WO2016071042A1 - Umformpresse und verfahren zum umformen eines flächenförmigen rohlings aus metall mit zwei aufeinander zu verfahrbaren gestellteilen - Google Patents

Umformpresse und verfahren zum umformen eines flächenförmigen rohlings aus metall mit zwei aufeinander zu verfahrbaren gestellteilen Download PDF

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WO2016071042A1
WO2016071042A1 PCT/EP2015/072243 EP2015072243W WO2016071042A1 WO 2016071042 A1 WO2016071042 A1 WO 2016071042A1 EP 2015072243 W EP2015072243 W EP 2015072243W WO 2016071042 A1 WO2016071042 A1 WO 2016071042A1
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WO
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blank
punch
forming
forming press
frame part
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PCT/EP2015/072243
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Peter Amborn
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Peter Amborn
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Publication date
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    • 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
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    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/22—Deep-drawing with devices for holding the edge of the blanks

Definitions

  • the invention relates to a forming press for forming a
  • the invention also relates to a forming process.
  • Sheet-like blanks are understood in particular to be sheets, blanks and films.
  • a forming press for forming a flat-shaped blank made of metal is known from the prior art according to DE 10 2012 106 299 A1.
  • a pressure-tight housing is provided in detail, wherein two frame parts are arranged in the housing, wherein the one upper frame part to the other lower frame part is zuverfahrbar.
  • the upper one has one in a cylindrical space of the
  • Ge Techiles movable punch which has a positive engraving, whereas at the other lower frame member a die with a is arranged according to complementary negative engraving.
  • the method for forming the sheet-like blank made of metal is that the first gas-based deformation of this blank is made to then in a second step, so if the transformation has already taken place substantially, a mechanical final formation of the sheet blank at the sections of Matrize takes place, which are characterized by small radii. Because according to the teaching of the prior art, it is so that relatively large degrees of deformation can be achieved relatively easily and quickly with the gas pressure forming, but the formation of small radii at also high
  • Forming degrees requires disproportionately high pressure on the blank, which makes such a one-step process uneconomical when small radii need to be reshaped.
  • the forming of the sheet-like metallic blank is carried out according to the prior art by generating a gas pressure by the stroke of the punch or the frame parts to each other. Furthermore, this reference also teaches to provide higher pressures for forming by increasing the temperature. However, it is also taught to reduce the
  • the pressurized gas may have been cached in a pressure vessel.
  • gas is used as a pressure medium, considerable travels required, which means that the cycle times are relatively long. Since not only the stamp is to be used to generate pressure, but the two Gesteilmaschine also serve to increase the pressure in the stamp space is
  • the object underlying the invention is therefore to provide a cheaper solution for the transformation of a flat-shaped
  • the volume of air generated by the pressure generator is reget or controllable depending on the current pressure in the pressure chamber. This means that at the beginning of the deformation, the pressure can be relatively low, and only at the final formation, that is, when The blank should apply at high degrees of deformation to small radii, this is done by a corresponding increase in pressure. That is, it is possible via a control or regulation, the specification of a pressure profile, which is closely adapted to the corresponding degrees of deformation.
  • the punch can have a positive engraving that is at least partially complementary to the negative engraving of the die. This ensures that after a gas pressure forming advantageous mechanically, ie
  • the stamp is pressure-tight in the space of the other second frame part slidably guided.
  • a radially encircling piston seal is provided, for example at least one piston ring. This ensures that the gas pressure remains stable over a longer period, and insofar as the gas pressure can act on the blank for a long time.
  • the die of a first frame part and / or the punch of the other frame part in each case at least one temperature control, which is controlled or regulated.
  • the tempering device it is made possible for the sheet-like blank made of heat-transformable material, in particular of metal, to have the desired forming temperature, which is preferably above about 300 ° C., for hot-formable materials, in particular metal. to heat up, the blank may already be pre-heated externally. The external preheating of the blank ensures short cycle times.
  • the stamp is sealed by at least one radially encircling piston seal, in particular at least for round punches by at least one, preferably a plurality of piston rings relative to the space in the frame part.
  • Temperature control provided that the tempering individually controllable and controllable, if necessary, a predetermined
  • Temperature profile to be able to nachfahren, wherein the temperature profile can be dependent on the desired degrees of deformation at the corresponding points of the sheet-like blank.
  • the die of a first frame part in the region of the support on the other second frame part has a tempering, corresponding to the other second frame part in the area of the support for the sheet-like blank also a
  • Tempering device may have.
  • the bottom of the die has a tempering device. That is, by such a tempering, also in the form of a heater, there is the possibility of heating the die as a whole.
  • the stamp advantageously has a temperature control device in the form of a heater in the area of the top of the stamp. From this it is clear that not only the punch and the die are centrally heated, but that also the edge region of both the punch and the die, d. H. the areas where the two frame parts collide and ultimately provide for the fixation and sealing of the sheet blank are temperature controlled, so are heated in particular in this part by a preselectable temperature profile a tracking of the material, especially at tight radii with a correspondingly high
  • the starting position of the punch in the particular cylindrical space of the other second frame part is such that the punch is located with or without engraving directly in front of the blank sheet, but without deforming it in the starting position.
  • the engraving may abut the blank at its highest elevation, for a stamp without engraving, ie if the transformation is to take place only via the corresponding air or gas pressure, this stamp is at a minimum distance or slightly adjacent to or on the sheet blank. This is to ensure that the pressure can form over the entire surface of the blank and the blank is not scratched or damaged.
