WO2004009263A1 - Verfahren zur materialflusssteuerung beim tiefziehen von blechen und tiefziehwerkzeug - Google Patents

Verfahren zur materialflusssteuerung beim tiefziehen von blechen und tiefziehwerkzeug Download PDF

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sheet metal
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Alfred LÖSCH
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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
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/22—Deep-drawing with devices for holding the edge of the blanks

Definitions

  • the invention relates to a method for material flow control in the deep-drawing of sheet metal, preferably of high-strength steels and / or multi-phase steels or of aluminum, according to the preamble of claim 1, and to a deep-drawing tool according to the preamble of claim 4.
  • EP 806 256 B1 also discloses a method for controlling the flow of material when drawing workpieces such as shaped sheet metal parts, the frictional force between the workpiece and the hold-down device being measured via a friction force sensor and serving as a control variable for a hold-down force.
  • a segmented hold-down is also used to regulate the hold-down force of individual segments of the hold-down device distributed over the circumference. This solution is also relatively complicated.
  • the invention is therefore based on the object of proposing a generic method for controlling the deep-drawing of sheet metal and a corresponding deep-drawing tool, in which the height adjustment by means of drawing rods and the complex friction force sensors can be dispensed with.
  • this is first, i.e. Before the actual drawing process with the closing of the upper and lower sheet metal holders, a Z-shaped shut-off step is embossed into the sheet edge (see feature a), which is then maintained during the drawing of the basic shape, whereby a complete shut-off step is brought about by the compressed sheet metal holders and Sheet is stretched out from the inside (see feature b). During the further drawing process, the height of the shut-off stage is finally reduced, thereby facilitating the sheet run-on from the outside (cf. feature c).
  • the sheet inhibition can be increased overall from the outside and, at the end of the deep-drawing process, by reducing the height of the shut-off stage by mechanically controlling the drawing stage, the sheet inhibition can be reduced and even completely canceled, so that the sheet follow-up takes place exclusively from the outside in.
  • the method according to the invention can also be used by reversing the step for the reverse case, by pulling at the beginning of the process without a blocking step as described in claim 3 and only embossing a blocking step with the help of the sheet metal holder during the deep-drawing process. It is only at the end that the sheet run-on is inhibited with the help of the blocking stage.
  • This can be of advantage both in deep-drawing processes with strong local deformation, where material has to be “presented”, and in sheet metal materials with low elongation at break, such as aluminum.
  • the constructive solution provides a deep-drawing tool according to claim 4, in which at least one sheet metal holder, preferably the lower sheet metal holder, is divided along the locking step into an inner and an outer ring and at least one of the rings is movable relative to the other in the holding direction.
  • the two sheet metal holders arranged side by side can form an adjustable shut-off step for the edge of the sheet and can be pressed against a corresponding fixed step of the counter-holder in order to achieve the desired sheet metal inhibition.
  • the outer ring in the holding direction relative to the inner ring the step can be reduced from the initial height with maximum locking effect to any desired drawing depth in extreme cases to zero.
  • this process can also be reversed by first working practically without a barrier step between the inner and outer sheet metal holder and then by increasing the step between the two rings, the effect of the barrier step is switched on and increased to the maximum effect until the end.
  • a deep-drawing tool with a controllable locking stage is achieved by the two-part sheet metal holder according to the invention and the relative movement of the outer ring with respect to the inner ring.
  • the die and the upper sheet metal holder can also be moved relative to one another.
  • This drawing tool can be used in practically all conventional presses with a controlled or delayed drawing cushion.
  • FIG. 1 shows a section through the deep-drawing tool according to the invention between head plate 2 and base plate 3 of a press
  • Fig. 2 is an enlarged view of the central area in Fig. 1 and
  • Fig. 3 corresponding to the representation of FIG. 1, the controllable blocking stage in five different phases.
  • the sheet 1 is shown before the deep-drawing process with the sheet edge la as a dashed line with the shut-off stage 11.
  • the sheet metal edge lb is drawn with a solid line.
  • the sheet 1 is located between the deep-drawing die 4 and the die 5, which are arranged between the top plate 2 and the base plate 3 of a conventional press.
  • the base plate 3 is fixed in a stationary manner in the usual way, while the head plate 2 is vertically movable for the deep-drawing process.
  • the upper sheet metal holder 13, which is movable relative to the die 5, has a step 16 on its underside, which corresponds to the shut-off step 11 of the sheet edge la.
  • the upper sheet metal holder 13 is acted upon by the spring force 9, which is also referred to as upper air, during the deep-drawing process and is pressed against the sheet metal edge.
  • the inner plate holder 6 is pressed by the spring force 8 and the outer plate holder 7 by the stroke-dependent counterforce 10 from below against the edge of the plate 1.
  • the punch 4 has a bead 12 and the die 5 has a corresponding nose 14, which is shown in FIG. 2 in particular in the upper (dashed line) and the lower position.
  • Phase 1 Close the sheet metal holder
  • a shut-off step 11 with a maximum step height 11.1 is embossed into the sheet edge la via the upper sheet metal holder 13 acted upon with upper air 9 and the lower sheet metal holders 6, 7 acting with lower air 8.
  • the bottom of the outer sheet holder 7a lies on the
  • I sheet metal la sheet edge (dashed line, before the deep-drawing process) lb sheet edge (solid line, after the deep-drawing process) 2 head plate (vertically movable)

