück durch das Wirkmedium in Richtung des Umformstempels vorformbar ist. Die Vorformung wird also durch die Verstellung der Teile des zweiten Werkzeugs relativ zueinander bewirkt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Hohlraum bzw. Wirkmedienraum bzw. das zweite Werkzeug einen feststehenden Bodenbereich und einen in Bewegungsrichtung des Umformstempels bewegbaren Seitenwandbereich aufweist. Der feststehende Bodenbereich kann insbesondere mit einem Tisch (Pressentisch) gekoppelt sein und insbesondere am Innenteil des mindestens zweiteiligen Werkzeugs ausgebildet sein. Der bewegbare Seitenwandbereich ist vorzugsweise am Außenteil des zweiten Werkzeugs gebildet und relativ zu dem Tisch, insbesondere in vertikaler Richtung, verfahrbar.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Außenteil des zweiten Werkzeugs und ein Klemmelement des ersten Werkzeugs bewegbar relativ zu einer Vorrichtungsbasis angeordnet sind und dass sowohl das Außenteil des zweiten Werkzeugs als auch das Klemmelement des ersten Werkzeugs mit einer Andruckkraft beaufschlagbar sind. Das Außenteil des zweiten Werkzeugs ist dabei vorzugsweise als weiteres Klemmelement ausgebildet, so dass ein Randbereich des Werkstücks zwischen dem Klemmelement des ersten Werkzeugs und dem Klemmelement des zweiten Werkzeugs einspannbar ist. Beide Klemmelemente sind relativ zu einer Vorrichtungsbasis, beispielsweise einem Tisch, verfahrbar. Hierzu sind die beiden Klemmelemente jeweils mit einer Vorschubeinrichtung, beispielsweise einem Stößel, verbunden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Werkstück und/oder die Vorrichtung, insbesondere der Umformstempel, vor dem Vorformen und/oder vor dem Umformen des Werkstücks vorgeheizt werden, insbesondere auf die oben genannten Temperaturen. Hierdurch ist es möglich, eine weiter verbesserte Vorformung bzw. Umformung zu realisierten, so dass insbesondere Formen herstellbar sind, die mit herkömmlichem Tiefziehen nicht darstellbar sind.
  • Besonders vorteilhaft weist die Vorrichtung kein Hydraulikaggregat oder Zusatzpumpen für das Wirkmedium auf.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden, schematischen Figuren weiter beschrieben. In den Figuren zeigt:
    • Figur 1:
    eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform mit einem eingelegten Werkstück;
    Figur 2:
    die Vorrichtung gemäß Figur 1 nach Abschluss eines Vorformschrittes;
    Figur 3:
    die Vorrichtung nach Figur 1 nach Abschluss einer Umformung des Werkstücks;
    Figur 4:
    eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform mit einem eingelegten Werkstück;
    Figur 5:
    die Vorrichtung gemäß Figur 4 nach Abschluss eines Vorformschrittes; und
    Figur 6:
    die Vorrichtung nach Figur 4 nach Abschluss einer Umformung des Werkstücks.
  • Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Die Figuren 1 bis 3 zeigen eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Umformen, insbesondere Tiefziehen von Werkstücken 2 (Platinen), insbesondere zur Durchführung einer wirkmedienbasierten Umformung. Die Vorrichtung 10 umfasst ein erstes Werkzeug 20, welches in der dargestellten Ausführungsform ein Oberwerkzeug ist. Die Vorrichtung 10 umfasst des Weiteren ein zweites Werkzeug 40, welches in der dargestellten Ausführungsform ein Unterwerkzeug ist.
  • Ein Werkstück 2 ist zwischen dem ersten Werkzeug 20 und dem zweiten Werkzeug 40 entlang seines Randbereichs einspannbar. Hierzu umfasst das erste Werkzeug 20 ein Klemmelement 24 bzw. einen Niederhalter und das zweite Werkzeug 40 ein Außenteil 44, welches auch als zweites Klemmelement bezeichnet werden kann. Ein Randbereich des Werkstücks 2 ist zwischen dem Niederhalter 24 und dem Außenteil 44 einspannbar. Niederhalter 24 und Außenteil 44 sind in einer axialen, insbesondere vertikalen Richtung zueinander verfahrbar, um das Werkstück 2 zu spannen. Niederhalter 24 und Außenteil 44 können auch als erstes bzw. zweites Klemm- oder Spannelement bezeichnet werden.