  • this also means that hereby the pressure space between the top or surface of the punch to the bottom of the blank can be kept relatively small. This has the advantage that the pressure generator only has to generate a low volume flow at the appropriate pressure in order to be relatively short
  • the space below the plunger communicates with the space formed by the engraving of the die through a compensating duct. In other words, this prevents the deformation-damaging increase in the pressure on the die-facing side of the blank, in particular during the final shaping. It is advantageously provided in this context, if the
  • Compensation line is in communication with a pressure generator to generate pressure between the die and blank to eject the finished workpiece controlled by the pressure in the space between the die and the tool.
  • the molded workpiece may be subject to punch back movement while opening the tools
  • the invention likewise relates to a method for forming a sheet-like blank in a forming press as it is the subject matter of the preceding statements.
  • the process is characterized by several steps, which are described in detail as follows. First, the sheet-like blank, especially in the preheated state is placed on the other second frame part. Then the frame parts are closed, so that the sheet-like blank is kept sealed between the frame parts. Then the stamp is approached to the sheet-like blank to form the pressure chamber. In this case, however, it is ensured that the blank is not deformed by the engraving of the stamp, provided that the stamp has an engraving. Then, the heating of the sheet-like blank takes place on a specific with respect to the material of the sheet blank forming temperature.
  • the desired forming temperature for example, depending on the material to be formed between 300 ° and 1 .100 ° C for light metals as well as certain copper alloys and 700 ° to 1 .100 ° C for steel-like alloys as well as copper alloys and
  • Titanium alloys amount.
  • the blank can already be preheated introduced into the press, which significantly reduces the cycle times.
  • the pressure space which is formed by the sheet-like blank on the one hand and the punch in the cylindrical space of the frame base, is sealed, the pressure space thus formed with a pressurized gas, which is selected depending on the alloy, applied.
  • the closing of the racks can be done in different ways; once, as shown in the drawings, from bottom to top, that is, the frame base is moved simultaneously including stamp up or the frame base is fixed and the frame top is to move down on the frame base.
  • the position of the die in the frame top has the advantage that the component can be removed more easily after forming.
  • the gas pressure can also act on the blank for a long time
  • the finished workpiece can then be removed from the frame base and fed to the heat treatment.
  • the forming process can also take place in two stages insofar as in the first stage, the forming of the sheet-like blank is carried out by gas pressure, and in the second stage, the final formation of the sheet-like blank takes place mechanically by pressing the punch into the die, as in detail already to others Has been explained.
  • Fig. 2 shows the initial state of the press after inserting the sheet-like blank made of metal
  • Fig. 3 shows the contracted state of the two
  • Fig. 4 shows a state in which the punch with the positive
  • Fig. 5 shows that precipitated or ejected from the template
  • Forming press 1 the thermally insulated frame top 6 and attached to the press base 3, the frame base 7. Both frame files are heatable, as described elsewhere.
  • the insulation shows in each case the reference numeral 9, the upper frame part 6 has the designated 8 also thermally insulated die with the negative engraving 10, which is project-related in the frame top interchangeable, corresponding to the die has the frame base the designated 12 punch with the positive engraving fourteenth , which is complementary to the negative engraving 10 of the die 8 is formed. That means that the
  • planar blank 26 corresponds.
  • the piston rings 18 provide primarily for a seal of the punch 12 relative to the cylindrical space 16. As already explained at the outset, is here through the piston rings also ensures that even at temperatures of the plunger 12 of up to 1 .100 ° C for heating the Positive engraving 14 with the aim of heating the blank 26, the punch 12 in the cylindrical space 16 is still movable; because by the piston rings 18, a different thermal expansion of the
  • Stamp 12 are compensated on the one hand to the cylindrical space formed by the lower frame 6 on the other hand. That is, a "scuffing" of the two components is even with very different
  • the heating of the sheet-like blank 26 takes place at various points, as has already been explained above.
  • a tempering device is provided as heating in the stamp 12, which bears the reference numeral 20.
  • the heater 20 is located on the stamp base below the
  • a further tempering device in the form of a heater 23 is arranged in or on the frame base, specifically where the die 8 rests on the frame base 7. Corresponding thereto, the die 8 in this area also has one
  • Tempering device in the form of a heater 22 to the
  • a further tempering device in the form of the heater 25 is provided in the bottom region of the negative engraving 10 of the die 8 between the frame top 6 and the negative engraving 10.
  • the pressure chamber 24 is formed by the underside of the sheet-like blank 26, the top of the positive engraving 14 of the punch 12 and by the frame base 7th
  • the pressure chamber 24 is connected by a connecting line 28 with a pressure generator 30 in connection. That is, the pressure generator 30, for example, a compressor, ensures an increase in the gas pressure in the pressure chamber 24th
  • the punch 12 has a piston-cylinder drive 32, which serves for the displacement of the punch 12 in the cylindrical space 16 formed by the frame base 7.
  • Fig. 3 shows the state in which the two frame parts 6 and 7
  • the gas pressure in the pressure chamber 24 is now increased by the pressure generator 30.
  • the shaping of the sheet-like blank 26 in the negative engraving 10 of the die 8 by the gas pressure is then tracked, ie parallel to the deformation by the gas pressure of the punch 12 is tracked, the gas pressure increases due to the reduction of the gas volume, then possibly in the edge regions already by the positive engraving of the 14 Stamp 12 in conjunction with the negative engraving 10 of the die 8, the mechanical Endausformung, especially in the edge regions with a small radius to accomplish. That is, substantially immediately before reaching the Umformendworts the further transformation takes place purely mechanically by the shrinkage of the positive engraving 14 of the punch 12 in the negative engraving 10 of the die 8, especially if, for example, in the edge area small
  • Forming radii are to be formed accurately.
