EP3509772A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von geformten, insbesondere flanschbehafteten blechbauteilen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von geformten, insbesondere flanschbehafteten blechbauteilen

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Publication number
EP3509772A1
EP3509772A1 EP17768378.6A EP17768378A EP3509772A1 EP 3509772 A1 EP3509772 A1 EP 3509772A1 EP 17768378 A EP17768378 A EP 17768378A EP 3509772 A1 EP3509772 A1 EP 3509772A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
calibration
preformed
preforming
preform
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Withdrawn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
EP17768378.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Flehmig
Martin Kibben
Daniel Nierhoff
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.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
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 ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3509772A1 publication Critical patent/EP3509772A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B21D51/00—Making hollow objects
    • B21D51/02—Making hollow objects characterised by the structure of the objects
    • B21D51/10—Making hollow objects characterised by the structure of the objects conically or cylindrically shaped objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/30—Deep-drawing to finish articles formed by deep-drawing

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a shaped, in particular flanged, sheet metal component, the method comprising preforming a workpiece into a preformed component and calibrating the preformed component to a substantially finished molded component.
  • the invention further relates to an apparatus for producing a molded, in particular
  • a method according to the invention comprising one or more preforming tools for preforming a workpiece into a preformed component and having one or more calibration tools for calibrating the preformed component to a substantially finished molded component.
  • thermoformed components usually require a final edge trimming, are cut off in the excess areas of the example, thermoformed component.
  • this can be done, for example, by one or more trimming tools that partially or wholly trim the flange from above or obliquely in the desired manner.
  • trimming is already considerably more complicated because it has to be cut off from the side, for example, via a wedge slide.
  • the trimming operations are disadvantageous in that trimming usually requires one or even several separate, often maintenance-intensive operations, which moreover frequently require their own tool technology and logistics system.
  • the cut areas increase the scrap content, resulting in additional costs.
  • the final edge trim can also be dispensed with.
  • the Flanschberough was integrated into the last forming operation, such as deep drawing operation. This can already be done achieve significant cost savings, but some remain
  • German Offenlegungsschrift DE 10 2007 059 251 A1 describes a process for the production of high-density half-shells with a base region and a frame with low expenditure on equipment.
  • a preformed half shell is first formed from a circuit board.
  • the entire cross section of the preformed half shell has excess board material due to its geometric shape.
  • the entire cross section is compressed to form the finished half shell and the finished half shell has an increased wall thickness over the entire cross section.
  • German Offenlegungsschrift DE 10 2008 037 612 A1 likewise describes a method for producing highly dimensionally stable half shells with a base region, a frame region and a flange region, wherein first of all a preformed half shell is formed from a blank, which subsequently forms the final molded article
  • Half shell is reshaped.
  • the preformed half shell has excess board material due to its geometric shape. Due to the excess material, the half-shell is compressed to the final-formed half-shell during the forming of the preformed half shell into its final shape by at least one further pressing operation.
  • the preformed half shell has the excess
  • German patent application DE 10 2009 059 197 Al describes a method for producing a Haibschalenteils with a drawing punch and a drawing die.
  • a process-reliable and cost-effective production is achieved in that in a single step, the drawing punch is moved into the drawing die, a board to a sheet metal blank with at least one bottom section, at least one
  • Zargenabites and optionally a flange portion is preformed, wherein during the preforming with the drawing punch excess material either in the
  • Bottom portion and the frame portion or the optional flange portion of the sheet metal blank is introduced, and the sheet metal blank is preformed and calibrated into a sheath shell part.
  • German Offenlegungsschrift DE 10 2013 103 612 A1 likewise describes a method for the production of half-shells with high dimensional accuracy, wherein a half-shell preformed from a blank is formed into a finished half-shell and the preformed half-shell is excess due to its geometric shape
  • the half shell will be in
  • the size of the upsetting gap during the closing of the upsetting tool is reduced to the actual wall thickness of the frame of the preformed half shell.
  • German patent application DE 10 2013 103 751 AI describes a method for producing high-scale half-shells from a cut board, wherein the half-shell is preformed in a first die, and wherein the preformed half-shell then in a second die, in particular in a
  • Calibration tool is final formed. Taking into account the desired final shape of the preformed or demoulded half shell, the blank is cut to a positive dimensional deviation within the given tolerance range before forming, and the die bottom of the first die is cut relative to the die
  • Component sections such as flange, frame, transition region between flange and frame and / or bottom defined material reserves are introduced, which are formed out in a second process step by a special compression of the entire part during calibration again.
  • the upsetting of the sheet can sometimes produce slight waves in the finished-molded component, if the spacing between the upsetting die and the upset punch during calibration does not correspond exactly to the sheet thickness. These waves can represent a visual or dimensional defect.
  • the invention has the object to provide a generic method and a generic device, wherein the disadvantages mentioned are reduced or even eliminated, that is, in particular the solidification in the component is stronger and the range of applications to components with the boundary conditions of Previously, methods from the prior art can not be drawn without wrinkles, that is to say, in particular, be extended to pan or cup-shaped components, in particular with a small sheet thickness.
  • the object is achieved in a generic method in that the calibration of the preformed component to the finished molded component comprises an at least partially extending the preformed component.
  • the method is particularly advantageous in the case of trough-shaped, cup-shaped or cup-shaped components, since these were not or not economically available to the previously described methods.
  • the component therefore preferably has a bottom region, a frame region and / or a flange region.
  • Zargen Lecture runs, for example, obliquely or substantially perpendicular to the floor area and / or the frame area.
  • the workpiece is, for example, a substantially planar board.
  • the workpiece is made of one or more steel materials.
  • aluminum materials or other metals may be used.
  • the preparation of the preform can be combined by means of any desired
  • the preforming may include, for example, a deep-drawing-type forming step.
  • a multi-stage shaping including, for example, an embossing of the floor to be created and raising the frames to be created or optionally stopping the flanges to be created can take place.
  • any combinations of folding and / or bending and / or (compression) embossing can take place.
  • the pre-forming for example, carried out deep drawing is, for example, single-stage or executed in several stages.
  • the preformed component obtained by preforming can in particular be regarded as a component which is as close to the final shape as possible and which corresponds as well as possible to the intended finished part geometry taking into account given boundary conditions such as springback and forming capacity of the material used.
  • Calibration can be understood in particular to be a finish molding or final shaping of the preformed component, which can be achieved, for example, by one or more pressing operations.
  • the substantially finished molded component can be understood as a final molded component.
  • the substantially finished molded component may be subjected to further component modifying processing steps, such as insertion of tie holes or a (minor) trim operation.
  • the aim is to make the calibration form such that no further
  • the preforming and calibrating described preferably takes place successively. However, it is also conceivable that there is a temporal overlap between preforming and calibrating.
  • the preformed component need not be equipped with an additional material supply (excess material) in order to achieve a sufficient dimensional stability. Rather, the method according to the invention turns away from this and provides to provide a material shortage in some areas.
  • a lack of material is understood to mean that in the preform to be produced in local areas, the unwinding of the sheet is smaller than the corresponding area in the finished-molded component.
  • the material is stretched accordingly, the lack of material in the Surface is compensated by reducing the material thickness.
  • a material shortage has proven to be advantageous compared to the finished molded component.
  • a bottom region of the preformed component may be formed with a lack of material. Contrary to expectations, despite the lack of material, a sufficiently strong and dimensionally stable component can be manufactured.
  • a region, in particular a frame region, of the preformed component is dimensioned smaller in comparison with the substantially finished-shaped component with respect to a geometric size.
  • the frame portion of the preformed component is smaller in size with respect to the circumference.
  • the preformed component has a smaller inner circumference than the substantially finished molded component.
  • the bottom area can be dimensioned smaller, for example with regard to its diameter. For example, the range in terms of geometric size about 0.1 to 10%, in particular about 1 to 10% smaller.
  • material elevations are permitted during preforming of the workpiece to the preformed component (for example by deep-drawing).
  • no attempt is made any material surveys, for example by the
  • the material elevations resulting during the production of the preform are wave-shaped and / or fold-shaped.
