WO2016124528A1 - Verfahren und vorrichtung zum auskragen eines werkstücks - Google Patents

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WO2016124528A1
WO2016124528A1 PCT/EP2016/052042 EP2016052042W WO2016124528A1 WO 2016124528 A1 WO2016124528 A1 WO 2016124528A1 EP 2016052042 W EP2016052042 W EP 2016052042W WO 2016124528 A1 WO2016124528 A1 WO 2016124528A1
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workpiece
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tool
drawn
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PCT/EP2016/052042
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Thomas Flehmig
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Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Thyssenkrupp Ag
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    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/30—Deep-drawing to finish articles formed by deep-drawing

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for producing a collar on a workpiece. Collar or necks are attached to workpieces such as blanks or others
  • Prefabricated parts needed for different purposes, for example as a guide support, as a stiffening support or as a thread carrier.
  • the necessary collar for this purpose, for example, by means of a forming process, the so-called collar pulling or necking, made on the workpiece.
  • the width of the previously produced hole can be made wide, with a collar usually forming perpendicular to the workpiece.
  • the degree of expansion can be made dependent on the achievable collar length and / or the size of the expansion to be achieved.
  • the hole widening capability is dependent not only on the initial or to-be-achieved hole size, but also on the material itself, which limits the achievable collar size and / or collar length.
  • soft, deep-drawable steels have good hole widening capability. Accordingly, that is
  • the sheet is inserted into a tool and widened the opening of the perforated, flat sheet by means of a tapered punch and formed a collar.
  • the material around the hole should be sufficient to form the collar of the desired length.
  • a method and an apparatus for necking out of sheet metal using a punch and a counter-holder is also known, wherein the Ausforms ban the neck collar is to be achieved reliably.
  • a flat, provided with a hole sheet is inserted into a device and formed there by means of a punch and a die a collar.
  • An improvement of the process reliability should be achieved in that a counter-holder is articulated in order to better abut the sheet metal can.
  • the present invention has for its object to provide a method and apparatus for producing a collar on a workpiece available, with large collar lengths can be achieved with good quality even in high-strength metals, especially high-strength steels in a simple manner.
  • the object is achieved according to a first teaching of the present invention in a generic method in that the method comprises the following steps: preforming a portion of the workpiece to form a
  • the collar includes the frame portion and the expanded drawing sheet portion portion.
  • press-based process steps can be implemented, since in particular the collar pulling and widening can be realized by a drawing punch.
  • Workpiece made which can serve specifically to support the collar pulling operation. For example, this can provide additional material and / or facilitate the flow of the material into the drawn area. For example, by preforming to form a material reserve, the material in the area of the material reserve can be accumulated, so that for the
  • Collar pulling additional material is available.
  • a special geometry of the workpiece can be provided, which promotes the collar pull.
  • the material of the material reserve can flow during the collar pull especially in the frame area.
  • the material reserve is consumed after the collar of the workpiece.
  • Material reserve can thus be formed, for example, before the beginning of the collar pulling or before the last collar drawing step.
  • the method may, for example, be part of a cold forming or hot working, or be integrated into such.
  • Collar pulling direction preferably at most the maximum expansion width of
  • the collar pulling can be done for example by means of a drawing punch and an adapted die.
  • the die for example, has a Aushalskontur, in which the Zargen Suite can be formed, whereby the collar pull can be done during the process reliable process.
  • the punching is preferably carried out by means of a cutting punch.
  • a combined drawing punch is used, which has a cutting edge, preferably a rounded cutting edge on the drawing punch bottom, so that the punching can be done with this stamp.
  • the region of the material reserve lies at least partially outside the region to be drawn. Under the area to be drawn is understood in particular the contact area of the drawing punch with the workpiece.
  • Material reserve complete outside the area to be pulled.
  • the area of the material reserve is provided in the flange area.
  • the region of the material reserve can be provided at a defined distance from the collar-pulling region and can reliably provide material during collar-pulling.
  • the area of the material reserve can also be formed in the area to be pulled, that is to say in the region of the drawing floor, whereby a thinning in the region of the, in particular, ground drawing radius can be counteracted.
  • one or more elevations, in particular in the form of beads are formed by preforming the area for forming the material reserve.
  • one or more circumferential, in particular concentric elevations, in particular in the form of beads are formed around the area to be pulled.
  • at least two concentric beads are provided around the area to be drawn.