  • the invention also encompasses the simultaneous operation of the stamp with the shaping by the gas pressure.
  • Forming process in the wake of the gas forming it makes sense to at least partially drain the then harmful gas pressure between the punch and the nearly formed workpiece.
  • Compensation line 36 in the form of a tube between the
  • FIG. 5 shows a representation in which the blank 26 is formed into the finished workpiece 42. If the compensating line 36 is connected as a hose to a pressure generator (not shown), a corresponding pressure for ejecting the workpiece 42, that is the endausgeformten blank can be constructed upon increasing the pressure within the space formed by the negative engraving 10 of the die 8. The workpiece 42 is then ejected laterally from the forming press 1.

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

Abstract

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

Description

UMFORMPRESSE UND VERFAHREN ZUM UMFORMEN EINES FLÄCHENFÖRMIGEN ROHLINGS AUS METALL MIT ZWEI AUFEINANDER ZU VERFAHRBAREN GESTELLTEILEN
Die Erfindung betrifft eine Umformpresse zum Umformen eines
fiächenförmigen Rohlings aus Metall mit zumindest zwei aufeinander zu verfahrbaren thermisch isolierten Gestellteilen, wobei das eine erste Gestellteil eine Matrize mit einer negativen Gravur aufweist, und wobei das andere zweite Gestellteil einen in einem Raum dieses Gesteliteiis verfahrbaren Stempel aufweist, wobei der flächenförmige Rohling oberhalb des Stempels unter Bildung eines Druckraums mit dem Stempel auf dem den Stempel aufnehmenden Gestellteil aufliegt.
Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein Umformverfahren.
Unter fiächenförmigen Rohlingen werden insbesondere Bleche, Platinen und Folien verstanden.
Eine Umformpresse zum Umformen eines fiächenförmigen Rohlings aus Metall ist aus dem Stand der Technik gemäß der DE 10 2012 106 299 A1 bekannt. Hierbei ist im Einzelnen ein druckdichtes Gehäuse vorgesehen, wobei in dem Gehäuse zwei Gestellteile angeordnet sind, wobei das eine obere Gestellteil auf das andere untere Gestellteil zuverfahrbar ist. Das eine obere Gestellten weist einen in einem zylindrischen Raum des
Gestellteiles verfahrbaren Stempel auf, der eine positive Gravur aufweist, wohingegen an dem anderen unteren Gestellteil eine Matrize mit einer entsprechend komplementären negativen Gravur angeordnet ist. Das Verfahren zur Umformung des flächenförmigen Rohlings aus Metall besteht nun darin, dass zunächst gasbasiert die Umformung dieses Rohlings vorgenommen wird, um dann in einem zweiten Schritt, also wenn die Umformung im Wesentlichen bereits stattgefunden hat, eine mechanische Endausformung des flächenförmigen Rohlings an den Abschnitten der Matrize erfolgt, die durch kleine Radien geprägt sind. Denn nach der Lehre des Standes der Technik ist es so, dass relativ einfach und schnell mit dem Gasdruckumformen verhältnismäßig große Umformgrade erzielt werden können, jedoch die Ausformung kleiner Radien bei ebenfalls hohen
Umformgraden einen unverhältnismäßig hohen Druck auf den Rohling erfordert, was ein solches einstufiges Verfahren, wenn kleine Radien umgeformt werden müssen, unwirtschaftlich macht. Die Umformung des flächenförmigen metallischen Rohlings erfolgt nach dem Stand der Technik durch Erzeugung eines Gasdrucks durch den Hub des Stempels bzw. der Gestellteile zueinander. Des Weiteren wird in dieser Literaturstelle auch gelehrt, durch Erhöhung der Temperatur höhere Drücke für die Umformung bereitzustellen. Gelehrt wird allerdings auch zur Verringerung des
Verdichtungsweges und/oder zur Steigerung des Enddruckes den
Druckraum nach Abdichtung, aber noch vor Beginn des eigentlichen Verdichtungshubes, durch Gasdruck aufzuladen, welcher beim
vorangegangenen Pressenhub erzeugt worden ist. Das unter Druck stehende Gas kann in einem Druckbehälter zwischengespeichert worden sein. Zusammengefasst bedeutet dies, dass die Lehre des Standes der Technik darauf hinausläuft, den durch den Verfahrweg des Stempels bzw. ein durch den Verfahrweg der beiden Gestellteile erzeugten Druck für die Umformung zu verwenden, wobei ggf. vor der eigentlichen Umformung in einem Druckbehälter zwischengespeicherte Druckluft zur Erhöhung des Druckes im Raum über dem Stempel verwendet wird. Zur Erzeugung des erforderlichen Druckes sind, wenn Gas als Druckmittel Verwendung findet, erhebliche Verfahrwege erforderlich, was bedeutet, dass die Taktzeiten verhältnismäßig lang werden. Da nicht nur der Stempel zur Druckerzeugung eingesetzt werden soll, sondern die beiden Gesteilteile ebenfalls der Erhöhung des Druckes im Stempelraum dienen, ist
erforderlich, dass die Gestellteile der Presse, also Gestelloberteil und Gestellunterteil zur Umgebung hin hermetisch abgeschlossen sind. Hierzu ist, wie sich dies aus den Zeichnungen der DE 10 2012 106 299 A1 ergibt, ein gesondertes Gehäuse vorgesehen. Zweifellos erfordert dies einen erheblichen konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand, was eine solche Vorrichtung, und hier insbesondere den Werkzeugteil
verhältnismäßig teuer macht.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht demzufolge darin, eine preiswertere Lösung für die Umformung eines fiächenförmigen
Rohlings aus Metall bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den
Druckraum mit einem unter Druck stehenden Gas aus einem
Druckerzeuger zu beaufschlagen. Ein solcher Druckerzeuger kann ein Verdichter, z. B, ein Kompressor sein, die in der Lage ist, die für die
Umformung von fiächenförmigen Rohlingen erforderlichen Drücke von bis zu 60 bar und mehr bereitzustellen. Vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorteilhaft ist das durch den Druckerzeuger erzeugte Luftvolumen in Abhängigkeit vom aktuellen Druck im Druckraum reget- oder steuerbar. Das bedeutet, dass zu Beginn der Umformung der Druck verhältnismäßig gering sein kann, und erst bei der Endausformung, also dann, wenn sich der Rohling bei hohen Umformgraden an kleine Radien anlegen soll, dies durch eine entsprechende Druckerhöhung erfolgt. Das heißt, es ist über eine Steuerung bzw. Regelung die Vorgabe eines Druckprofiles möglich, das eng angepasst an die entsprechenden Umformgrade ist.