  • the material elevations extend in a substantially radial direction or in a direction deviating therefrom. For example, arise during preforming in the flange area, in the frame area and / or in the floor area material elevations.
  • Material collection are advantageously integrated into the example press-based deep drawing. It has been found that the formation of the material elevations can be guided in a controlled manner by providing, for example, an air gap or a hold-down distance.
  • the air gap is formed between a preform die and a preform punch.
  • the air gap in cross-section is more than 0.1 times, preferably more than 0.3 times, more preferably more than 0.5 times the sheet thickness.
  • the air gap is not more than 10 times, preferably not more than 7 times, preferably not more than 5 times the sheet thickness.
  • Material surveys include, for example, seen in cross-section only wavy and / or fold-shaped geometries, but without changing the sheet thickness in this area. It has been shown that the material thickening by Calibration can not be calibrated out sufficiently. In addition, no additional pressing forces are necessary for the forming without significant material thickening.
  • the material elevations are provided in the frame area
  • the material elevations are preferably stretched in the circumferential direction.
  • material from the frame area and / or the floor area are preferably stretched in the circumferential direction.
  • an area, in particular a frame area or a flange area, of the preformed component is dimensioned larger in comparison with the substantially finished-shaped component with regard to a geometric size.
  • the frame area has a greater length (ie, the preformed component has a greater height) compared to the substantially finished-shaped component.
  • Flange area a greater length (the flange of the preformed component so a greater radial extent) compared to the substantially finished molded component. This allows an additional compression of the preformed component during calibration, which further increases the strength and dimensional stability of the component, but without exceeding the available pressing forces.
  • the calibration of the preformed component to the substantially finished molded component comprises an at least partial upsetting of the preformed component.
  • the strength and dimensional stability of the component can be increased by upsetting.
  • material of the flange is at least partially compressed.
  • the material is doing by the described material surveys in Flange area or by the described larger dimensions (greater length) of the flange provided.
  • material of the frame area is at least partially compressed.
  • the material is characterized in particular by the described larger dimensions (greater length) of the Zargen Kunststoffs
  • upsetting is followed by stretching.
  • portions of the preformed member are merely stretched but not upset.
  • the preformed component is calibrated essentially in the entire component or only
  • Zargen Lecture preferably a stretching and / or upsetting, in the flange preferably a compression and in the bottom region, preferably a compression.
  • the object mentioned above is also achieved in a generic device in that the preform tool and the calibration tool are set up such that the calibration of the preformed component to that in the
  • Essentially finished molded component comprises an at least partially extending the preformed component. This can be achieved, for example, by appropriate dimensioning of the tool parts (for example, the tool punch and / or tool dies).
  • the preformed component by calibrating the preformed component to the substantially finished molded component, which comprises stretching the preformed component, very dimensionally stable, finished-shaped components can be manufactured.
  • material elevations introduced by stretching during preforming can be compensated so that a component that is not impaired optically can be provided.
  • the calibration with A lower force can be achieved and it is no or only a small edge trimming necessary.
  • the preform tool is adapted to allow during the preforming of the workpiece to the preformed component (for example, by deep drawing) material surveys, in particular by means of an im
  • the air gap is preferably formed between tool halves or tool parts of the preform tool.
  • the preforming tool comprises a preforming punch and a preforming die, and the air gap is formed, for example at least in sections, at least between the preforming punch and the preforming die. This allows in particular a controlled formation of material elevations in the frame area. If the material surveys are allowed by means of, for example, a hold-down distance, this includes
  • the preforming tool preferably includes at least a preform die and a preform hold-down, wherein the preform hold-down is maintained at a distance greater than the gauge from the preform die during preforming.
  • the preform die includes a first (outer) preform die portion and a second (inner) preform die portion movable relative thereto, which forms the preform die bottom.
  • first (outer) preform die portion and a second (inner) preform die portion movable relative thereto, which forms the preform die bottom.
  • the calibration tool comprises a calibration punch and a calibration die, the calibration punch having a first (outer) calibration punch portion and a second (inner) calibration punch portion movable relative thereto which controls the calibration - Stamp base forms, comprises and / or wherein the calibration die comprises a first (outer) Kalibrier-Gesenkabêt and a relative thereto movable second (inner) Kalibrier-Gesenkabites which forms the calibration die bottom.
  • the calibration can also be advantageously carried out in particular within only one calibration tool.
  • the apparatus is arranged such that the sizing die bottom and the sizing die bottom are distanced during stretching, which
  • FIGS. 6-10 show an exemplary embodiment of a calibration tool according to the invention for carrying out an exemplary embodiment of a calibration according to the invention.
  • Fig. 11 shows an embodiment of a substantially finished molded component.
  • FIGS. 6 to 10 show an embodiment of a preform tool 1 according to the invention.
  • the exemplary preform tool 1 forms, together with the exemplary calibration tool 2 (see FIGS. 6 to 10), an exemplary embodiment of a device according to the invention.
  • a preforming tool 1 a
  • Embodiment of a preforming according to the invention are performed.
  • the preforming tool 1 first a workpiece 3a, here a flat steel sheet, inserted and optionally fixed in position (Fig. 1).
  • the preforming tool 1 includes a preform hold-down 4, a preform die 6 and a preform punch 8.
  • Preform die 6 also includes a first outer preform die portion 6a which provides inter alia a preform die pad and a second inner preform die portion 6b or preform die bottom movable relative thereto.
  • the preform Gesenk réelle 6b is raised to the height of the workpiece 3a.
  • the individual tool parts of the preforming tool 1 are designed for receiving in a press.
  • the Preform punch 8 for example, on a press base plate
  • the preform hold-4 is, for example, by quills of the sub-air
  • the preform Gesenkêt 6b for example, by quills of the upper air
  • the first preform die portion 6a for example, by a die plate of the press
  • the preform punch 8 and the preform hold-down 4 are lowered onto the workpiece 3a (Fig. 2).
  • the workpiece 3a may be stamped between the preform punch 8 and the preform die bottom 6b, while the preform blank holder 4 remains spaced from the workpiece 3a.
  • the preform hold-down 4 is as far as the workpiece 3 a distanced that results in a constant hold-down distance, which is greater than or equal to the workpiece thickness results. Deep drawing takes place, for example, with the preform punch 8 and the preform die bottom 6b moving together into the preform die 6a, thereby converting the workpiece 3a into a preformed component 3b (FIG. 3).
  • embossing can be used with high points, the hold-down can be completely eliminated.
  • the fixed in its defined and repeatable position, previously determined by simulation or tryout workpiece (minimal form board) is first embossed with the raised preform Gesenk réelle 6b and this composite of the three parts is then without
  • the preform punch 8 and the preform die 6 are adapted to one another in such a way that an air gap 10 is formed (FIG. 4).
  • an air gap 10 is formed (FIG. 4).
  • the air gap 10 is preferably 0.5 times to 5 times the workpiece thickness.
  • a preformed component 3b As schematically illustrated in FIG. 5, as a result of the preforming, there is a preformed component 3b, the peripheral area of which is smaller by a certain amount (for example 0.1 to 10%) than the desired finished-molded component dictates in the frame area, in the floor area and / or in the
  • Flange region may preferably have radial waves 12, which have little or no thickening.
  • the present example in particular the
  • the preformed component 3b slightly larger than the preformed component dictates. Additionally or alternatively, the length of the flange portion of the preformed member 3b may be larger than the final molded component dictates.
  • the preformed component 3b is then inserted into the calibration tool 2 and calibrated to form a finished molded component 3c (FIG. 11).
  • the calibration tool 2 comprises a calibration punch 20 and a calibration die 22.
  • the calibration punch 20 has a first outer calibration punch portion 20a and a second inner calibration punch portion 20b or a calibration punch base movable relative thereto.
  • the calibration die 22 includes a first outer one Calibration die portion 22a and a relatively movable second inner gauge die portion 22b or gauge die bottom.
  • the first calibration die section 22a has a countersink 24 in the area of the flange of the preformed component 3b, so that a shoulder 26 projecting on the calibration die 22 fits in a form-fitting manner in the latter.
  • the calibration punch 20 and the calibration die 22 of the calibration tool 2 are designed so that in the end position the finished molded component is completely described by the cavity between them.