  • the surveys are provided against the Kragenziehraum so that the workpiece safely despite the surveys on the tool for
  • Material reserve conceivable, for example, by a thickening material or a
  • the preforming of the area for the formation of the material reserve takes place as a function of properties of the workpiece and / or the collar shape to be achieved. Because the area of the material reserve is tailored as a function of the collar shape, reliable production of the collar can be achieved with little effort. For example, the geometry of the area of the material reserve in
  • the preforming of the area for forming the material reserve includes, at least in sections, a pre-stretching up to a maximum of the yield strength of the material. It has been shown that by pre-stretching the material and the resulting additional length, the flow of the material from the material reserve into the frame area can be improved and the material reserve can be provided simply and efficiently. Preferably, the extensibility of the material is not exceeded, otherwise the process reliability and quality would be impaired.
  • the area of the material reserve essentially corresponds to the collar-length of the workpiece.
  • Collar pulling process now additional material can be provided by the material reserve.
  • the extent of the area or the cross-sectional length of the area substantially corresponds to the collar length.
  • the workpiece in the region of the material reserve during the collar pulling at least temporarily and at least partially acted upon by a particular controlled force for example by the hold-down in Kragenziehraum. Due to the particularly controlled application of force, the material reserve can additionally be pressed into the area to be pulled, which in particular can further improve the material flow in the frame area.
  • the preforming of the area for forming the material reserve takes place in a first tool or tool section and at least the collar pulling in a second tool or tool section. In this way, the preforming of the
  • Collar pull can be integrated into existing procedures.
  • the first tool can optionally also be integrated into other work steps, such as first collar-pulling operations or cutting of the workpiece.
  • Workpiece can then be removed and then into the second tool be inserted.
  • the workpiece is brought, for example, between a drawing punch and a die with hold-down. After collaring, punching and
  • the workpiece can be removed with finished trained collar the second tool.
  • Preforming means for preforming a portion of the workpiece to form a material reserve for a collar pulling operation with means for collaring, which are adapted to pull the workpiece such that the workpiece has a drawn adjacent to a flange region drawn area with a Zargen Society and with a to the Zargen Scheme subsequent drawing tray, with means for punching, which are adapted to punch the drawing tray, so that a subsequent to the frame portion Ziehgen inconvenienceteil Suites arises, and with means for expansion, which are adapted to expand the Ziehbodenteil Complex.
  • the combination of the frame region and the expanded drawing-sheet partial region makes it possible to form a longer and more precise collar, while the device can be easily realized by means of press-supported devices.
  • a material reserve can be formed for a subsequent collar pulling operation, so that in combination with the means for collaring, punching and widening with the apparatus, the collar length can be increased particularly effectively, even with high-strength materials.
  • high quality requirements can be met because enough material can be drawn into the frame area and thus the floor area does not thinn excessively.
  • the device has means for fixing the workpiece.
  • the means for fixing the workpiece may be formed such that the workpiece with its flange portion in the device, in particular during the collar pulling, Punching and widening is fixed.
  • the means for fixing can be realized for example by a particular pressure-controlled hold-down.
  • the device has a first tool or a first tool portion and a second tool or a second tool portion, wherein the first tool or first tool portion having the preforming means and wherein the second tool or the second tool portion comprises the means for collaring, the means for punching and the means for expanding.
  • the preforming means for forming the region of the material reserve are adapted to form one or more elevations, in particular in the form of corrugations, preferably with uniform radii.
  • the device has means for at least temporary and at least partially controlled, in particular controlled application of force to the workpiece in the flange area during the collar pulling.
  • the means for applying force is provided.
  • the material from the region of the material reserve can additionally be pressed into the region to be drawn, which can improve the material flow.
  • the means for collar pulling comprise a drawing punch and the means for punching a on
  • Drawing punch bottom arranged, in particular rounded cutting edge and a drawing die opposite and arranged adapted to the cutting edge Perforated die.
  • the cutting edge protrudes, for example, in Kragenziehraum and spaced from the drawing punch edge of the drawing punch bottom out.
  • the drawing punch can also serve to expand the Ziehêtteil Schemes.
  • Press-based devices can be realized.
  • the collar pulling, punching and widening is realized, for example, only by a movement of the drawing punch in a Kragenziehraum.