Des Weiteren ist insbesondere vorgesehen, dass der Stempel eine entsprechend zu der negativen Gravur der Matrize zumindest teilweise komplementäre positive Gravur aufweisen kann. Hiermit wird erreicht, dass nach einer Gasdruckumformung vorteilhaft mechanisch, also
schlussendlich durch die Gravuren, Abschnitte mit kleinen Radien verhältnismäßig schnell endausgeformt werden können. Das Verfahren ist insofern dann zweistufig ausgebildet.
Der Stempel ist druckdicht in dem Raum des anderen zweiten Gestellteils verschieblich geführt. Um die Druckdichtigkeit zu bewerkstelligen, ist eine radial umlaufende Kolbendichtung vorgesehen, beispielsweise mindestens ein Kolbenring. Hierdurch wird erreicht, dass der Gasdruck über einen längeren Zeitraum stabil bleibt, und insofern der Gasdruck längere Zeit auf den Rohling wirken kann.
Durch die Verwendung von Kolbenringen als Stempelabdichtung können kleine Präzisionsfehler, die infolge der Erwärmung entstehen können, kompensiert werden. Ebenfalls denkbar ist, die Gestellteile schwimmend zu lagern, um Präzisionsfehler im Betrieb ausgleichen zu können. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weist die Matrize des einen ersten Gestellteils und/oder der Stempel des anderen Gestellteils jeweils mindestens eine Temperiereinrichtung auf, die Steuer- oder regelbar ist. Durch die Temperiereinrichtung wird es ermöglicht, den flächenförmtgen Rohling aus warmumformbaren Material, insbesondere aus Metall auf die bei warmumformbaren Materialien, insbesondere Metall, gewünschte Umformtemperatur, die vorzugsweise oberhalb von ca. 300° C liegt, aufzuheizen, wobei der Rohling auch bereits extern vorgewärmt sein kann. Die externe Vorwärmung des Rohlings sorgt für kurze Taktzeiten.
Gegebenenfalls erfolgt die Aufheizung des flächenförmigen Rohlings in Abhängigkeit des umzuformenden Metalis z. B. eines ferritischen
Edelstahls auf bis ca. 1 .100° C. Grundsätzlich sind alle möglichen
Kombinationen der Erwärmung der Gestellteile, der Matrize, des Stempels und schließlich des Rohlings denkbar. Nun ist festzustellen, dass der Stand der Technik gemäß der DE 10 2012 106 299 A1 es nicht erlaubt, bei derartig hohen Temperaturen eine Umformung vorzunehmen. Dies liegt zum einen daran, dass der Stempel zwar verschieblich in dem oberen Gestellteil geführt ist, aber damit zu rechnen ist, dass der Stempel bei Aufheizung des Stempels auf Temperaturen von über 300° C, im Einzelfall auf Temperaturen von bis zu 1 .100° C, sich nicht mehr in dem oberen Gestellte!'! verfahren lässt, weil das Gestellteil aufgrund der Außenfläche eine hohe Wärmeabstrahlung hat, und dies es schwierig machen dürfte, das Gestellteil bzw. beide Gestellteile in Bezug auf eine gleiche
Temperaturausdehnung auf den entsprechenden Temperaturen zu halten oder auch zu kühlen, wenn denn Gestellteile und Stempel aus Werkstoffen bestehen, die zumindest gleichartige Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Deshalb ist, wie bereits zuvor erläutert worden ist, auch vorgesehen, dass der Stempel durch mindestens eine radial umlaufende Kolbendichtung, insbesondere mindestens für runde Stempel durch mindestens einen, vorzugsweise mehrere Kolbenringe gegenüber dem Raum im Gestellteil abgedichtet ist. Insofern besteht dann auch die
Möglichkeit der Temperierung auf höhere Temperaturen. Des Weiteren eröffnet die Abdichtung durch die Kolbendichtung und den verhältnismäßig kleinvolumigen Druckraum die Möglichkeit, Edelgase wirtschaftlich einzusetzen, z. B. bei der Umformung von Magnesiumlegierungen. So ist insbesondere bei der Anordnung von mehreren
Temperiereinrichtungen vorgesehen, dass die Temperiereinrichtungen einzeln ansteuerbar und regelbar sind, um ggf. ein vorgegebenes
Temperaturprofil nachfahren zu können, wobei das Temperaturprofil abhängig von den gewünschten Umformgraden an den entsprechenden Stellen des flächenförmigen Rohlings sein kann. Im Einzelnen ist in Bezug auf die Anordnung der Temperiereinrichtungen vorgesehen, dass die Matrize des einen ersten Gestellteils im Bereich der Auflage auf dem anderen zweiten Gestellteil eine Temperiereinrichtung aufweist, wobei korrespondierend hierzu das andere zweite Gestellteil im Bereich der Auflage für den flächenförmigen Rohling ebenfalls eine
Temperiereinrichtung aufweisen kann. Vorteilhaft weist weiterhin der Boden der Matrize eine Temperiereinrichtung auf. Das heißt, durch eine solche Temperiereinrichtung, ebenfalls in der Form einer Heizung, besteht die Möglichkeit der Aufheizung der Matrize insgesamt. Auch der Stempel weist vorteilhaft im Bereich der Stempel Oberseite eine Temperiereinrichtung in Form einer Heizung auf. Hieraus wird deutlich, dass nicht nur der Stempel und die Matrize zentrisch beheizbar sind, sondern dass ebenfalls der Randbereich sowohl des Stempels als auch der Matrize, d. h. die Bereiche, an denen die beiden Gestellteile aufeinanderstoßen und schlussendlich auch für die Fixierung und Abdichtung des flächenförmigen Rohlings sorgen, temperierbar sind, also insbesondere beheizt sind, um gerade in diesem Teil durch ein vorwählbares Temperaturprofil ein Nachlaufen des Materials insbesondere bei engen Radien mit entsprechend hohen