  • the calibration tool 2 is designed for recording in a press. If no auxiliary drives are used, the calibration stamp base 20b
  • the first calibration die section 22a for example, through the stamp plate of the press
  • the first calibration stamp portion 20a is, for example, on the press base plate.
  • the press base plate In individual cases, lower and upper air and Gesenk and
  • the preformed member 3b is first placed in a defined position on the raised calibration die bottom 22b or a part of the Kalibrier- Gesenkabitess 22a and there in a suitable manner, for example on
  • the calibrating die bottom 20b moves onto the calibration die bottom 22b, partially compressing the bottom region of the preformed component 3b (FIG. 7). However, this with a small, defined distance of about 0.5 times to 5 times the workpiece thickness.
  • the preformed component is now positioned on the height side within the calibration die 22, which is shown in FIG. 8 and enlarged in FIG. 9.
  • the second, outer calibrating punch portion 20a of the calibrating punch 20 moves into the preformed component 3b and expands it more and more.
  • the stretching thereby ensures that existing shafts 12 in the frame region of the preformed component 3b are circumferentially stretched and thereby removed and that the frame region of the preformed component 3b assumes the shape of the frame region of the finished molded component 3c.
  • the material for the expansion takes the process both from the frame area as well as from the floor area, which is indeed not yet formed by the distancing final.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines geformten, insbesondere flanschbehafteten Bauteils, das Verfahren umfassend: Vorformen eines Werkstücks (3a) zu einem vorgeformten Bauteil (3b); und Kalibrieren des vorgeformten Bauteils (3b) zu einem im Wesentlichen fertiggeformten Bauteil (3c). Die Aufgabe, die Verfestigung im Bauteil zu stärken und das Anwendungsspektrum auf Bauteile, die mit den Randbedingungen der Verfahren aus dem Stand der Technik bisher nicht ohne Falten gezogen werden können, also insbesondere auf wannenförmige Bauteile, zu erweitern, wird dadurch gelöst, dass das Kalibrieren des vorgeformten Bauteils (3b) zu dem fertiggeformten Bauteil (3c) ein zumindest bereichsweises Dehnen des vorgeformten Bauteils (3b) umfasst. Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zur Herstellung eines geformten, insbesondere flanschbehafteten Bauteils.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von geformten, insbesondere flanschbehafteten Blechbauteilen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines geformten, insbesondere flanschbehafteten Blechbauteils, das Verfahren umfassend Vorformen eines Werkstücks zu einem vorgeformten Bauteil und Kalibrieren des vorgeformten Bauteils zu einem im Wesentlichen fertiggeformten Bauteil. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung eines geformten, insbesondere
flanschbehafteten Blechbauteils, insbesondere zur Durchführung eines
erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einem oder mehreren Vorform-Werkzeugen zum Vorformen eines Werkstücks zu einem vorgeformten Bauteil und mit einem oder mehreren Kalibrier- Werkzeugen zum Kalibrieren des vorgeformten Bauteils zu einem im Wesentlichen fertiggeformten Bauteil.
Durch Blechumformung hergestellte Bauteile, beispielsweise tiefgezogene Bauteile benötigen in der Regel einen finalen Randbeschnitt, bei dem überschüssige Bereiche des beispielsweise tiefgezogenen Bauteils abgeschnitten werden. Bei flanschbehafteten Teilen kann dies beispielsweise durch ein oder mehrere Beschnittwerkzeuge erfolgen, die teilweise oder im Ganzen den Flansch von oben oder schräg in gewünschter Weise beschneiden. Bei flanschlosen Teilen hingegen ist der Beschnitt bereits wesentlich aufwändiger, weil er beispielsweise über Keilschieber geleitet, von der Seite her abgeschnitten werden muss. Die Beschnittoperationen sind jedoch insofern nachteilig, dass der Beschnitt meistens eine oder sogar mehrere separate oft wartungsintensive Operationen erfordert, die zudem häufig eine eigene Werkzeugtechnik und ein eigenes Logistiksystem benötigen. Außerdem erhöhen die abgeschnittenen Bereiche den Schrottanteil, wodurch weitere Kosten entstehen. Beispielsweise kann bei Bauteilen, die mittels Kanten oder Prägen geformt werden, der finale Randbeschnitt auch entfallen. Um zumindest die Prozesskette abzukürzen, wurden unterschiedliche Ansätze verfolgt, mit denen unter anderem der Flanschbeschnitt mit in die letzte Formgebungsoperation, beispielsweise Tiefziehoperation integriert wurde. Damit lassen sich zwar schon nennenswerte Kosteneinsparungen erzielen, jedoch verbleiben weiterhin einige
Nachteile, wie beispielsweise das Anfallen von Verschnitt, die Erstellung komplizierter Werkzeuge, eine aufwändige Erprobung, ungewollte Rückfederungseffekte,
eingeschränkte Maßhaltigkeit und eine Anfälligkeit gegenüber Prozessstörungen.
Aus diesem Grund wurden Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen, um den Randbeschnitt von insbesondere u-förmigen oder hutprofilartigen Bauteilen
einzusparen bzw. stark zu reduzieren
So beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2007 059 251 AI ein Verfahren zur Herstellung von hoch maßhaltigen Halbschalen mit einem Bodenbereich und einer Zarge mit geringem apparativen Aufwand. Hierzu wird aus einer Platine zunächst eine vorgeformte Halbschale geformt. Der gesamte Querschnitt der vorgeformten Halbschale weist aufgrund seiner geometrischen Form überschüssiges Platinenmaterial auf.
Während des Umformens der vorgeformten Halbschale in ihre Endform durch mindestens einen weiteren Pressvorgang wird der gesamte Querschnitt zur fertigen Halbschale gestaucht und die fertige Halbschale weist über den gesamten Querschnitt eine vergrößerte Wanddicke auf.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2008 037 612 Albeschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von hoch maßhaltigen Halbschalen mit einem Bodenbereich, einem Zargenbereich und einem Flanschbereich, wobei zunächst aus einer Platine eine vorgeformte Halbschale geformt wird, welche anschließend zur endgeformten
Halbschale umgeformt wird. Die vorgeformte Halbschale weist aufgrund ihrer geometrischen Form überschüssiges Platinenmaterial auf. Durch das überschüssige Material wird während des Umformens der vorgeformten Halbschale in ihre Endform durch mindestens einen weiteren Pressvorgang die Halbschale zur endgeformten Halbschale gestaucht. Die vorgeformte Halbschale weist das überschüssige
Platinenmaterial im Übergangsbereich zwischen Zargenbereich und Flanschbereich auf. Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2009 059 197 AI beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Haibschalenteils mit einem Ziehstempel und einem Ziehgesenk. Eine prozesssichere und kostengünstige Herstellung wird dadurch erreicht, dass in einem einzigen Arbeitsschritt der Ziehstempel in das Ziehgesenk eingefahren wird, eine Platine zu einem Blechrohteil mit mindestens einem Bodenabschnitt, mindestens einem
Zargenabschnitt und optional einem Flanschabschnitt vorgeformt wird, wobei während des Vorformens mit dem Ziehstempel ein Materialüberschuss entweder in den
Bodenabschnitt und den Zargenabschnitt oder den optionalen Flanschabschnitt des Blechrohteils eingebracht wird, und das Blechrohteil zu einem Haibschalenteil fertiggeformt und kalibriert wird.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2013 103 612 AI beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von hoch maßhaltigen Halbschalen, wobei eine aus einer Platine vorgeformte Halbschale zu einer fertigen Halbschale umgeformt wird und die vorgeformte Halbschale aufgrund ihrer geometrischen Form überschüssiges
Platinenmaterial aufweist. Die Halbschale wird in
einem Stauchwerkzeug zur endgeformten Halbschale gestaucht. Es ist vorgesehen, dass die Größe des Stauchspaltes während des Schließens des Stauchwerkzeugs auf die Ist- Wandstärke der Zarge der vorgeformten Halbschale verringert wird.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2013 103 751 AI beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von hochmaßhaltigen Halbschalen aus einer zugeschnittenen Platine, wobei die Halbschale in einem ersten Gesenk vorgeformt wird, und wobei die vorgeformte Halbschale anschließend in einem zweiten Gesenk, insbesondere in einem
Kalibrierwerkzeug, endgeformt wird. Die Platine wird unter Berücksichtigung der gewünschten Endform der vorgeformten bzw. endgeformten Halbschale vor dem Umformen mit einer positiven Maßabweichung im vorgegebenen Toleranzbereich zugeschnitten und der Gesenkboden des ersten Gesenkes wird relativ zu der
Gesenkauflagefläche bewegt, um die Platine während der Umformung zu führen. Den beschriebenen Ansätzen ist gemein, dass in einem ersten oder mehreren (ersten) Verfahrensschritten eine Vorform erzeugt wird, die der Endform oder Fertigform des Bauteils zwar möglichst nahe kommt, jedoch mit dem Unterschied, dass in den
Bauteilabschnitten wie Flansch, Zarge, Übergangsbereich zwischen Flansch und Zarge und/oder Boden definierte Materialreserven eingebracht sind, die in einem zweiten Verfahrensschritt durch ein spezielles Stauchen des gesamten Teiles während des Kalibrierens wieder herausgeformt werden.