  • Das erste Werkzeug 20 umfasst des Weiteren einen Umformstempel 22, der in axialer Richtung relativ zu dem Niederhalter 24 verfahrbar ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Umformstempel 22 ortsfest angeordnet (relativ zu einer feststehenden Basis der Vorrichtung 10) und der Niederhalter 24 relativ zu der Basis in axialer Richtung verfahrbar. Der Umformstempel 22 (Ziehstempel) ist zum Umformen des Werkstücks 2 mit einer stirnseitigen Umformgeometrie versehen.
  • In dem zweiten Werkzeug 40 ist ein Hohlraum 46 zur Aufnahme eines fluiden Wirkmediums vorgesehen, gegen welches das Werkstück 2 mittels des Umformstempels 22 umformbar ist. Der Hohlraum 46 (Wirkmedienraum) ist an seiner dem Werkstück 2 bzw. Umformstempel 22 zugewandten Fläche mit einer Membran 50 verschlossen und auf diese Weise gegen das Werkstück 2 abgedichtet. Ferner mündet in den Hohlraum 46 eine Fluidpassage 48 (Fluidleitung), welche vorzugsweise in dem Außenteil 44 des zweiten Werkzeugs 40 ausgebildet ist.
  • Das zweite Werkzeug 40 umfasst des Weiteren ein Innenteil 42, das relativ zu dem Außenteil 44 in Axialrichtung verfahrbar ist und einen Bodenabschnitt des Hohlraums 46 bildet. Das umlaufende (ringförmige) Außenteil 44 bildet einen mit dem Bodenabschnitt des Hohlraums 46 verbundenen Seitenwandabschnitt. Innenteil 42 und Außenteil 44 sind durch umlaufende Dichtringe 52 zueinander abgedichtet, so dass Wirkmedium auch unter erhöhtem Druck nicht entweichen kann.
  • Die Fluidpassage 48 ist über eine steuerbare Durchflusseinrichtung 58, insbesondere ein Steuer- oder Regelventil, mit einem Druckspeicher 60 zur Aufnahme von Wirkmedium verbunden. Das Wirkmedium kann so von dem Hohlraum 46 in den Druckspeicher 60 gelangen und umgekehrt.
  • Zum Vorformen, das heißt Vorwölben, des Werkstücks 2 in Richtung des Umformstempels 22 bzw. eine der nachfolgenden Umformung entgegengesetzte Richtung, wird das Außenteil 44 des zweiten Werkzeugs 40 in axialer Richtung relativ zu dem Innenteil 42 verfahren, insbesondere nach unten, insbesondere relativ zu einer Vorrichtungsbasis 12 bzw. einem Tisch. Hierdurch verkleinert sich der durch das flach aufliegende Werkstück 2 gebildete (definierte) Hohlraum, so dass sich das Werkstück 2 in Richtung des Umformstempels 22 (nach oben) vorwölbt, siehe Fig. 2. Das Außenteil 44 ist beispielsweise mittels mehrerer Stößel 54 (Ziehstößel) mit einem in den Figuren nicht dargestellten Ziehkissen verbunden. Wird das Außenteil 44 (beweglicher Ring, Außenring) mit der erforderlichen Anpresskraft (für Aluminium wohl <5.000 kN) nach unten gedrückt, so stellt sich aufgrund des in der Mitte des zweiten Werkzeugs 40 verbleibenden "Wirkmedienkissens" (Emulsionskissen) eine Wölbung des Werkstücks 2 automatisch ein. Diese Vorformung des Werkstücks 2 erfolgt vorzugsweise druckgesteuert, insbesondere mit passiv gesteuertem Druck, mittels der Durchflusseinrichtung 58. Die Durchflusseinrichtung 58 kann direkt an dem zweiten Werkzeug 40 angeordnet sein. Zur Vorformung sind somit keine zusätzlichen Aggregate, insbesondere kein Hydraulikaggregat, erforderlich. Die Vorformung erfolgt insbesondere ohne Einleitung von Wirkmedien in den Wirkmedienraum bzw. Hohlraum 46.