Umformgraden zu bewerkstelligen. Insbesondere ist des Weiteren vorgesehen, dass die Ausgangslage des Stempels in dem insbesondere zylindrischen Raum des anderen zweiten Gestellteils derart ist, dass sich der Stempel mit oder ohne Gravur unmittelbar vor dem flächenförmigen Rohling befindet, ohne diesen jedoch in der Ausgangslage zu verformen. Das bedeutet, dass bei einem Stempel mit einer Gravur möglicherweise die Gravur an ihrer höchsten Erhebung an den flächenförmigen Rohling anstößt, bei einem Stempel ohne Gravur, d. h. wenn die Umformung nur über den entsprechenden Luft- bzw. Gasdruck erfolgen soll, dieser Stempel mit einem minimalen Abstand oder leicht anliegend sich vor oder an dem flächenförmigen Rohling befindet. Dies deshalb, um sicherzustellen, dass sich der Druck über die gesamte Fläche des Rohlings ausbilden kann und der Rohling nicht verkratzt oder beschädigt wird. Dies bedeutet allerdings auch, dass hiermit der Druckraum zwischen der Oberseite oder Oberfläche des Stempels zu der Unterseite des Rohlings verhältnismäßig klein gehalten werden kann. Dies hat den Vorteil, dass der Druckerzeuger nur einen geringen Volumenstrom bei entsprechendem Druck erzeugen muss, um verhältnismäßig kurze
Taktzeiten verwirklichen zu können. Darüber hinaus ist vorteilhaft, dass bei einem kleinen Druckraum die Abkühlung des Rohlings und der Werkzeuge wi Stempel und Matrize aufgrund des zugeführten Gases durch den Druckerzeuger gering ist, sodass auch die Temperiereinrichtungen zur Beheizung des flächenförmigen Rohlings aus Metall nur einen geringen Energiebedarf haben. Hierdurch werden ebenfalls Prozessunterbrechungen wegen zu kühler Werkzeuge vermieden.
Es ist allerdings auch möglich, die Gesteltteile zunächst mit einer
Schließkraft zu schließen, die ein mechanisches Umformen des Rohlings erlaubt, wobei das Material des Rohlings von außen leicht in die Gravur der Matrize eingezogen werden kann. Nach Erhöhung der Schließkraft und damit einhergehender Abdichtung, wird dann der Gasdruck zum Umformen aufgebaut.
Nach einem: weiteren Merkmal der Erfindung steht der Raum unterhalb des Stempels mit dem durch die Gravur der Matrize gebildeten Raum durch eine Ausgleichsleitung in Verbindung. Das heißt, hierdurch wird der umformschädliche Anstieg des Druckes auf der der Matrize zugewandten Seite des Rohlings insbesondere während der Endumformung verhindert. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, wenn die
Ausgleichsleitung mit einem Druckerzeuger in Verbindung steht, um zwischen Matrize und Rohling einen Überdruck zu erzeugen, um das fertige Werkstück durch den Druck im Zwischenraum zwischen Matrize und Werkzeug kontrolliert auszuwerfen. Im Falle des abgedichteten Raums unterhalb des Stempels kann das ausgeformte Werkstück infolge der Stempelrückbewegung bei gleichzeitigem Öffnen der Werkzeuge
automatisch aus der Matrize herausgedrückt werden. Hierbei kann ein extern regelbares Druckluftmanagement mit allen Kombinationen vorgesehen sein.
Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein Verfahren zum Umformen eines flächenförmigen Rohlings in einer Umformpresse wie sie Gegenstand der vorstehenden Ausführungen ist. Das Verfahren zeichnet sich durch mehrere Arbeitsschritte aus, die sich im Einzelnen wie folgt darstellen. Zunächst wird der flächenförmige Rohling, insbesondere im vorgeheizten Zustand auf das andere zweite Gestellteil aufgelegt. Alsdann werden die Gestellteile zugefahren, so dass der flächenförmige Rohling zwischen den Gestellteilen abgedichtet gehalten ist. Alsdann wird der Stempel an den flächenförmigen Rohling zur Bildung des Druckraumes angefahren. Hierbei ist jedoch sichergestellt, dass der Rohling durch die Gravur des Stempels, sofern der Stempel eine Gravur aufweist nicht verformt wird. Alsdann erfolgt das Aufheizen des flächenförmigen Rohlings auf eine in Bezug auf das Material des flächenförmigen Rohlings spezifische Umformtemperatur. Die gewünschte Umformtemperatur kann beispielsweise in Abhängigkeit des Materials, das umgeformt werden soll zwischen 300° und 1 .100° C für Leichtmetalle wie auch bestimmte Kupferlegierungen und 700° bis 1 .100° C für stahlähnliche Legierungen wie auch Kupferlegierungen und
Titanlegierungen betragen. Der Rohling kann hierbei bereits vorgeheizt in die Presse eingeführt werden, was die Taktzeiten deutlich verringert.