Dieses bekannte Verfahren beseitigt zwar die oben genannten Nachteile, hat aber selbst unerwünschte Nebeneffekte.
Zum einen hat sich herausgestellt, dass das Stauchen des Bleches teilweise leichte Wellen im fertiggeformten Bauteil erzeugen kann, wenn die Beabstandung zwischen Stauchgesenk und Stauchstempel beim Kalibrieren nicht exakt der Blechdicke entspricht. Diese Wellen können einen optischen oder auch maßlichen Mangel darstellen.
Weiterhin hat sich herausgestellt, dass sich durch den Stauchvorgang auch die lokalen Blechdicken verändern können. Hierdurch entstehen Welligkeiten, die ebenfalls optische Einschränkungen darstellen können. Bisherige Bemühungen gehen dahin, die Stauchanteile dann möglichst zu reduzieren.
Zum anderen benötigt das Stauchen des vorgeformten Bauteils vor allem bei großen Teilen, Wanddicken oder/und hochfesten Stählen sehr massive Werkzeuge, um eine unerwünschte Deformation zu vermeiden. Dabei sind auch sehr hohe Pressenkräfte erforderlich, die vorhandene Pressenkapazitäten überschreiten können und damit zu Einschränkungen in der Umsetzbarkeit führen.
Wie sich in Simulationen herausstellte, ist es mit dem bereits erwähnten Verfahren zudem nur schlecht möglich, insbesondere wannen- oder topfartige Bauteile
herzustellen, da das erwähnte Verfahren zur Erzeugung der Vorform prozesstechnisch so geführt werden sollte, dass keine oder nur geringe Prozessschwankungen durch die Reibungsverhältnisse entstehen und Änderungen an den typischen Prozessgrößen wie Reibung und Niederhalterkraft stark eingeschränkt werden. Unterzieht man solche wannenartige Teile dieser Prozedur, reicht der Zug auf die Zargen nicht aus und das Teil bekommt an diesen Stellen mehr oder weniger starke Falten, die im Kalibrierschritt jedoch nicht in gewünschtem Maße wieder geglättet werden können.
Weiterhin ist die Materialminimierung bei den oben beschriebenen Verfahren noch nicht ausgereizt, da die Bauteile mit etwa 1 bis 3 % Materialzugabe zum eigentlich Bauteildesign (CAD-Teil) hergestellt werden müssen. Sie sind damit auch mindestens um dieses Maß schwerer als mit konventionellem Tiefziehen gefertigte Teile.
Letztlich ist die Verfestigungsmöglichkeit des Werkstoffs beim vorgenannten Verfahren noch nicht ausgeschöpft. Dies kann zwar Vorteile für das Crashverhalten des Bauteils haben, ist aber nicht für alle Bauteile erwünscht und nicht immer optimal.
Vor diesem Hintergrund stellt sich der Erfindung die Aufgabe, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung anzugeben, wobei die eingangs genannten Nachteile verringert oder sogar beseitigt werden, das heißt insbesondere die Verfestigung im Bauteil stärker ist und das Anwendungsspektrum auf Bauteile, die mit den Randbedingungen der Verfahren aus dem Stand der Technik bisher nicht ohne Falten gezogen werden können, also insbesondere auf wannen- oder topfförmige Bauteile, insbesondere mit kleiner Blechdicke, erweitert wird.
Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass das Kalibrieren des vorgeformten Bauteils zu dem fertiggeformten Bauteil ein zumindest bereichsweises Dehnen des vorgeformten Bauteils umfasst.
Es hat sich gezeigt, dass dadurch, dass falls das Kalibrieren des vorgeformten Bauteils zu dem fertiggeformten Bauteil nicht auf einen Stauchvorgang beschränkt wird, sondern zudem ein Dehnen des vorgeformten Bauteils durchgeführt wird, sehr maßhaltige und damit im Wesentlichen endformnahe Bauteile gefertigt werden können. Insbesondere hat sich gezeigt, dass durch das Dehnen während des Vorformens eingebrachte
Materialerhebungen wieder ausgeglichen respektive geglättet werden können. Insofern lässt sich auf diese Weise ein Bauteil fertigen, welches keinen oder nur noch einen geringen Randbeschnitt benötigt. Dadurch, dass zudem die gedehnten Bereiche zumindest teilweise nicht unbedingt gestaucht zu werden brauchen, ist zudem eine geringere Kraft zu den Verfahren gemäß dem Stand der Technik ausreichend. Unter Dehnen ist gemeint, dass eine richtungsunabhängige plastische Verformung erfolgt und dadurch eine Neuausrichtung des inhomogenen Spannungszustandes der Vorform erreicht wird und dadurch hoch maßhaltige, möglichst endformnahe Bauteile erzeugt werden können.
Das Verfahren ist insbesondere bei wannenförmigen, topfförmigen oder napfförmigen Bauteilen vorteilhaft, da diese den bisher beschriebenen Verfahren nicht oder nicht in wirtschaftlichem Maße zugänglich waren. Das Bauteil weist daher bevorzugt einen Bodenbereich, einen Zargenbereich und/oder einen Flanschbereich auf. Der
Zargenbereich verläuft beispielsweise schräg oder im Wesentlichen senkrecht zum Bodenbereich und/oder zum Zargenbereich.
Das Werkstück ist beispielsweise eine im Wesentlichen ebene Platine. Bevorzugt ist das Werkstück aus einem oder mehreren Stahlwerkstoffen hergestellt. Alternativ können auch Aluminiumwerkstoffe oder andere Metalle verwendet werden.
Die Herstellung der Vorform kann dabei mittels beliebig kombinierbaren
Formgebungsverfahren in einem oder mehreren Schritten hergestellt werden. Das Vorformen kann beispielsweise einen tiefziehartigen Formgebungsschritt umfassen. Insbesondere kann auch eine mehrstufige Formgebung umfassend beispielsweise ein Prägen des zu erstellenden Bodens und Hochstellen der zu erstellenden Zargen bzw. optional Abstellen der zu erstellenden Flansche erfolgen. Denkbar sind auch beliebige Kombinationen aus Abkanten und/oder Biegen und/oder (Ver-)Prägen. Das zum Vorformen beispielsweise durchgeführte Tiefziehen wird beispielsweise einstufig oder mehrstufig ausgeführt. Das durch das Vorformen erhaltene vorgeformte Bauteil kann insbesondere als ein möglichst endformnahes Bauteil angesehen werden, welches der beabsichtigten Fertigteilgeometrie unter Berücksichtigung gegebener Randbedingungen wie Rückfederung und Umformvermögen des verwendeten Werkstoffes möglichst gut entspricht.