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Blow-Moulding Or Thermoforming Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Moulds For Moulding Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Materialflusssteuerung beim Tiefziehen von Blechen, wobei die Ränder des Bleches (1) zwischen mindestens einem oberen Blechhalter (13) und mindestens einem unteren Blechhalter (6, 7) während des Tiefziehvorganges mit steuerbarer Federkraft (8, 9) zusammengepresst werden und ein entsprechendes Tiefziehwerkzeug. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zunächst mit dem Schliessen der oberen und unteren Blechhalter (13, 6, 7) eine Z-förmige Absperrstufe (11) in den Blechrand (1a) geprägt wird, dann unter Beibehaltung der Absperrstufe (11) und einer kompletten Absperrung zwischen den Blechhaltern die Grundform fertiggezogen wird, wobei das Blech (1) von innen nach aussen ausgereckt wird und schliesslich die Absprerrstufe (11) in ihrer Höhe reduziert und dadurch der Blechnachlauf von außen erleichtert wird. Das Tiefziehwerkzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass der untere Blechhalter aus einem inneren Blechhalter (6) und einem äusseren Blechhalter (7) besteht, die ringförmig am Rand des Bleches (1) angeordnet sind und relativ zueinander in Halterichtung bewegbar sind.

Description

Verfahren zur Materialflusssteuerung beim Tiefziehen von Blechen und Tiefziehwerkzeug
Beschreibung:
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Materialflusssteuerung beim Tiefziehen von Blechen, vorzugsweise aus höherfesten Stählen und/oder Mehrphasenstählen oder aus Aluminium gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 und auf ein Tiefziehwerkzeug gemäß Oberbegriff des Anspruches 4.
Im Rahmen der Entwicklung von immer leichteren Kraftfahrzeugen gewinnt der Einsatz von höherfesten Stählen im Karosserierohbau immer größere Bedeutung. So werden verstärkt für die Beplankungsteile Bleche aus Mehrphasenstählen vorgeschlagen. Insbesondere für Beplankungsteile aus Tiefziehwerkstoffen mit hohen Verfestigungswerten ist es aber wichtig, dass das Blech möglichst „großflächig" ausgereckt wird. Hierzu ist es Stand der Technik, dass der Blechnachlauf von außen durch eine auf dem Blechhalter befindliche Sperrstufe oder Sperrsicke gehemmt wird. Nachteilig kann es hierbei sein, wenn die Blechhemmung während des gesamten Ziehvorganges konstant erhalten bleibt, insbesondere dann, wenn das Blech in stark umgeformten Bereichen und gegen Ende des Ziehvorganges über die kritische Dehnung von 20% hinaus ausgereckt wird. In einem Artikel von S. Beck unter dem Titel „Steuerung des Ziehprozesses durch aktive Ziehsicken in dem Buch „Neuere Entwicklungen in der Blechumformung", Herausgeber Klaus Siegert, Mai 2000 ist der Einsatz höhenverstellbarer Ziehstäbe beschrieben, um die Spannungen beim Umformen und somit den Materialfluss zu steuern. Die konstruktiven Lösungen beziehen sich dabei ausschließlich auf eine relativ aufwendige Höhenverstellung der Ziehstäbe.
Aus der EP 806 256 Bl ist darüber hinaus ein Verfahren zur Materialflusssteuerung beim Ziehen von Werkstücken wie Blechformteilen bekannt, wobei über einen Reibungskraftsensor die Reibungskraft zwischen Werkstück und Niederhalter gemessen wird und als Regelgröße für eine Niederhalterkraft dient. Verwendet wird dabei auch ein segmentierter Niederhalter um die Niederhalterkraft einzelner am Umfang verteilter Segmente des Niederhalters zu regeln. Auch diese Lösung ist relativ kompliziert.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zur Steuerung beim Tiefziehen von Blechen und ein entsprechendes Tiefziehwerkzeug vorzuschlagen, bei dem auf die Höhenverstellung durch Ziehstäbe und die aufwendigen Reibungskraftsensoren verzichtet werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen 1, 3 und 4 beschrieben. Die Unteransprüche 2 und 5 bis 7 enthalten sinnvolle ergänzende Maßnahmen bzw. Ausführungsformen.