  • Am Ende der Vorformung ist ein innerer Bereich des Werkstücks 2 nach oben gewölbt und liegt vorzugsweise etwa mittig am Umformstempel 22 an. Dieser Zustand ist in Figur 2 dargestellt. In einem nächsten Schritt (siehe Fig. 3) wird der Umformstempel 22 in Richtung des Hohlraums 46 verfahren, wobei grundsätzlich eine Bewegung des Umformstempels 22 und/oder des Hohlraums 46 möglich ist. Zugleich kann, in einer bevorzugten Ausgestaltung, auch das Außenteil 44 weiter relativ zu dem Innenteil 42 bewegt werden. Der Stempel wird insbesondere in das zuvor gebildete Wirkmedienkissen (also in den Hohlraum 46) eingedrückt, wodurch das Werkstück 2 (Blech) allmählich an den Umformstempel 22 "herangewalkt" wird. Das dabei verdrängte Wirkmedium wird, durch Drucksteuerung mittels der Durchflusseinrichtung 58, in einen vorzugsweise direkt am zweiten Werkzeug 40 angeordneten Druckspeicher 60 gepresst. Der Druckspeicher 60 kann hierbei auch mehrere Speicherbehälter umfassen. Aus dem Druckspeicher 60 kann das Wirkmedium mit dem Hochfahren bzw. der Rückbewegung des Niederhalters 24 wieder kontrolliert in den Hohlraum 46 (Wasserkasten) zurückströmen. Das Ende des Umformschritts ist in Fig. 3 dargestellt, bei welchem das Werkstück 2 zwischen Umformstempel 22 und Wirkmedium geformt wurde.
  • In einer Alternativvariante kann als Wirkmedium, insbesondere bei einem umgekehrten Einbau der Werkzeuge (erstes Werkzeug mit Stempel und Niederhalter unten auf einem Ziehkissen und zweites Werkzeug oben) auch ein Gas, insbesondere Druckluft (beispielsweise Stickstoff und/oder Sauerstoff) eingesetzt werden. Hierbei ist insbesondere auch ein einteiliges zweites Werkzeug denkbar, wie in den Figuren 4 bis 6 dargestellt.
  • In diesem Fall kann als Druckspeicher 60 eine handelsübliche Druckluftflasche, z.B. mit Druckluft, Stickstoff oder Sauerstoff, verwendet werden. In einigen Ausführungsformen wird zur Druckerhöhung ein Druckübersetzer (nicht dargestellt) verwendet. In vorteilhaften Ausführungsformen ist der Druckübersetzer steuerbar, d.h. der Druck des Wirkmediums kann über den Druckübersetzer eingestellt (gesteuert oder geregelt) werden. Die Gasleitung 48 vom Druckspeicher 60 zum Hohlraum 46 weist eine Durchflusseinrichtung 58, insbesondere ein Ventil, auf, welche zumindest geöffnet und geschlossen werden kann. Die Durchflusseinrichtung 58 ist in vorteilhaften Ausführungsformen steuerbar, so dass der Druck des Wirkmediums durch sie eingestellt und im Verlauf des Vorformens und Umformens derart geregelt und gesteuert werden kann, dass ein bestimmtes Druckprofil erreicht wird.
  • Wie in Figur 4 ersichtlich, ist der Stempel 22 hier im unteren Werkzeug 20 angeordnet, während das - hier einteilige - obere Werkzeug 40 die Matrize 43, ein Außenteil 24 und den Hohlraum 46 umfasst. Der Hohlraum 46 ist in diesem Fall kein Raum, in dem vor der Vorformung schon Druckmedium aufgenommen ist, sondern der mehr oder weniger große Raum zwischen Matrize und eingespanntem Werkstück 2. Zur druckdichten Abdichtung des Werkstücks 2 gegenüber dem Außenteil 24 des oberen Werkzeugs kann ein umlaufendes Dichtelement 50 vorhanden sein.