Unter dem Kalibrieren kann insbesondere ein Fertigformen oder Endformen des vorgeformten Bauteils verstanden werden, welches beispielsweise durch einen oder mehrere Pressvorgänge erreicht werden kann. Das im Wesentlichen fertiggeformte Bauteil kann insofern als endgeformtes Bauteil verstanden werden. Allerdings ist es möglich, dass das im Wesentlichen fertiggeformte Bauteil noch weiteren, das Bauteil modifizierenden Verarbeitungsschritten unterzogen werden kann, wie etwa einem Einbringen von Anbindungslöchern oder einem (geringen) Beschnittvorgang. Allerdings wird angestrebt, die Kalibrierform derart zu gestalten, dass keine weiteren
Umformungsschritte mehr notwendig sind.
Das beschriebene Vorformen und Kalibrieren erfolgt vorzugsweise nacheinander. Es ist jedoch auch denkbar, dass eine zeitliche Überlappung zwischen dem Vorformen und Kalibrieren besteht.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Bereich, insbesondere ein Zargenbereich des vorgeformten Bauteils in Bezug auf das
fertiggeformte Bauteil mit einem Materialmangel ausgebildet. Es hat sich gezeigt, dass entgegen den bisherigen Ansätzen aus dem Stand der Technik das vorgeformte Bauteil nicht mit einem zusätzlichen Materialvorrat (Materialüberschuss) ausgestattet zu werden braucht, um eine ausreichende Maßhaltigkeit zu erreichen. Vielmehr wendet sich das erfindungsgemäße Verfahren hiervon ab und sieht vor, bereichsweise einen Materialmangel vorzusehen. Unter einem Materialmangel wird dabei verstanden, dass in der herzustellenden Vorform in lokalen Bereichen die Abwicklung des Blechs kleiner ist als die korrespondierende Fläche im fertiggeformten Bauteil. Während der
Kalibrierung wird das Material entsprechend gedehnt, wobei der Materialmangel in der Fläche durch eine Verringerung der Materialdicke ausgeglichen wird. Insbesondere im Zargenbereich hat sich ein Materialmangel im Vergleich zum fertiggeformten Bauteil als vorteilhaft erwiesen. Alternativ oder zusätzlich kann bei Bedarf auch ein Bodenbereich des vorgeformten Bauteils mit einem Materialmangel ausgebildet werden. Entgegen der Erwartung kann trotz des Materialmangels ein ausreichend festes und maßhaltiges Bauteil gefertigt werden.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Bereich, insbesondere ein Zargenbereich, des vorgeformten Bauteils im Vergleich mit dem im Wesentlichen fertiggeformten Bauteil hinsichtlich einer geometrischen Größe kleiner dimensioniert. Hierdurch kann vorteilhaft und ohne großen prozesstechnischen Aufwand ein Materialmangel in dem entsprechenden Bereich vorgesehen werden. Beispielsweise ist der Zargenbereich des vorgeformten Bauteils hinsichtlich des Umfangs kleiner dimensioniert. Mit anderen Worten weißt das vorgeformte Bauteil einen geringeren Innenumfang auf als das im Wesentlichen fertiggeformte Bauteil. Bei Bedarf kann alternativ oder zusätzlich der Bodenbereich kleiner dimensioniert sein, beispielsweise hinsichtlich seines Durchmessers. Beispielsweise ist der Bereich hinsichtlich der geometrischen Größe etwa 0,1 bis 10 %, insbesondere etwa 1 bis 10% kleiner dimensioniert.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden während des Vorformens des Werkstücks zu dem vorgeformten Bauteil (beispielsweise durch Tiefziehen) Materialerhebungen zugelassen. Im Unterschied zum Stand der Technik wird also nicht versucht, jegliche Materialerhebungen zum Beispiel durch das
Einbringen von Zugspannungen zu unterdrücken. Vielmehr werden diese
Materialerhebungen nun ausgenutzt, um ein maßhaltiges Bauteil mit reduzierten Pressenkräften herzustellen. Beispielsweise sind die sich bei der Herstellung der Vorform ergebenden Materialerhebungen wellenförmig und/oder faltenförmig ausgebildet. Beispielsweise erstrecken sich die Materialerhebungen in im Wesentlichen radialer Richtung oder in eine hiervon abweichende Richtung. Beispielsweise entstehen während des Vorformens im Flanschbereich, im Zargenbereich und/oder im Bodenbereich Materialerhebungen.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die
Materialerhebungen durch das beispielsweise Vorsehen eines Luftspaltes und/oder einer Niederhalterdistanz im Bereich der Materialerhebung zugelassen. Durch das beispielsweise Vorsehen eines Luftspalts oder einer Niederhalterdistanz des
verwendeten Werkzeugs (Vorform-Werkzeug) kann das Ausbilden einer
Materialerhebung vorteilhaft in das beispielsweise pressengestützte Tiefziehen integriert werden. Es hat sich gezeigt, dass durch das beispielsweise Vorsehen eines Luftspaltes oder einer Niederhalterdistanz das Ausbilden der Materialerhebungen kontrolliert geführt werden kann. Beispielsweise wird der Luftspalt zwischen einem Vorform-Gesenk und einem Vorform-Stempel ausgebildet. Beispielsweise beträgt der Luftspalt im Querschnitt gesehen mehr als das 0,1-fache, vorzugsweise mehr als das 0,3- fache, besonders bevorzugt mehr als das 0,5-fache der Blechdicke. Um jedoch keine zu unkontrollierten Materialerhebungen zuzulassen, beträgt beispielsweise der Luftspalt nicht mehr als das 10-fache, vorzugsweise nicht mehr als das 7-fache, vorzugsweise nicht mehr als das 5-fache der Blechdicke.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die
Materialerhebungen gezielt über das Vorform-Werkzeug oder die Vorform-Werkzeuge eingebracht. Damit ist es vorteilhaft möglich, auch solche Vorformen prozesssicher herzustellen, die bedingt durch ihre geometrische Gestalt verstärkt zur Faltenbildung neigen. Über gezielt eingebrachte Materialerhebungen werden damit auch solche, zum Falten neigende Bauteile dem erfindungsgemäßen Verfahren zugänglich gemacht.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die
Materialerhebungen im Wesentlichen frei von Materialaufdickungen. Die
Materialerhebungen umfassen beispielsweise im Querschnitt gesehen lediglich wellenförmige und/oder faltenförmige Geometrien, ohne jedoch die Blechdicke in diesem Bereich zu verändern. Es hat sich gezeigt, dass die Materialaufdickungen durch ein Kalibrieren nicht mehr ausreichend herauskalibriert werden können. Zudem sind für die Umformung ohne wesentliche Materialaufdickung keine zusätzlichen Pressenkräfte notwendig.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die
Materialerhebungen durch das Dehnen des vorgeformten Bauteils abgestreckt.
Insbesondere wenn die Materialerhebungen im Zargenbereich vorgesehen sind, werden die Materialerhebungen vorzugsweise in Umfangsrichtung abgestreckt. Dabei wird beispielsweise Material aus dem Zargenbereich und/oder dem Bodenbereich
verwendet. Es hat sich gezeigt, dass trotz des Zulassens von Materialerhebungen diese durch das Dehnen wieder beseitigt werden können, ohne dass dies optisch nachteilig für das im Wesentlichen fertiggeformte Bauteil ist.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Bereich, insbesondere ein Zargenbereich oder ein Flanschbereich, des vorgeformten Bauteils im Vergleich mit dem im Wesentlichen fertiggeformten Bauteil hinsichtlich einer geometrischen Größe größer dimensioniert. Beispielsweise weist der Zargenbereich eine größere Länge (das vorgeformte Bauteil also eine größere Höhe) im Vergleich zu dem im Wesentlichen fertiggeformten Bauteil auf. Beispielsweise weist der
Flanschbereich eine größere Länge (der Flansch des vorgeformten Bauteils also eine größere radiale Erstreckung) im Vergleich zu dem im Wesentlichen fertiggeformten Bauteil auf. Dies ermöglicht ein zusätzliches Stauchen des vorgeformten Bauteils während des Kalibrierens, was die Festigkeit und Maßhaltigkeit des Bauteils zusätzlich weiter steigert, ohne jedoch die verfügbaren Pressenkräfte zu übersteigen.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Kalibrieren des vorgeformten Bauteils zu dem im Wesentlichen fertiggeformten Bauteil ein zumindest bereichsweises Stauchen des vorgeformten Bauteils. Wie bereits ausgeführt, kann durch ein Stauchen die Festigkeit und Maßhaltigkeit des Bauteils gesteigert werden. Beispielsweise wird Material des Flanschbereichs zumindest abschnittsweise gestaucht. Das Material wird dabei durch die beschriebenen Materialerhebungen im Flanschbereich oder durch die beschriebene größere Dimensionierung (größere Länge) des Flanschbereichs bereitgestellt. Beispielsweise wird Material des Zargenbereichs zumindest abschnittsweise gestaucht. Das Material wird dabei insbesondere durch die beschriebene größere Dimensionierung (größere Länge) des Zargenbereichs
bereitgestellt. Beispielsweise schließt sich das Stauchen an das Dehnen an.