Gemäß Patentanspruch 1 wird dazu zunächst, d.h. vor dem eigentlichen Ziehvorgang mit dem Schließen der oberen und unteren Blechhalter in den Blechrand eine Z-förmige Absperrstufe geprägt (vgl. Merkmal a), die dann während des Fertigziehens der Grundform beibehalten wird, wobei durch die zusammengepreßten Blechhalter eine komplette Absperrstufe bewirkt wird und das Blech von innen nach außen ausgereckt wird (vgl. Merkmal b). Während des weiteren Ziehvorganges wird schließlich die Absperrstufe in ihrer Höhe reduziert und dadurch der Blechnachlauf von außen erleichtert (vgl. Merkmal c). Durch die erfindungsgemäße Z-förmige Absperrstufe kann die Blechhemmung von außen insgesamt erhöht werden und gegen Ende des Tiefziehvorganges durch Verringerung der Höhe der Absperrstufe durch mechanisches Wegsteuern der Ziehstufe die Blechhemmung verringert und sogar vollständig aufgehoben werden, sodass der Blechnachlauf ausschließlich von außen nach innen erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch durch Umdrehen der Stufe für den umgekehrten Fall Anwendung finden, indem wie im Anspruch 3 beschrieben, zu Beginn des Prozesses ohne Sperrstufe gezogen und erst während des Tiefziehvorganges eine Sperrstufe mit Hilfe der Blechhalter geprägt wird. Es wird dabei also erst zum Schluss der Blechnachlauf mit Hilfe der Sperrstufe gehemmt. Dies kann sowohl bei Tiefziehvorgängen mit örtlich starker Verformung, wobei Material „vorgelegt" werden muss, als auch bei Blechwerkstoffen mit geringer Bruchdehnung wie z.B. Aluminium von Vorteil sein. Die konstruktive Lösung sieht ein Tiefziehwerkzeug gemäß Patentanspruch 4 vor, bei dem mindestens ein Blechhalter, vorzugsweise der untere Blechhalter entlang der Sperrstufe in einen inneren und einen äußeren Ring aufgeteilt wird und mindestens einer der Ringe relativ zum anderen in Halterichtung bewegbar ist. Die beiden nebeneinander angeordneten Blechhalter können dabei eine einstellbare Absperrstufe für den Rand des Bleches bilden und gegen eine entsprechende feste Stufe des Gegenhalters gepresst werden, um die gewünschte Blechhemmung zu erreichen. Durch Betätigung des äußeren Ringes in Halterichtung relativ zum inneren Ring kann die Stufe von der Anfangshöhe mit maximaler Sperrwirkung auf jede gewünschte Ziehtiefe im Extremfall bis auf Null verringert werden. Entsprechend dem Verfahren nach Anspruch 3 kann dieser Vorgang auch umgekehrt werden, indem zunächst praktisch ohne Sperrstufe zwischen dem inneren und äußeren Blechhalter gearbeitet wird und dann durch Erhöhen der Stufe zwischen den beiden Ringen die Wirkung der Sperrstufe eingeschaltet und bis zum Schluss auf Maximalwirkung erhöht wird.
Durch den erfindungsgemäßen zweigeteilten Blechhalter und die Relativbewegung des äußeren Ringes gegenüber dem inneren Ring wird ein Tiefziehwerkzeug mit steuerbarer Sperrstufe erreicht. Dabei sind im Gegensatz zu einfach wirkenden Werkzeugen auch die Matrize und der obere Blechhalter relativ zueinander beweglich. Dieses Ziehwerkzeug kann praktisch in allen konventionellen Pressen mit gesteuertem oder verzögert nachlaufendem Ziehkissen eingesetzt werden.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren 1 bis 3 beispielsweise näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Schnitt durch das erfindungsgemäße Tiefziehwerkzeug zwischen Kopfplatte 2 und Grundplatte 3 einer Presse,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des zentralen Bereiches in Fig. 1 und