Nachdem die Gesteliteile aufeinander zu verfahren worden sind, und somit der Druckraum, der durch den flächenförmigen Rohling einerseits und den Stempel in dem zylindrischen Raum des Gestellunterteils gebildet wird, abgedichtet ist, wird der so gebildete Druckraum mit einem unter Druck stehenden Gas, das legierungsabhängig gewählt wird, beaufschlagt. Das Zufahren der Gestelle kann auf verschiedene Arten vorgenommen werden; einmal, wie in den Zeichnungen dargestellt, von unten nach oben, dass heißt, das Gestellunterteil wird inklusive Stempel gleichzeitig nach oben verfahren oder das Gestellunterteil steht fest und das Gestelloberteil wird nach unten auf das Gestellunterteil zu verfahren. Die Position der Matrize im Gestelloberteil hat den Vorteil, dass das Bauteil nach der Umformung einfacher entnommen werden kann. Nach der Gasumformung, wobei der Gasdruck auch längere Zeit auf den Rohling wirken kann, wird zunächst der Gasdruck zwischen dem umgeformten Bauteil und dem: Stempel abgelassen und dann die beiden Gestellteile auseinandergefahren, wobei das ausgeformte Bauteil infolge des Gasdruckaufbaus zwischen der Matrize und dem Bauteil von der Matrizenoberfläche gelöst wird und auf das Gestellunterteil gedrückt wird. Das fertige Werkstück kann dann von dem Gestellunterteil entnommen und der Wärmebehandlung zugeführt werden. Der Umformvorgang kann auch insofern zweistufig erfolgen, wobei in der ersten Stufe die Umformung des flächenförmigen Rohlings durch Gasdruck vorgenommen wird, und in der zweiten Stufe die Endausformung des flächenförmigen Rohlings mechanisch durch Eindrücken des Stempels in die Matrize erfolgt, wie dies im Einzelnen bereits an anderer Stelle erläutert worden ist.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielhaft näher erläutert. zeigt eine Übersichtszeichnung der Erfindung zur Erläuterung der Bestandteile der Umformpresse; Fig. 2 zeigt den Ausgangszustand der Presse nach Einlegen des flächenförmigen Rohlings aus Metall;
Fig. 3 zeigt den zusammengefahrenen Zustand der beiden
Pressenteile vor dem Vorgang der Umformung;
Fig. 4 zeigt einen Zustand, bei dem der Stempel mit der positiven
Gravur in die negative Gravur der Matrize eingefahren ist;
Fig. 5 zeigt das aus der Matrize ausgefallene oder ausgeworfene
Werkstück bei auseinandergefahrenen Gestellteilen.
Gemäß den Figuren 1 bis 5 ist an dem Pressenoberteil 2 der
Umformpresse 1 das thermisch isolierte Gestelloberteil 6 und an dem Pressenunterteil 3 das Gestellunterteil 7 befestigt. Beide Gestellfeile sind beheizbar, wie dies an anderer Stelle beschrieben ist. Die Isolierung zeigt jeweils das Bezugszeichen 9, Das Gestelloberteil 6 weist die mit 8 bezeichnete ebenfalls thermisch isolierte Matrize mit der Negativgravur 10 auf, die projektbezogen im Gestelloberteil austauschbar angeordnet ist, korrespondierend zu der Matrize besitzt das Gestellunterteil den mit 12 bezeichneten Stempel mit der Positivgravur 14, die komplementär zu der Negativgravur 10 der Matrize 8 ausgebildet ist. Das heißt, dass die
Positivgravur 14 des Stempels 12 mit der Form der Negativgravur 10 der Matrize 8 für die Ausformung des Werkstückes 42 aus dem
flächenförmigen Rohling 26 korrespondiert. Der Stempel 12, der verschieblich in dem durch das Gestellunterteil 7 gebildeten zylindrischen Raum 16 verschieblich gelagert ist, zeigt mehrere Kolbenringe 18. Die Kolbenringe 18 sorgen primär für eine Abdichtung des Stempels 12 gegenüber dem zylindrischen Raum 16. Wie bereits zu eingangs erläutert, wird hier durch die Kolbenringe auch sichergestellt, dass selbst bei Temperaturen des Stempels 12 von bis zu 1 .100° C zur Erwärmung der Positivgravur 14 mit dem Ziel der Erwärmung des Rohlings 26, der Stempel 12 in dem zylindrischen Raum 16 noch verfahrbar ist; denn durch die Kolbenringe 18 kann eine unterschiedliche Wärmeausdehnung des
Stempels 12 einerseits zu dem durch das Gestellunterteil gebildeten zylindrischen Raum 6 andererseits kompensiert werden. D. h., ein „Fressen" der beiden Bauteile ist selbst bei stark unterschiedlichen
Temperaturen und unterschiedlichen Materialien höchst unwahrscheinlich. Dies im Gegensatz zum Stand der Technik, der solche Kolbenringe nicht zeigt.