Trotz des zusätzlichen Stauchens werden bei dem Verfahren vorzugsweise jedoch Bereiche des vorgeformten Bauteils lediglich gedehnt jedoch nicht gestaucht.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das vorgeformte Bauteil durch das Kalibrieren im Wesentlichen im gesamten Bauteil oder nur
abschnittsweise einem plastischen Fließvorgang unterzogen. So erfolgt im
Zargenbereich vorzugsweise ein Dehnen und/oder Stauchen, im Flanschbereich vorzugsweise ein Stauchen und im Bodenbereich vorzugsweise ein Verpressen.
Hierdurch wird ein sehr maßhaltiges Bauteil mit im Wesentlichen geringen bis keinen Rückfederungsabweichungen erreicht.
Die eingangs genannte Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung zudem dadurch gelöst, dass das Vorform-Werkzeug und das Kalibrier-Werkzeug derart eingerichtet sind, dass das Kalibrieren des vorgeformten Bauteils zu dem im
Wesentlichen fertiggeformten Bauteil ein zumindest bereichsweises Dehnen des vorgeformten Bauteils umfasst. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Dimensionierung der Werkzeugteile (beispielsweise der Werkzeugstempel und/oder Werkzeuggesenke) erreicht werden.
Wie eingangs bereits ausgeführt, können durch das Kalibrieren des vorgeformten Bauteils zu dem im Wesentlichen fertiggeformten Bauteil, welches ein Dehnen des vorgeformten Bauteils umfasst, sehr maßhaltige, fertiggeformte Bauteile gefertigt werden. Dabei hat sich gezeigt, dass durch das Dehnen während des Vorformens eingebrachte Materialerhebungen ausgeglichen werden können, sodass ein optisch nicht beeinträchtigtes Bauteil bereitgestellt werden kann. Weiterhin kann das Kalibrieren mit einer geringeren Kraft erreicht werden und es ist kein oder nur noch ein geringer Randbeschnitt notwendig.
Zur kontrollierten Ausbildung der Materialerhebungen ist gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Vorform-Werkzeug dazu ausgebildet, während des Vorformens des Werkstücks zu dem vorgeformten Bauteil (beispielsweise durch Tiefziehen) Materialerhebungen zuzulassen, insbesondere mittels eines im
geschlossenen Zustand beispielsweise verbleibenden Luftspalts und/oder einer Niederhalterdistanz und/oder der geometrischen Gestaltung des Vorform- Werkzeugs/der Vorform-Werkzeuge. Der Luftspalt bildet sich vorzugsweise zwischen Werkzeughälften oder Werkzeugteilen des Vorform-Werkzeugs aus.
Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst das Vorform- Werkzeug einen Vorform-Stempel und ein Vorform-Gesenk und der Luftspalt wird beispielsweise zumindest abschnittsweise zumindest zwischen dem Vorform-Stempel und dem Vorform-Gesenk ausgebildet. Dies ermöglicht insbesondere ein kontrolliertes Ausbilden von Materialerhebungen im Zargenbereich. Werden die Materialerhebungen mittels beispielsweise einer Niederhalterdistanz zugelassen, umfasst das
Vorformwerkzeug bevorzugt zumindest ein Vorform-Gesenk und einen Vorform- Niederhalter, wobei der Vorform-Niederhalter während des Vorformens auf einer Distanz größer als die Blechdicke von dem Vorform-Gesenk gehalten wird.
Vorzugsweise umfasst das Vorform-Gesenk einen ersten (äußeren) Vorform- Gesenkabschnitt und einen relativ hierzu beweglichen zweiten (inneren) Vorform- Gesenkabschnitt, welcher den Vorform-Gesenkboden bildet. Dies ermöglicht ein für die unterschiedlichen Bereiche (insbesondere des Bodenbereichs im Vergleich zu den übrigen Bereichen) des Bauteils individuelle und zeitlich abgestimmte
Kraftbeaufschlagung während des Vorformens. Insbesondere kann das Werkstück zwischen dem Vorform-Stempel und dem Vorform-Gesenkboden eingespannt oder verprägt werden und durch Vorform-Stempel und Vorform-Gesenkboden in den ersten Vorform-Gesenkabschnitt eingefahren werden. Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst das Kalibrier- Werkzeug einen Kalibrier-Stempel und ein Kalibrier-Gesenk, wobei der Kalibrier- Stempel einen ersten (äußere) Kalibrier-Stempelabschnitt und einen relativ hierzu beweglichen zweiten (inneren) Kalibrier-Stempelabschnitt, welcher den Kalibrier- Stempelboden bildet, umfasst und/oder wobei das Kalibrier-Gesenk einen ersten (äußeren) Kalibrier-Gesenkabschnitt und einen relativ hierzu beweglichen zweiten (inneren) Kalibrier-Gesenkabschnitt, welcher den Kalibrier-Gesenkboden bildet, umfasst. Dies ermöglicht ein für die unterschiedlichen Bereiche (insbesondere des Bodenbereichs im Vergleich zu den übrigen Bereichen) des Bauteils individuelle und zeitlich abgestimmte Kraftbeaufschlagung während des Kalibrierens. Damit kann das Kalibrieren zudem vorteilhaft insbesondere innerhalb nur eines Kalibrier-Werkzeugs durchgeführt werden.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung derart eingerichtet, dass der Kalibrier-Stempelboden und der Kalibrier-Gesenkboden während des Dehnens distanziert sind, was
insbesondere einen Materialfluss vom Bodenbereich in den Zargenbereich ermöglicht.
In Bezug auf weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf die Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.
Durch die vorherige und folgende Beschreibung von Verfahrensschritten gemäß bevorzugter Ausführungsformen des Verfahrens sollen auch entsprechende Mittel zur Durchführung der Verfahrensschritte durch bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung offenbart sein. Ebenfalls soll durch die Offenbarung von Mitteln zur Durchführung eines Verfahrensschrittes der entsprechende Verfahrensschritt offenbart sein.
Im Weiteren soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 - 4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vorform-Werkzeugs zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen
Vorformens;
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines vorgeformten Bauteils;
Fig. 6 - 10 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kalibrier-Werkzeugs zur Durchführung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kalibrierens; und
Fig. 11 ein Ausführungsbeispiel eines im Wesentlichen fertiggeformten Bauteils.
Die Fig. 1 bis 4 zeigen zunächst ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vorform-Werkzeugs 1. Das beispielhafte Vorform-Werkzeug 1 bildet zusammen mit dem beispielhaften Kalibrier-Werkzeug 2 (siehe Fig. 6 bis 10) ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Mit dem Vorform-Werkzeug 1 kann ein
Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vorformens durchgeführt werden.
Ebenfalls ist möglich, dass bei Bedarf (wenn mehrere Vorform-Operationen vorgesehen sind) auch mehrere einzelne Vorform-Teilwerkzeuge vorgesehen werden können.
In das Vorform-Werkzeug 1 wird zunächst ein Werkstück 3a, hier ein ebenes Stahlblech, eingelegt und optional lagefixiert (Fig. 1). Das Vorform- Werkzeug 1 umfasst einen Vorform-Niederhalter 4, ein Vorform-Gesenk 6 und ein Vorform-Stempel 8. Das
Vorform-Gesenk 6 umfasst zudem einen ersten, äußeren Vorform-Gesenkabschnitt 6a, welcher unter anderem eine Vorform-Gesenkauflage bereitstellt, und einen relativ hierzu beweglichen zweiten inneren Vorform-Gesenkabschnitt 6b oder Vorform- Gesenkboden. Der Vorform-Gesenkboden 6b ist dabei auf die Höhe des Werkstücks 3a angehoben.