  • the means for collaring further comprise a die with a
  • Aushalskontur so that the workpiece by means of a relative movement of the punch and die can be subjected to a drawing process, so that the collar can be formed by the punch along the Aushalskontur.
  • the stamp seen in collar pull direction may have different cross-sectional shapes, such as a round, oval or square cross-section.
  • the drawing punch has a substantially round cross-section or is of rotationally symmetrical design.
  • the preferably rounded cutting edge is arranged concentrically on the drawing punch bottom.
  • the drawing bottom can basically be formed parallel or obliquely to the flange region of the workpiece.
  • the boundary line of the drawing floor may be circular, wavy or otherwise shaped.
  • drawing die bottom apart from the cutting edge, is substantially flat and extends transversely to the collar pulling direction, unwanted overstretching of the drawing bottom is avoided and more material can flow from the flange region into the frame region.
  • a circular, in particular rounded, cutting edge and a particularly sharp-edged perforated die adapted thereto can be provided, so that a circular opening can be punched into the drawing bottom.
  • the cutting edge is rounded.
  • the cutting edge is greater than 0.15 mm, in particular greater than 0.25 mm, preferably up to 1 mm.
  • the radius of the cutting edge is between 0.3 and 0.8 mm.
  • an inhibiting element is provided, which for temporary particular defined
  • the inhibiting element is designed as a transversal to the collar pulling movable plow, which inhibits the movement of the perforated die in Kragenziehraum.
  • the thrust wedge can release the movement of the perforated die in the collar pulling direction, in particular if the defined restraining force of the perforated die exceeds the cutting force required for punching the drawing bottom part.
  • the pusher is spring-loaded.
  • the thrust wedge and the perforated die have mating sliding surfaces, which allow sliding of the perforated die on the thrust wedge and displacement of the thrust wedge.
  • the perforated die is also spring-loaded to allow a further force against the Kragenziehraum.
  • the device is on the
  • FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of a first
  • Fig. 2 is a schematic view of the first tool or
  • FIG. 1 A schematic view of an embodiment of a second
  • Fig. 6 is a schematic view of the second tool or
  • Fig. 7 is a schematic view of the second tool or
  • Tool or tool section 1 of a device prior to the formation of a material reserve is shown in a partial longitudinal section, and is constructed symmetrically about the axis A.
  • the tool or the tool section 1 is installed in a suitable, not shown here press and has an upper die la and a matching lower die or
  • Stamp lb preforming means for forming a portion 4 of a workpiece or Workpiece section 2 on.
  • the workpiece or the workpiece portion 2 in the form of a board or a sheet is placed with the press open between the dies la, lb. Due to the geometry of the pressing surfaces, a region 4 of the workpiece 2 can be reshaped by the tool 1, so that a material reserve for a later collar pulling operation is formed in the region 4.
  • the upper die la is moved toward closing the tool 1 in the direction of the arrow 6 on the lower die.
  • FIG. 2 shows a schematic view of the first tool 1 from FIG. 1 after the formation of a material reserve in the region 4 of the tool 2
  • Elevations formed in the form of two circumferential concentric beads 6a, 6b Elevations formed in the form of two circumferential concentric beads 6a, 6b.
  • the pre-forming with the tool 1 caused a pre-stretching of the material in the area 4 of the beads 6 a, 6 b and the adjoining areas, which led to an extension of the cross-sectional length in the region 4 of the workpiece or workpiece section 2.
  • Collar pulling process serve as a material reserve.
  • Fig. 3 shows a schematic view of an embodiment of a second
  • the device 10 is also constructed symmetrically about the axis A. It has with a movable in Kragenziehraum 8 drawing punch or pull-cutting punch 12 means for collaring of the workpiece 2.
  • the drawing punch has a rounded cutting edge 16 arranged on the drawing die bottom 14. The cutting edge 16 protrudes in Kragenziehraum 8 from the drawing punch bottom 14 addition. This avoids the risk of premature
  • the tool 10 also has means for fixing the workpiece 2 with the hold-down device 18. As shown by the arrow 9, the hold-down can the
  • the tool 10 further has a die 26, whose cross-sectional contour represents the Aushalskontur 28 and is adapted to the drawing die 12.
  • a perforated die 30 is resiliently mounted and adapted to the cutting edge 16 to allow a punching of the drawplate portion 42.
  • a spring element 32 is provided, which can act on the perforated die with a force against the collar pulling 8.