Fig. 3 entsprechend zu der Darstellung nach Fig. 1 die steuerbare Sperrstufe in fünf verschiedenen Phasen. In Fig. 1 ist das Blech 1 vor dem Tiefziehvorgang mit dem Blechrand la als gestrichelte Linie mit der Absperrstufe 11 dargestellt. Nach dem Tiefziehvorgang ist der Blechrand lb mit durchgezogener Linie gezeichnet. Das Blech 1 befindet sich zwischen dem Tiefziehstempel 4 und der Matrize 5, die zwischen der Kopfplatte 2 und der Grundplatte 3 einer üblichen Presse angeordnet sind. Die Grundplatte 3 ist in üblicher Weise stationär fest angeordnet, während die Kopfplatte 2 für den Tiefziehvorgang vertikal beweglich ist. Der relativ zur Matrize 5 bewegliche obere Blechhalter 13 besitzt an seiner Unterseite eine Stufe 16, die der Absperrstufe 11 des Blechrandes la entspricht. Der obere Blechhalter 13 wird während des Tiefziehvorganges von der Federkraft 9, die auch als Oberluft bezeichnet wird, beaufschlagt und gegen den Blechrand gepresst. Als Gegenhalter wirken die beiden unteren Blechhalter 6 und 7, die in ihrer oberen Stellung 6a, 7a, vor dem Tiefziehvorgang mit gestrichelter Umrandung dargestellt sind. In der unteren Stellung 6b, 7b sind diese beiden Blechhalter schraffiert gezeichnet. Der innere Blechhalter 6 wird von der Federkraft 8 und der äußere Blechhalter 7 von der hubabhängigen Gegenkraft 10 von unten gegen den Rand des Bleches 1 gepresst. Zur Ausbildung einer Formstufe besitzt der Stempel 4 eine Wulst 12 und die Matrize 5 eine entsprechende Nase 14, die in Fig. 2 insbesondere in der oberen (gestrichelte Linie) und der unteren Stellung dargestellt ist.
In Fig. 3 sind insbesondere fünf verschiedene Phasen für die Position der beiden unteren, inneren und äußeren Blechhalter 6 und 7 dargestellt:
Phase 1: Blechhalter schließen
Über den mit Oberluft 9 beaufschlagten oberen Blechhalter 13 und die mit Unterluft 8 wirkenden unteren Blechhalter 6, 7 wird eine Absperrstufe 11 mit maximaler Stufenhöhe 11.1 in den Blechrand la geprägt. Der äußere Blechhalter 7a liegt mit der Unterseite auf der
Auflagefläche 15 des inneren Blechhalters 6a auf. Phase 2: Streckziehen der Grundform
Unter komplettem Absperren und Beibehaltung der maximalen Stufenhöhe 11.2 wird die Grundform fertiggezogen, wobei das Blech ausschließlich von innen nach außen ausgereckt wird. Diese Fließrichtung des Materials wird durch die Pfeile Pl angedeutet.
Phase 3: Beginn der Formung der Formstufe auf dem Stempel
Durch das Einwirken der hubabhängigen Gegenkraft 10 auf den äußeren unteren Blechhalter 7 wird die Sperrstufe in ihrer Stufenhöhe 11.3 reduziert und der Blechnachlauf von außen erleichtert (vgl. Pfeil P2).
Phase 4: Weitere Verformung der Formstufe
Durch das weitere Reduzieren der Sperrstufenhöhe 11.4 erfolgt der erforderliche Blechnachlauf verstärkt von außen.
Phase 5: Fertiqformen
Durch die nicht mehr vorhandene Stufenhöhe 11.5 und die praktisch weggefallene Sperrstufe erfolgt der Blechnachlauf ausschließlich von außen (vgl. Pfeil P3).
Bezugszeichenliste:
I Blech la Blechrand (gestrichelte Linie, vor dem Tiefziehvorgang) lb Blechrand (durchgezogene Linie, nach dem Tiefziehvorgang) 2 Kopfplatte (vertikal beweglich)
3 Grundplatte (fest)
4 Tiefziehstempel an 3
5 Matrize an 2
6 Blechhalter (unten, innen) 6a Blechhalter (unten, innen, vor dem Tiefziehvorgang, gestrichelt dargestellt)
6b Blechhalter (unten, innen, nach dem Tiefziehvorgang, in Fig. 1 schraffiert dargestellt)
7 Blechhalter (unten, außen)
7a Blechhalter (unten, außen, vor dem Tiefziehvorgang, gestrichelt dargestellt)
7b Blechhalter (unten, außen, nach dem Tiefziehvorgang, in Fig. 1 schraffiert dargestellt)
8 Federkraft (Unterluft)
9 Federkraft (Oberluft) 10 hubabhängige Gegenkraft zu 9
II Absperrstufe in la
11.1 maximale Stufenhöhe
11.2 maximale Stufenhöhe
11.3 reduzierte Stufenhöhe 11.4 reduzierte Stufenhöhe
11.5 keine Stufenhöhe
12 Wulst an 4
13 Blechhalter oben
14 Nase an 5 15 Auflagefläche
16 Stufe an der Unterseite von 13
Pl, P2, P3 Pfeil für Fließrichtung des Materials