Die einzelnen Werkzeugteile des Vorform-Werkzeugs 1 sind dabei für die Aufnahme in einer Presse konzipiert. Sofern keine weiteren Hilfsantriebe benutzt werden, steht der Vorform-Stempel 8 beispielsweise auf einer Pressengrundplatte, der Vorform- Niederhalter 4 wird beispielsweise durch Pinolen der Unterluft, der Vorform- Gesenkboden 6b wird beispielsweise durch Pinolen der Oberluft und der erste Vorform- Gesenkabschnitt 6a wird beispielsweise durch eine Stempelplatte der Presse
angetrieben. Im Einzelfall können aber auch die Antriebe der Unter- und Oberluft sowie Gesenk und Stempel vertauscht sein.
Anschließend werden der Vorform-Stempel 8 und der Vorform-Niederhalter 4 auf das Werkstück 3a abgesenkt (Fig. 2). Das Werkstück 3a kann zwischen dem Vorform- Stempel 8 und dem Vorform-Gesenkboden 6b verprägt werden, während der Vorform- Niederhalter 4 jedoch von dem Werkstück 3a distanziert bleibt. Der Vorform- Niederhalter 4 ist soweit zum Werkstück 3a distanziert, dass sich eine konstante Niederhaltedistanz, welche größer oder gleich der Werkstückdicke ist, ergibt. Nun erfolgt beispielsweise ein Tiefziehen, wobei der Vorform-Stempel 8 und der Vorform- Gesenkboden 6b zusammen in das Vorform-Gesenk 6a fahren und dabei das Werkstück 3a zu einem vorgeformten Bauteil 3b um-/vorformen (Fig. 3). Alternativ kann das sogenannte Prägen mit Hochstellen angewendet werden, wobei der Niederhalter auch vollständig entfallen kann. Beim Prägen mit Hochstellen wird zunächst das in seiner definierten und wiederholgenauen Lage fixierte, vorher durch Simulation oder Tryout ermittelte Werkstück (Minimalformplatine) mit dem angehobenen Vorform- Gesenkboden 6b verprägt und dieser Verbund der drei Teile wird dann ohne
Niederhalter in das Vorform-Gesenk 6a hineingedrückt.
Vorliegend sind der Vorform-Stempel 8 und das Vorform-Gesenk 6 derart aneinander angepasst, dass ein Luftspalt 10 gebildet wird (Fig. 4). Normalerweise wird versucht den Luftspalt im Werkzeug so gering wie möglich zu halten, üblicherweise nicht größer als das 0,1-fache der Werkstückdicke. Hier beträgt der Luftspalt 10 jedoch vorzugsweise das 0,5-fache bis 5-fache der Werkstückdicke.
Dadurch werden beim Vorformen radial oder anders gerichtete Wellen 12 in dem Zargenbereich des vorgeformten Bauteils 3b (und wahlweise auch im Bodenbereich und/oder im Flanschbereich) zugelassen (vgl. Fig. 5). Dies wird insbesondere bei vorgeformten Bauteilen mit einem schrägen oder nahezu senkrechten Zargenbreich insbesondere dadurch erreicht, dass der Zug durch die Abbremsung des Flansches wegen des nicht vorhandenen oder distanzierten Vorform-Niederhalters 4 fehlt.
Dadurch, dass ein Luftspalt 10 und eine Niederhalterdistanz vorgesehen ist, die ein Mehrfaches der Blechdicke annehmen können, werden die Wellen 12 nicht durch den Kontakt mit den Werkzeugteilen 6a, 8 eingeebnet, sodass keine unkontrollierbaren Aufdickungen entstehen.
Wie in Fig. 5 schematisch dargestellt, liegt als Ergebnis des Vorformens ein vorgeformtes Bauteil 3b vor, dessen Zargenbereich in Umfangsrichtung gesehen um ein bestimmtes Maß (beispielsweise 0,1 bis 10%) kleiner ist, als es das gewünschte fertiggeformte Bauteil vorgibt, und das in dem Zargenbereich, im Bodenbereich und/oder im
Flanschbereich vorzugsweise radiale Wellen 12 haben kann, die keine oder kaum Aufdickungen besitzen. In dem vorliegenden Beispiel wird insbesondere der
Zargenbereich (und bei Bedarf auch der Bodenbereich) des vorgeformten Bauteils 3b im Vergleich mit dem fertiggeformten Bauteil somit nicht mit einem Materialüberschuss ausgestattet, sondern mit einem Materialmangel. Allerdings ist die Höhe des
Zargenbereichs des vorgeformten Bauteils 3b etwas größer, als es das fertiggeformte Bauteil vorgibt. Zusätzlich oder alternativ kann die Länge des Flanschbereichs des vorgeformten Bauteils 3b größer sein, als es das fertiggeformte Bauteil vorgibt.
Wie in Zusammenhang mit den Fig. 6 bis 10 näher beschrieben wird, wird das vorgeformte Bauteil 3b anschließend in das Kalibrier-Werkzeug 2 eingelegt und zu einem fertiggeformten Bauteil 3c (Fig. 11) kalibriert.
Das Kalibrier-Werkzeug 2 umfasst einen Kalibrier-Stempel 20 und ein Kalibrier-Gesenk 22. Der Kalibrier-Stempel 20 weist einen ersten äußeren Kalibrier-Stempelabschnitt 20a und einen relativ hierzu beweglichen zweiten inneren Kalibrier-Stempelabschnitt 20b oder Kalibrier-Stempelboden auf. Das Kalibrier-Gesenk 22 umfasst einen ersten äußeren Kalibrier-Gesenkabschnitt 22a und einen relativ hierzu beweglichen zweiten inneren Kalibrier-Gesenkabschnitt 22b oder Kalibrier-Gesenkboden. Der erste Kalibrier- Gesenkabschnitt 22a besitzt zudem im Bereich des Flansches des vorgeformten Bauteils 3b eine Absenkung 24, sodass ein am Kalibrier-Stempel 22 vorstehender Absatz 26 formschlüssig in diesen hineinpasst.
Der Kalibrier-Stempel 20 und das Kalibrier-Gesenk 22 des Kalibrier-Werkzeugs 2 sind so ausgeführt, dass in der Endstellung das fertiggeformte Bauteil vollständig durch den Hohlraum hierzwischen beschrieben wird.
Auch das Kalibrier-Werkzeug 2 ist für die Aufnahme in einer Presse konzipiert. Sofern keine Hilfsantriebe benutzt werden, wird der Kalibrier-Stempelboden 20b
beispielsweise durch Pinolen der Unterluft, der Kalibrier-Gesenkboden 22b
beispielsweise durch die Pinolen der Oberluft angetrieben. Der erste Kalibrier- Gesenkabschnitt 22a wird beispielsweise durch die Stempelplatte der Presse
angetrieben, der erste Kalibrier-Stempelabschnitt 20a steht beispielsweise auf der Pressengrundplatte. Im Einzelfall können Unter- und Oberluft sowie Gesenk und
Stempel vertauscht sein.