  • Nachdem das Werkstück 2 eingelegt worden ist, wird der Niederhalten 44 um die für die gewünschte Vordehnung (zum Beispiel 2-10%) erforderliche Distanz über den Stempel 22 hinaus hochgefahren und klemmt das Werkstück 2 zwischen sich und dem Außenteil 24 des oberen Werkzeugs 40 ein (siehe Figur 5). Die Druckluft wird sofort nach dem Schließen und dem Aufbau des zum Abdichten erforderlichen Drucks im Ziehkissen oben in die geschlossene Matrize bzw. den Hohlraum 46 eingeleitet, wodurch sich das Werkstück 2 nach unten dem Stempel entgegenwölbt, z.B. bis es den Stempel 22 berührt. Das Ende dieses Schrittes ist in Figur 5 dargestellt.
  • Daraufhin wird der Stempel 22 nach oben verfahren, wird also in den Hohlraum 46 eingedrückt, wodurch das Werkstück 2 allmählich an den Umformstempel 22 "herangewalkt" wird. Das Ende dieses Schrittes ist in Fig. 6 dargestellt. Im dargestellten Beispiel weist die Matrize 43 die Gegenform zum Umformstempel 22 auf, so dass das Werkstück 2 am Ende des Umformschritts praktisch an der Matrize 43 anliegt und das Volumen des Hohlraums 46 sehr gering ist bzw. auf Null zurückgeführt worden ist. Das dabei verdrängte gasförmige Wirkmedium wird durch die Gasleitung 48 wieder zurück in den Druckspeicher 60 gepresst und steht dort für den nächsten Vorformschritt zur Verfügung. Es wird also bevorzugt auch mit dem gasförmigen Wirkmedium ein geschlossener Kreislauf hergestellt. Beim Öffnen des Werkzeugs entweicht nur die Luft zwischen Matrize 43 und Werkstück 2 - bei nicht an den Stempel 22 angepassten Matrizen 43 ist dies eine kleine Menge, die dann mit Druckluft aufgefüllt werden muss.
  • Bei einem Werkzeugwechsel muss in dieser Ausführungsform lediglich der Stempel 22 unten ausgetauscht werden. Das zweite Werkzeug 40 (Matrize 43) könnte für eine ganze Bauteilfamilie mit ähnlichen Abmessungsverhältnissen und unterschiedlichen Werkstoffen oben in der Vorrichtung verbleiben.
  • Bei diesem sogenannten passiven Gas-Druck-Verfahren kann die Umformung des Werkstücks 2 mit nochmals verringertem Aufwand erreicht werden.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Umformen, insbesondere Tiefziehen, eines Werkstücks (2), wobei das Werkstück (2) eine Blech- oder Folienplatine aus einer Aluminiumlegierung ist, mit den Verfahrensschritten:
    • Einspannen des Werkstücks (2) zwischen einem ersten Werkzeug (20) und einem zweiten Werkzeug (40),
    • Vorformen des Werkstücks (2) in eine erste Richtung durch Druckbeaufschlagung mit einem Wirkmedium,
    • Umformen des Werkstücks (2) zwischen einem Umformstempel (22) und dem Wirkmedium in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung, wobei das Wirkmedium während des Umformens durch die Bewegung des Umformstempels (22) in einen Druckspeicher (60) gepresst wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Werkstück (2) bei der Vorformung homogen, d.h. an jeder Stelle des Werkstücks mit einer Vordehnung von 2-10%, vorzugsweise 2-5%, besonders bevorzugt 3-4%, verformt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei eines der beiden Werkzeuge (20, 40) ein Klemmelement (24) und einen formgebenden Umformstempel (22) aufweist, wobei beim Vorformen das Klemmelement (24) dem formgebenden Umformstempel (22) um einen gemäß der gewünschten Vordehnung und der Umformbarkeit des Werkstücks (2) zu definierenden Betrag vorauseilt, insbesondere um bis zu 20% des größten Durchmessers des Werkstücks.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei als Wirkmedium ein flüssiges Wirkmedium verwendet wird, welches in einem Hohlraum (46) eines der Werkzeuge (20, 40) aufgenommen ist und nach dem Umformen des Werkstücks (2) während des Rückhubs des Umformstempels (22) vom Druckspeicher (60) in den Hohlraum (46) zurückfließt, wo es für den nächsten Hub zur Verfügung steht.