  • the die 26 is also a
  • the pusher wedge 34 presses with a spring element 36 under the perforated die 30.
  • the perforated die 30 and the pusher wedge 34 have mutually adapted sliding surfaces 38, 40, which allow sliding of the punch die 30 on the pusher wedge 34.
  • 4 and 5 show a schematic view of the second tool 10 of Fig. 3 during the collar pulling.
  • the drawing punch 12 is moved in Kragenziehraum 8.
  • a drawn region forms in the workpiece 2 with a frame region 44 adjoining the flange region 20 and with a drawing bottom 42 adjoining the frame region.
  • the collar pulling material is provided by the area 4 for the collar pulling process and pulled into the frame portion 44.
  • the frame portion 44 can be formed longer than with the conventional methods, while the drawing tray 42 is not substantially thinned.
  • the beads 6a, 6b are substantially smoothed during the collar drawing. The fact that a rounded cutting edge 16 is provided, which is the
  • the back pressure of the punch die 30 on the punch 12 is limited by the provision of the sliding surfaces 38, 40 on the Lochmatrize 30 and the pusher wedge 34 and the spring bearing of the pusher 34 to the necessary cutting force for punching the Zieh foundedteils. If the force limit is exceeded, the thrust wedge 34 deviates outward transversely to the collar pulling direction 8 in the direction of the arrow 48.
  • FIG. 7 shows a schematic view of the second tool or tool section 10 of FIG. 3 after the expansion of the drawing tray portion 45.
  • the collar comprising longitudinal portions of the frame portion 44 and the widened drawing base portion 45, a long collar can be formed without Material failure from the area 4 of the material reserve and the rounded cutting edge 16 occurs.
  • Collar pulling direction 8 drive to the starting position, wherein the workpiece
  • FIG. 8 shows a schematic view of the second tool or tool section 10 from FIG. 3 after ejection.
  • the workpiece 2 has been conveyed out of the die 26 by the spring-loaded punching die 30 for removal from the tool 10.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück. Die Aufgabe, große Kragenlängen bei guter Qualität auch bei hochfesten Metallen, insbesondere hochfesten Stählen auf einfache Weise zu erreichen, wird dadurch gelöst, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Vorformen eines Bereichs des Werkstücks zur Ausbildung einer Materialreserve für einen Kragenziehvorgang, Kragenziehen des Werkstücks, wobei das gezogene Werkstück einen Flanschbereich und einen sich an den Flanschbereich anschließenden gezogenen Bereich aufweist, wobei der gezogene Bereich einen Zargenbereich und einen sich an den Zargenbereich anschließenden Ziehboden umfasst, und wobei Material aus dem Bereich der Materialreserve zumindest teilweise zur Ausbildung des Zargenbereichs dient, Lochen des im gezogenen Bereich des Werkstücks befindlichen Ziehbodens, sodass eine Öffnung im Ziehboden entsteht und sich an den Zargenbereich ein Ziehbodenteilbereich anschließt, und Aufweiten des Ziehbodenteilbereichs. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Auskragen eines Werkstücks
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück. Kragen oder Hälse werden an Werkstücken, wie etwa Platinen oder anderen
Fertigteilen, zu unterschiedlichen Zwecken benötigt, beispielsweise als Führungsträger, als Versteifungsträger oder als Gewindeträger. Der hierzu notwendige Kragen wird beispielsweise mittels eines Umformverfahrens, dem sogenannten Kragenziehen oder Aushalsen, an dem Werkstück hergestellt.
Sofern eine exakte Form des Kragens, etwa dessen Länge oder dessen Durchmesser, von Bedeutung ist, kann beispielsweise zunächst eine Lochung des Werkstücks
vorgenommen werden. Anschließend kann mittels eines teilweise kegeligen, spitzen oder abgerundeten Kragenstempels ein Weiten des zuvor erzeugten Lochs erfolgen, wobei sich in der Regel senkrecht zum Werkstück ein Kragen ausbildet. Das Maß der Aufweitung kann dabei von der zu erreichenden Kragenlänge und/oder der zu erzielenden Größe der Aufweitung abhängig gemacht werden.