Wie in Fig. 6 dargestellt, wird das vorgeformte Bauteil 3b zunächst in definierter Position auf den angehobenen Kalibrier-Gesenkboden 22b oder ein Teil des Kalibrier- Gesenkabschnitts 22a gebracht und dort in geeigneter Weise, zum Beispiel über
Führungsstifte oder Formelemente, lagefixiert. Anschließend fährt Kalibrier- Stempelboden 20b auf den Kalibrier-Gesenkboden 22b und verpresst dabei teilweise den Bodenbereich des vorgeformten Bauteils 3b (Fig. 7). Dies allerdings mit einem geringen, definierten Abstand von etwa der 0,5-fachen bis 5-fachen Werkstückdicke. Im Weiterfahren bewegen sich beide Böden 20b, 22b mit dem vorgeformten Bauteil 3b und ihrem Abstand zueinander in ihre Endlage und verbleiben dort. Das vorgeformte Bauteil ist nun höhenseitig innerhalb des Kalibrier-Gesenks 22 positioniert, was in Fig. 8 und vergrößert in Fig. 9 gezeigt ist. Um das fertiggeformte Bauteil 3c zu erhalten, fährt nun der zweite, äußere Kalibrier- Stempelabschnitt 20a des Kalibrier-Stempels 20 in das vorgeformte Bauteil 3b und weitet diese immer mehr auf. Das Dehnen sorgt dabei dafür, dass bestehende Wellen 12 in dem Zargenbereich des vorgeformten Bauteils 3b in Umfangsrichtung abgestreckt und dabei beseitigt werden und dass der Zargenbereich des vorgeformten Bauteils 3b die Form des Zargenbereichs des fertiggeformten Bauteils 3c annimmt. Das Material für die Aufweitung entnimmt der Vorgang sowohl aus dem Zargenbereich als auch aus dem Bodenbereich, der ja durch die Distanzierung noch nicht final ausgeformt ist.
Kurz vor Erreichen der in Fig. 10 dargestellten Endlage erreicht die äußere Kante des Flanschbereichs des vorgeformten Bauteils 3b die senkrechte Wandung des Kalibrier- Gesenks 22. Damit ist die Aufweitung nahezu abgeschlossen. Ab diesem Zeitpunkt beginnt ein Stauchen, bei dem der Flanschbereich des vorgeformten Bauteils 3b, dessen Länge durch das Vorformen und/oder das Dehnen länger ist als der zugehörige Absatz am Gesenk (oder alternativ der Flanschbereich auch Materialerhebungen aufweist), auf seine finale Solllänge gestaucht wird.
Gleichzeitig wird damit der Zargenbereich des vorgeformten Bauteils 3b, wenn er gegebenenfalls etwas länger als benötigt ausgeführt wurde, gestaucht. Zeitgleich mit dem Erreichen der Endlage des Kalibrier-Stempels 20 wird auch die Distanzierung des Kalibrier-Stempelbodens 22b zum Kalibrier-Gesenkboden 20b beseitigt, sodass der Bodenbereich des nun fertiggeformten Bauteils 3c zu diesem Zeitpunkt ebenfalls fertig ausgeformt ist (Fig. 10).
In der Endlage war demnach das Material aller Bereiche des fertiggeformten Bauteils 3c einem finalen Fließvorgang unterzogen. Es ist somit aufgeweitet, auf Form gestaucht und liegt aufgrund des plastischen Fließens aller Volumenteile sehr maßhaltig und mit geringer oder keiner Rückfederung vor.
Abschließend wird das Kalibrier- Werkzeug 2 auseinander gefahren und das im
Wesentlichen fertiggeformte Bauteil 3c, das keinen oder nur geringen Randbeschnitt mehr benötigt, ausgeworfen. Da bei dem Verfahren größere Bereiche nur aufgeweitet und nicht gestaucht werden, ergibt sich beim Kalibrieren zudem ein geringerer Kraftbedarf als bei den Verfahren aus dem Stand der Technik, bei dem im Wesentlichen alle Flächenbereiche des Teiles gestaucht werden müssen.
Die Vorrichtung und das Verfahren wurden hier in Bezug auf ein Bauteil in Form eines Napfes mit schrägen Zargen erläutert. Andere Bauteilformen sind jedoch ebenfalls möglich und benötigen entsprechend angepasste Werkzeugkonturen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verfahren zur Herstellung eines geformten, insbesondere flanschbehafteten
Bauteils, das Verfahren umfassend:
Vorformen eines Werkstücks (3a) zu einem vorgeformten Bauteil (3b); und Kalibrieren des vorgeformten Bauteils (3b) zu einem im Wesentlichen fertiggeformten Bauteil (3c);
dadurch gekennzeichnet,
dass das Kalibrieren des vorgeformten Bauteils (3b) zu dem im Wesentlichen fertiggeformten Bauteil (3c) ein zumindest bereichsweises Dehnen des vorgeformten Bauteils (3b) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch kennzeichnet, dass ein Bereich,
insbesondere ein Zargenbereich des vorgeformten Bauteils (3b) in Bezug auf das fertiggeformte Bauteil (3c) mit einem Materialmangel ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch kennzeichnet, dass ein Bereich, insbesondere ein Zargenbereich, des vorgeformten Bauteils (3b) im Vergleich mit dem im Wesentlichen fertiggeformten Bauteil (3c) hinsichtlich einer
geometrischen Größe kleiner dimensioniert ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch kennzeichnet, dass während des Vorformens des Werkstücks (3a) zu dem vorgeformten Bauteil (3b) Materialerhebungen (12) zugelassen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch kennzeichnet, dass die Materialerhebungen (12) durch das Vorsehen eines Luftspaltes (10) und/oder einer Niederhalterdistanz im Bereich der Materialerhebung (12) zugelassen werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Materialerhebungen (12) gezielt über das Vorform-Werkzeug oder die Vorform- Werkzeuge eingebracht werden.
7 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch kennzeichnet, dass die Materialerhebungen (12) im Wesentlichen frei von Materialaufdickungen sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch kennzeichnet, dass die Materialerhebungen (12) durch das Dehnen des vorgeformten Bauteils (3b) abgestreckt werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch kennzeichnet, dass ein Bereich, insbesondere ein Zargenbereich oder ein Flanschbereich, des vorgeformten Bauteils (3b) im Vergleich mit dem im Wesentlichen
fertiggeformten Bauteil (3c) hinsichtlich einer geometrischen Größe größer dimensioniert ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch kennzeichnet, dass das Kalibrieren des vorgeformten Bauteils (3b) zu dem fertiggeformten Bauteil (3c) ein zumindest bereichsweises Stauchen des vorgeformten Bauteils (3b) umfasst.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch kennzeichnet, dass das vorgeformte Bauteil (3b) durch das Kalibrieren im Wesentlichen im gesamten Bauteil oder nur abschnittsweise einem plastischen Fließvorgang unterzogen wird.
12. Vorrichtung zur Herstellung eines geformten, insbesondere flanschbehafteten Bauteils, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
mit einem Vorform-Werkzeug (1) zum Vorformen eines Werkstücks (3a) zu einem vorgeformten Bauteil (3b); und mit einem Kalibrier- Werkzeug (2) zum Kalibrieren des vorgeformten Bauteils (3b) zu einem im Wesentlichen fertiggeformten Bauteil (3c),
dadurch gekennzeichnet,
dass das Vorform-Werkzeug (1) und das Kalibrier-Werkzeug (2) derart eingerichtet sind, dass das Kalibrieren des vorgeformten Bauteils (3b) zu dem im Wesentlichen fertiggeformten Bauteil (3c) ein zumindest bereichsweises Dehnen des vorgeformten Bauteils (3b) umfasst.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorform- Werkzeug (1) dazu ausgebildet ist, während des Vorformens des Werkstücks (3a) zu dem vorgeformten Bauteil (3b) Materialerhebungen (12) zuzulassen, insbesondere mittels eines im geschlossenen Zustand verbleibenden Luftspalts (10) und/oder einer Niederhalterdistanz.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das
Vorform-Werkzeug (1) einen Vorform-Stempel (8) und ein Vorform-Gesenk (20) umfasst und der Luftspalt (10) zumindest abschnittsweise zumindest zwischen dem Vorform-Stempel (8) und dem Vorform-Gesenk (6) ausgebildet wird.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrier-Werkzeug (2) einen Kalibrier-Stempel (20) und ein Kalibrier- Gesenk (22) umfasst, wobei der Kalibrier-Stempel (20) einen ersten Kalibrier- Stempelabschnitt (20a) und einen relativ hierzu beweglichen zweiten Kalibrier- Stempelabschnitt (20b), welcher den Kalibrier-Stempelboden bildet, umfasst und/oder wobei das Kalibrier-Gesenk (22) einen ersten Kalibrier- Gesenkabschnitt (22a) und einen relativ hierzu beweglichen zweiten Kalibrier- Gesenkabschnitt (22b), welcher den Kalibrier-Gesenkboden bildet, umfasst.
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