Wie sich nun insbesondere aus den Figuren ergibt, erfolgt die Beheizung des flächenförmigen Rohlings 26 an verschiedenen Stellen, wie dies bereits zuvor erläutert worden ist. Zum einen ist eine Temperiereinrichtung als Heizung in dem Stempel 12 vorgesehen, die das Bezugszeichen 20 trägt. Die Heizung 20 befindet sich auf dem Stempelboden unterhalb der
Positivgravur 14 des Stempels. Eine weitere Temperiereinrichtung in Form einer Heizung 23 ist im oder am Gestellunterteil angeordnet, und zwar dort wo die Matrize 8 auf dem Gestellunterteil 7 aufliegt. Korrespondierend hierzu weist die Matrize 8 in diesem Bereich ebenfalls eine
Temperiereinrichtung in Form einer Heizung 22 auf, um den
flächenförmigen Rohling 26 ggf. von zwei Seiten in diesem Bereich zumindest partiell zu erwärmen oder ein Wärmeprofil zu erzeugen. Zur Beheizung der Negativgravur 10 der Matrize 8 ist im Bodenbereich der Negativgravur 10 der Matrize 8 zwischen dem Gestelloberteil 6 und der Negativgravur 10 eine weitere Temperiereinrichtung in Form der Heizung 25 vorgesehen.
Der Druckraum 24 wird gebildet durch die Unterseite des flächenförmigen Rohlings 26 ,die Oberseite der positiven Gravur 14 des Stempels 12 und durch das Gestellunterteil 7. Der Druckraum 24 steht durch eine Verbindungsleitung 28 mit einem Druckerzeuger 30 in Verbindung. Das heißt, der Druckerzeuger 30, beispielsweise ein Kompressor, sorgt für eine Erhöhung des Gasdruckes im Druckraum 24.
Der Stempel 12 weist einen Kolbenzylinderantrieb 32 auf, der für die Verschiebung des Stempels 12 in dem durch das Gestellunterteil 7 gebildeten zylindrischen Raums 16 dient.
In den Figuren 2 bis 5 ist nun der Vorgang der Umformung dargestellt. Ausgehend von der Fig. 2 befindet sich die Positivgravur 14 in der
Ausgangslage unmittelbar an der Unterseite des flächenförmigen Rohlings 26, der umzuformen ist. Die beiden Gestellteile 6 und 7 befinden sich im auseinandergefahrenen Zustand.
Fig. 3 zeigt den Zustand, bei dem die beiden Gestellteile 6 und 7
zusammengefahren sind, und nunmehr zusammen mit dem Rohling 26 für eine Abdichtung des Druckraumes 24 sorgen. In diesem Zustand wird nun durch den Druckerzeuger 30 der Gasdruck in dem Druckraum 24 erhöht. Hierbei erfolgt in einem ersten Schritt die Ausformung des flächenförmigen Rohlings 26 in die Negativgravur 10 der Matrize 8 durch den Gasdruck. Ab einem bestimmten Umformzustand des Rohlings 26 wird dann der Stempel 12 nachgeführt, d. h. parallel zur Umformung durch den Gasdruck wird der Stempel 12 nachgeführt, wobei der Gasdruck infolge der Verringerung des Gasvolumens ansteigt, um dann in den Randbereichen ggf. bereits durch die Positivgravur 14 des Stempels 12 in Verbindung mit der Negativgravur 10 der Matrize 8 die mechanische Endausformung, insbesondere in den Randbereichen mit kleinem Radius, zu bewerkstelligen. D.h., dass im Wesentlichen unmittelbar vor Erreichen des Umformendzustands die weitere Umformung rein mechanisch durch das Einlaufen der Positivgravur 14 des Stempels 12 in die Negativgravur 10 der Matrize 8 erfolgt, insbesondere dann, wenn beispielsweise im Randbereich kleine
Umformradien genau ausgeformt werden sollen. Durch die Erfindung mitumfasst ist allerdings auch das gleichzeitige Verfahren des Stempels mit der Ausformung durch den Gasdruck. Vor dem mechanischen
Umformvorgang im Nachgang zu der Gasumformung ist es sinnvoll, den dann schädlichen Gasdruck zwischen dem Stempel und dem nahezu ausgeformten Werkstück zumindest teilweise abzulassen.
Um nun während des Umformvorganges zu verhindern, dass sich innerhalb der Negativgravur 10 der Matrize 8 ein Gegendruck aufbaut, ist eine
Ausgleichsleitung 36 in Form eines Schlauches zwischen dem
abgedichteten Raum 40 unterhalb des Stempels 12 und dem Raum vorgesehen, der durch die Negativgravur 10 der Matrize 8 gebildet wird. Der Zustand der Endausformung ergibt sich aus der Darstellung gemäß Fig. 4. Fig. 5 zeigt eine Darstellung, bei der der Rohling 26 zum fertigen Werkstück 42 ausgeformt ist. Wenn die Ausgleichsleitung 36 als Schlauch mit einem Druckerzeuger (nicht dargestellt) in Verbindung steht, kann bei Erhöhung des Druckes innerhalb des durch die Negativgravur 10 der Matrize 8 gebildeten Raumes ein entsprechender Druck zum Auswerfen des Werkstückes 42, also des endausgeformten Rohlings, aufgebaut werden. Das Werkstück 42 wird dann seitlich aus der Umformpresse 1 ausgestoßen. In diesem Zusammenhang wird wiederum auf den Stand der Technik gemäß der DE 10 2010 106 299 A1 verwiesen, wo nicht erkennbar ist, wie das fertige Werkstück nach Auseinanderfahren der Gesteilteile aus dem druckdichten Pressengehäuse gelangen soll bzw. der Rohling eingeführt werden soll. Bezugszeichenliste:
Umformpresse
Pressenoberteil
Pressenunterteil
erste Gesteüteil (Gestelloberteil) zweite Gestellteil (Gestellunterteil)
Matrize
Isolierung
Negativgravur
Stempel
Positivgravur
Raum {zylindrisch)
Kolbenring
Heizung auf dem Stempelboden Heizung im Randbereich der Matrize Heizung im Randbereich des Gestellunterteils
Druckraum
Heizung der Negativgravur flächenförmiger Rohling
Verbindungsleitung
Druckerzeuger
Kolbenzylinderantrieb
Ausgleichsleitung
Raum unterhalb des Stempels
Werkstück
30

Claims

Ansprüche:
1. Umformpresse (1 ) zum Umformen eines flächenförmigen Rohlings (26) aus Metall mit zumindest zwei aufeinander zu verfahrbaren thermisch isolierten Gestellteilen (6, 7), wobei das eine erste Gestellteil (6) eine Matrize (8) mit einer Negativgravur (10) aufweist, und wobei das andere zweite Gestellteil (7) einen in einem Raum (16) dieses Gestellteils verfahrbaren Stempel (12) aufweist, wobei derflächenförmige Rohling (26) oberhalb des Stempels (12) unter Bildung eines Druckraumes (24) mit dem Stempel (12) auf dem den Stempel (12) aufnehmenden zweiten Gestellteil (7) abdichtend aufliegt,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Druckraum (24) mit einem unter Druck stehenden Gas aus einem Druckerzeuger (30) beaufschlagbar ist.