Claims

Patentansprüche:
1 Verfahren zur Materialflusssteuerung beim Tiefziehen von Blechen, vorzugsweise aus höherfesten Stählen und/oder Mehrphasenstählen oder aus Aluminium, wobei das Blech (1) in einer Presse zwischen einem an einer Grundplatte (3) angeordneten Ziehstempel (4) und einer an einer Kopfplatte (2) angeordneten Matrize (5) geformt wird, der Ziehstempel (4) und die Matrize (5) angepasste Profile (12, 14) für die Bildung von Ziehsicken an den Rändern des Bleches (1) besitzen und die Ränder des Bleches (1) zwischen mindestens einem oberen Buchhalter (13) und mindestens einem unteren Blechhalter (6, 7) während des Tiefziehvorganges mit steuerbarer Federkraft ( 8, 9) zusammengepresst werden, dadurch gekennzeichnet, dass a) zunächst mit dem Schließen der oberen und unteren Blechhalter (13, 6, 7) eine Z-förmige Absperrstufe (11) in den Blechrand (la) geprägt wird, b) dann unter Beibehaltung der Absperrstufe (11) und einer kompletten Absperrung zwischen den Blechhaltern die Grundform fertiggezogen wird, wobei das Blech (1) von innen nach außen ausgereckt wird und c) schließlich die Absperrstufe (11) in ihrer Höhe reduziert und dadurch der Blechnachlauf von außen erleichtert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schluss durch vollständiges Aufheben der Absperrstufe (11) der Blechnachlauf ausschließlich von außen nach innen erfolgt.
3. Verfahren zur Materialflusssteuerung beim Tiefziehen von Blechen, vorzugsweise aus höherfesten Stählen und/oder Mehrphasenstählen oder aus Aluminium, wobei das Blech (1) in einer Presse zwischen einem an einer Grundplatte
(3) angeordneten Ziehstempel (4) und einer an einer Kopfplatte (2) angeordneten Matrize (5) geformt wird, der Ziehstempel (4) und die Matrize (5) angepasste Profile (12, 14) für die Bildung von Ziehsicken an den Rändern des Bleches (1) besitzen und die Ränder des Bleches (1) zwischen mindestens einem oberen Blechhalter (13) und mindestens einem unteren Blechhalter (6, 7) während des Tiefziehvorganges mit steuerbarer Federkraft (8, 9) zusammengepresst werden, dadurch gekennzeichnet, dass a) zunächst im Wesentlichen ohne Sickenwirkung die Grundform gezogen wird, während die oberen und unteren Blechhalter (13, 6, 7) im Wesentlichen eben aufeinanderliegen und b) danach eine Absperrstufe in den Blechrand geprägt wird, um den
Blechnachlauf von außen nach innen zu hemmen.
4. Tiehziehwerkzeug zum Tiefziehen von Blechen, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, mit - in einer Presse an einer Grundplatte (3) angeordnetem Ziehstempel
(4) und gegenüberliegend an einer Kopfplatte (2) angeordneter Matrize (5), an dem Ziehstempel (4) und der Matrize (5) angeordneten Profilen (12, 14) für die Bildung von Ziehsicken an den Rändern des umzuformenden Bleches (1) und mindestens einem oberen Blechhalter (13) und mindestens einem unteren Blechhalter (6, 7), dadurch gekennzeichnet, dass der untere Blechhalter aus einem inneren
Blechhalter (6) und einem äußeren Blechhalter (7) besteht, die ringförmig am Rand des Bleches (1) angeordnet sind und relativ zueinander in
Halterichtung bewegbar sind.
5. Tiefziehwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der untere innere Blechhalter (6) eine Auflagefläche (15) besitzt, auf der der äußere Blechhalter (7) in der im Vergleich zum inneren Blechhalter (6) unteren Relativlage zur Auflage kommt.
6. Tiefziehwerkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden unteren Blechhalter (6, 7) mit ihren Oberseiten eine einstellbare Absperrstufe (11) für den Rand des Bleches (1) bilden.
7. Tiefziehwerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite des oberen Blechhalters (13) eine der maximalen Stufenhöhe (11.1) der Absperrstufe (11) entsprechende Stufe (20) angeordnet ist.
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