Für den Fall, dass die Kragenlänge und/oder die Ränder des Kragens keinen besonderen Qualitätsansprüchen genügen müssen, ist es alternativ bekannt, ohne vorherige Lochung des Werkstücks eine Ausformung des Kragens durchzuführen, etwa mittels Flowdrill oder Durchdrücken. Im Fall des Flowdrills ist es möglich, die Länge des Kragens aufgrund einer lokalen Massivumformung und des damit erhöhten Materialvorrats und einer inkrementellen Umformung zu vergrößern, worunter jedoch teilweise die
Formtreue und Präzision der Aushalsung leidet.
Allerdings ist bei der Herstellung des Kragens ohne lokale Massivumformung zu beachten, dass das Weiten von Material für den jeweiligen Werkstoff eine erhebliche Belastung darstellt, da insbesondere die Kantenbereiche extrem gedehnt werden. Wird die Dehnungsfähigkeit des Materials dabei überschritten, kommt es lokal entweder zu grenzwertigen Dehnungen mit herabgesetzten Einsatzmöglichkeiten oder zu Materialversagen und der Werkstoff reißt im Bereich des Kragens auf oder ein.
Somit ist das Lochaufweitungsvermögen nicht nur von der anfänglichen oder zu erzielenden Lochabmessung, sondern auch vom Material selbst abhängig, was der erzielbaren Kragengröße und/oder Kragenlänge Grenzen setzt. So besitzen etwa weiche, tiefziehfähige Stähle ein gutes Lochaufweitungsvermögen. Entsprechend ist das
Lochaufweitungsvermögen bei hochfesten Stählen geringer, sodass als Folge
insbesondere die mit diesen Werkstoffen erzielbare Kragenlänge stark eingeschränkt sein kann.
Um jedoch dennoch die erzielbare Kragenlänge zu vergrößern, ist beispielsweise aus der Druckschrift US 1,613,961 bekannt, zur Vermeidung von Rissen bei der Herstellung von Aushalsungen zunächst ein Loch oder eine Öffnung in ein ebenes Blech zu formen.
Anschließend wird das Blech in ein Werkzeug eingelegt und die Öffnung des gelochten, ebenen Blechs mittels eines kegeligen Stempels geweitet und ein Kragen ausgeformt. Dabei soll das Material um das Loch herum ausreichend sein, um den Kragen der gewünschten Länge auszuformen. Aus der Druckschrift DE 10 2006 029 124 AI ist ebenfalls eine Verfahren und eine Vorrichtung zum Aushalsen von Blechen unter Benutzung eines Stempels und eines Gegenhalters bekannt, wobei die Ausformhöhe des Aushalskragens prozesssicher erreicht werden soll. Dabei wird ein ebenes, mit einem Loch versehenes Blech in eine Vorrichtung eingelegt und dort mittels eines Stempels und eines Gesenks ein Kragen ausgeformt. Eine Verbesserung der Prozesssicherheit soll dadurch erreicht werden, dass ein Gegenhalter gelenkig ausgebildet wird, um besser am Blech anliegen zu können.
Allerdings ermöglichen die bisherigen Ansätze die Ausformung von Kragen,
insbesondere in Hinblick auf deren Länge, entweder nicht in zufriedenstellendem Maße oder die Umsetzung ist vergleichsweise aufwendig, beispielsweise durch die
Implementierung von Hydroformen. Daher besteht weiterhin der Bedarf, vergrößerte Kragenlängen auch bei hochfesten und anderen Metallen bzw. hochfesten Stählen zu ermöglichen, ohne jedoch auf aufwendigere Verfahren wie etwa Hydroformen ausweichen zu müssen. Insbesondere im Falle eines ungünstigen Ziehverhältnisses, beispielsweise wenn der ursprüngliche Werkstückdurchmesser bzw. der Flanschbereich groß im Vergleich zum Durchmesser des tiefgezogenen Bereichs ist, besteht weiterhin das Bedürfnis die erreichbare Kragenläng zu vergrößern. Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück zur Verfügung zu stellen, wobei große Kragenlängen bei guter Qualität auch bei hochfesten Metallen, insbesondere hochfesten Stählen auf einfache Weise erreicht werden können.