2. Umformpresse nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stempel (12) eine entsprechend zu der Negativgravur (10) der Matrize (8) zumindest teilweise komplementäre Positivgravur (14) aufweist.
3. Umformpresse nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stempel (12) im Gebrauchszustand der Umformpresse (1) in dem Raum (16) des anderen zweiten Gestellteils (7) von unten nach oben verfahrbar ist.
4. Umformpresse nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (12) druckdicht in dem Raum (16) des anderen zweiten Gestellteils (7) verschieblich geführt ist.
5. Umformpresse nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Stempel (12) durch mindestens eine radial umlaufende Kolbendichtung, z. B. einen Kolbenring (18), in dem Raum (16) des anderen zweiten Gestellteils (7) verschieblich geführt ist.
6. Umformpresse nach mindestens einem der voranstehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Matrize (8) des einen ersten Gestellteils (6) und/oder der Stempel (12) des anderen zweiten Gesteilteils (7) mindestens eine Temperiereinrichtung aufweist, die Steuer- oder regelbar ist.
7. Umformpresse nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei mehreren Temperiereinrichtungen die
Temperiereinrichtungen einzeln Steuer- oder regelbar sind.
8. Umformpresse nach einem der Ansprüche 4 bis 7,
dadu rch gekennzeichnet,
dass die Matrize (8) des einen ersten Gestellteils (6) im Bereich der Auflage auf dem anderen zweiten Gestellteil (7) eine
Temperiereinrichtung (22) aufweist, und wobei das andere zweite Gestellteil (7) im Bereich der Auflage für den flächenförmigen Rohling (26) eine Temperiereinrichtung (23) ebenfalls aufweist.
9. Umformpresse nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass derfläehenförmige Rohling (26) zwischen den beiden
Gesteliteilen {6, 7) abgedichtet gehalten wird.
10. Umformpresse nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Ausgangslage des Stempels (12) in dem zylindrischen Raum (16) des anderen zweiten Gestellteils (7) derart ist, dass sich der Stempel (12) mit oder ohne Positivgravur (14) unmittelbar vor dem fiächenförmigen Rohling (26) befindet, jedoch ohne diesen zu verformen.
11. Umformpresse nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Raum (40) unterhalb des Stempels (12) mit dem durch die Negativgravur (10) der Matrize (8) gebildeten Raum durch eine Ausgleichsleitung (36) in Verbindung steht.
12. Umformpresse nach einem der voranstehenden Ansprüche,
dadu rch gekennzeichnet,
dass das durch den Druckerzeuger (30) erzeugte Luftvolumen in Abhängigkeit vom aktuellen Druck im Druckraum regel- oder steuerbar ist.
13. Verfahren zum Umformen eines fiächenförmigen Rohlings mit einer Umformpresse nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch folgende Arbeitsschritte:
- Auflegen des fiächenförmigen Rohlings (26) auf das andere zweite Gestellteil (7);
- Zufahren der Gestellteile (6, 7), - Aufheizen des flächenförmigen Rohlings (26) auf eine in Bezug auf das Material des flächenförmigen Rohlings spezifische
Umformtemperatur;
- Beaufschlagung des Druckraums (24) mit einem unter Druck
stehenden Gas;
- Einfahren des Stempels (12) in die Negativgravur der Matrize (10);
- Ablassen des Gasdrucks zumindest auf ein Niveau, das die
Öffnung der Gestellteile erlaubt;
- Auseinanderfahren der Gestellteile (6, 7) nach Beendigung der Umformung;
- Entnahme des fertigen Werkstücks (42);
- Verfahren des Stempels (12) in die Ausgangsposition, die sich dadurch auszeichnet, dass der Stempel an der Unterseite des Rohlings anliegt oder nahezu anliegt,
14. Umformpresse nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Zuhalten der Gestellteile (6, 7) mit einer Kraft erfolgt, bei der der Rohling (26) zwischen den Gestellteilen abgedichtet gehalten ist, ohne dass das Material des Rohlings seitlich
nachfließen kann.
15. Umformpresse nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Zuhalten der Gestellteile mit einer Kraft erfolgt, die ein Umformen des Rohlings ermöglicht, bei der das Material des Rohlings von außen in die Negativgravur der Matrize einfließen kann.
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