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    wobei das flüssige Wirkmedium im Hohlraum (46) mit einer Membran (50) zum Werkstück (2) abgedichtet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 - 5, welches dadurch zum Tiefziehen unterschiedlicher Formen angepasst wird, dass nur der Umformstempel (22) und das Klemmelement (24) des ersten Werkzeugs (20) ausgetauscht werden, während das zweite Werkzeug (40), in dem der Hohlraum (46) ausgebildet ist, zum Tiefziehen verschiedener geometrisch ähnlicher Formen einer Bauteilfamilie verwendet werden kann.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3,
    wobei als Wirkmedium ein gasförmiges Wirkmedium verwendet wird, welches direkt nach dem Schließen der Werkzeuge (20, 40) während der Vorformung des Werkstücks (2) aus einem gemäß der benötigten homogenen Vordehnung des Werkstücks (2) definiert vorgespannten Druckspeicher (60) in den Hohlraum (46) eingeleitet wird.
  8. Vorrichtung zum Umformen, insbesondere Tiefziehen, eines Werkstücks (2), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 7, aufweisend
    ein erstes Werkzeug (20) und ein zweites Werkzeug (40) zum Einspannen des Werkstücks (2),
    einen Druckspeicher (60) zur Aufnahme eines Wirkmediums, mit welchem das Werkstück (2) in eine erste Richtung durch Druckbeaufschlagung vorformbar ist, und
    einen Umformstempel (22) zum Umformen des Werkstücks (2) in eine der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung, wobei das Wirkmedium während des Umformens durch die Bewegung des Umformstempels (22) in den Druckspeicher (60) einleitbar ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
    wobei als Wirkmedium ein flüssiges Wirkmedium verwendet wird, welches in einem Hohlraum (46) eines der Werkzeuge (20, 40) aufgenommen ist, und wobei das Werkzeug (40), in welchem der Hohlraum (46) ausgebildet ist, mindestens zwei zueinander verfahrbare Teile (42, 44) aufweist, die zum Vorformen des Werkstücks (2) relativ zueinander verstellt werden.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Werkzeug (40), in welchem der Hohlraum (46) ausgebildet ist, eine Vielzahl von Kolben aufweist, die zum Vorformen des Werkstücks (2) derart verstellbar sind, dass das Volumen des Hohlraums verkleinert oder vergrößert werden kann.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 - 10, wobei die Vorrichtung kein Hydraulikaggregat für das flüssige Wirkmedium umfasst.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 - 11, welche dadurch zum Tiefziehen unterschiedlicher Formen anpassbar ist, dass nur der Umformstempel (22) und der Klemmring (24) eines der beiden Werkzeuge (20) ausgetauscht werden, während das Werkzeug (40), in dem der Hohlraum (46) ausgebildet ist, zum Tiefziehen verschiedener geometrisch ähnlicher Formen verwendbar ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 8,
    wobei als Wirkmedium ein gasförmiges Wirkmedium vorgesehen ist und das gasförmige Wirkmedium aus einem Druckspeicher (60) durch Einleitöffnungen (48) in den Hohlraum (46) einleitbar ist, wobei die Einleitöffnungen von, insbesondere etwas aufgebohrten, Entlüftungslöchern gebildet werden.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13,
    wobei das gasförmige Wirkmedium aus einem Druckspeicher (60) in den Hohlraum (46) einleitbar ist, wobei der Druckspeicher (60) ein Druckluftspeicher ist, welcher insbesondere mit einem Nachverdichter für Druckerhöhung ausgestattet ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 - 14,
    wobei zumindest ein Teil der Vorrichtung, das Blech und/oder das Wirkmedium auf eine Temperatur von 100°C bis 500°C erwärmbar sind.
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