Die Aufgabe wird gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Vorformen eines Bereichs des Werkstücks zur Ausbildung einer
Materialreserve für einen Kragenziehvorgang, Kragenziehen des Werkstücks, wobei das gezogene Werkstück einen Flanschbereich und einen sich an den Flanschbereich anschließenden gezogenen Bereich aufweist, wobei der gezogene Bereich einen
Zargenbereich und einen sich an den Zargenbereich anschließenden Ziehboden umfasst, und wobei Material aus dem Bereich der Materialreserve zumindest teilweise zur Ausbildung des Zargenbereichs dient, Lochen des im gezogenen Bereich des Werkstücks befindlichen Ziehbodens, sodass eine Öffnung im Ziehboden entsteht und sich an den Zargenbereich ein Ziehbodenteilbereich anschließt, und Aufweiten des
Ziehbodenteilbereichs.
Es hat sich zum einen gezeigt, dass es beim Auskragen oder Aushalsen vorteilhaft ist, den durch mindestens einen Kragenziehvorgang erzeugten Zargenbereich in
Kombination mit einem geweiteten Ziehbodenteilbereich dazu zu verwenden, bei Bedarf längere und präzise Kragen auszuformen, da sowohl der Zargenbereich als auch der geweitete Ziehbodenteilbereich zumindest einen Teil des Kragens bilden. Beispielsweise umfasst der Kragen den Zargenbereich und den geweiteten Ziehbodenteilbereich.
Besonders vorteilhaft ist dabei, dass das Verfahren einfach in bestehende
pressengestützte Verfahrensschritte implementiert werden kann, da insbesondere das Kragenziehen und das Aufweiten durch einen Ziehstempel realisiert werden kann.
Zum anderen hat sich gezeigt, dass durch das Vorsehen eines Vorformschrittes ein Bereich des Werkstücks derart umgeformt werden kann, dass dadurch eine
Materialreserve für einen darauffolgenden Kragenziehvorgang gebildet werden kann. Hierdurch kann in Kombination mit den Schritten des Kragenziehens, Lochens und Aufweitens auch bei hochfesten Materialien die Kragenlänge besonders effektiv erhöht werden. Mit dem Verfahren kann mehr Material in den Zargenbereich hereingezogen werden als bisher bekannt. Damit kann das Verfahren hohen Qualitätsansprüchen für den Kragen gerecht werden. Ebenfalls dünnt der Bodenbereich nicht übermäßig aus, wodurch Bodenreißer auch bei größeren Kragenlängen vermieden werden.
Durch die Materialreserve werden Modifikationen oder Anpassungen an dem
Werkstück vorgenommen, welche speziell zur Unterstützung des Kragenziehvorgangs dienen können. Beispielsweise kann dadurch zusätzliches Material bereitgestellt und/oder das Fließen des Werkstoffs in den gezogenen Bereich erleichtert werden. Beispielsweise kann durch die Vorformung zur Ausbildung einer Materialreserve der Werkstoff in dem Bereich der Materialreserve angehäuft werden, sodass für das
Kragenziehen zusätzliches Material zur Verfügung steht. Beispielsweise kann in dem Bereich der Materialreserve eine spezielle Geometrie des Werkstücks vorgesehen werden, welche das Kragenziehen begünstigt. Das Material der Materialreserve kann während des Kragenziehens insbesondere in den Zargenbereich fließen. Vorzugsweise ist die Materialreserve nach dem Kragenziehen des Werkstücks verbraucht.
Das Werkstück besteht vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Stahl. Als Stahl kommen sowohl weiche tiefziehfähige Stähle als auch höherfeste bzw. hochfeste Stähle in Betracht. Das Werkstück kann beispielsweise eine im Wesentlichen ebene, insbesondere ungelochte Platine, ein Blech, ein Halbzeug oder ein nahezu fertig geformtes Bauteil sein. Mit dem Verfahren kann dann sehr effizient ein Kragen direkt an der Platine angeformt werden. Das Kragenziehen im Rahmen des Verfahrens ist dann beispielsweise ein einstufiger Kragenziehvorgang. Das Werkstück kann jedoch auch ein bereits geformtes, beispielsweise ein gezogenes Werkstück sein, beispielsweise ein Fertigteil. Das Kragenziehen kann somit mehrstufig beispielsweise in unterschiedlichen Werkzeugen durchgeführt werden, um die Kragenlänge weiter zu vergrößern bzw. die einzelnen Verfahrensschritte flexibel durchzuführen. Das Kragenziehen im Rahmen des Verfahrens stellt dann beispielsweise den letzten Kragenziehschritt dar. Die
Materialreserve kann also beispielsweise vor dem Beginn des Kragenziehens oder vor dem letzten Kragenziehschritt ausgebildet werden.
Das Verfahren kann beispielsweise Teil einer Kaltumformung oder Warmumformung sein, oder in eine solche integriert sein. Beispielsweise kann das Vorformen zur
Ausbildung der Materialreserve, das Kragenziehen, das Lochen und/oder das Aufweiten als Warmumformung oder Kaltumformung erfolgen.
Zur Erhöhung der Prozesssicherheit und der Kragenqualität entspricht die Breite des Ziehbodenteilbereichs in radialer Richtung, das heißt insbesondere quer zur
Kragenziehrichtung, vorzugsweise höchstens der maximalen Aufweitbreite des
Werkstoffs.
Das Kragenziehen kann beispielsweise mittels eines Ziehstempels und eines daran angepassten Gesenks erfolgen. Das Gesenk weist beispielsweise eine Aushalskontur auf, in welche der Zargenbereich eingeformt werden kann, wodurch das Kragenziehen während des Auskragens prozesssicher erfolgen kann. Das Lochen erfolgt vorzugsweise mittels eines Schneidstempels. Vorzugsweise wird ein kombinierter Zieh- Schneidstempel verwendet, welcher auf dem Ziehstempelboden eine Schneidkante, vorzugsweise eine abgerundete Schneidkante aufweist, sodass auch das Lochen mit diesem Stempel erfolgen kann. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt der Bereich der Materialreserve zumindest teilweise außerhalb des zu ziehenden Bereichs. Unter dem zu ziehenden Bereich wird dabei insbesondere der Kontaktbereich des Ziehstempels mit dem Werkstück verstanden. Bevorzugt liegt der Bereich der
Materialreserve vollständige außerhalb des zu ziehenden Bereichs. Beispielsweise ist der Bereich der Materialreserve im Flanschbereich vorgesehen. Dadurch kann der Bereich der Materialreserve in einem definierten Abstand zum Kragenziehbereich vorgesehen werden und prozesssicher Material während des Kragenziehens zur Verfügung stellen.
Alternativ oder zusätzlich kann der Bereich der Materialreserve auch im zu ziehenden Bereich, das heißt im Bereich des Ziehbodens, ausgebildet werden, wodurch einer Ausdünnung im Bereich des insbesondere Boden-Ziehradius entgegengewirkt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden eine oder mehr Erhebungen, insbesondere in Form von Sicken, durch das Vorformen des Bereichs zur Ausbildung der Materialreserve ausgebildet. Beispielsweise werden um den zu ziehenden Bereich eine oder mehr umlaufende, insbesondere konzentrische Erhebungen, insbesondere in Form von Sicken, ausgebildet. Bevorzugt werden mindestens zwei konzentrische um den zu ziehenden Bereich umlaufende Sicken vorgesehen. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Vorformung zum einen besonders schnell durchzuführen ist und zu schnellen Zykluszeiten führt und zum anderen die Ausbildung der notwendigen Materialreserve zufriedenstellend ermöglicht.
Beispielsweise werden die Erhebungen entgegen der Kragenziehrichtung vorgesehen, sodass das Werkstück trotz der Erhebungen sicher auf dem Werkzeug zum
Kragenziehen aufliegen kann.
Grundsätzlich sind jedoch auch alternative Ausgestaltungen des Bereichs der
Materialreserve denkbar, beispielsweise durch einen Materialverdickung oder eine
Erhebung in Kragenziehrichtung. Beispielsweise sind am Ende des Kragenziehens keine Erhebungen mehr vorhanden. Es wird also zur Ausbildung des Bereichs der Materialreserve eine Vorformung nur soweit wie erforderlich durchgeführt, um übermäßige Materialbelastungen zu vermeiden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Vorformen des Bereichs zur Ausbildung der Materialreserve in Abhängigkeit von Eigenschaften des Werkstücks und/oder der zu erzielenden Kragenform. Dadurch, dass der Bereich der Materialreserve in Abhängigkeit von der Kragenform maßgeschneidert wird, kann eine prozesssichere Herstellung des Kragens bei geringem Aufwand erreicht werden. Beispielsweise wird die Geometrie des Bereichs der Materialreserve in
Abhängigkeit von dem Material und/oder der Werkstückdicke bestimmt. Sind beispielsweise eine oder mehr Sicken in dem Bereich der Materialreserve vorgesehen, kann beispielsweise die Höhe, die Breite und/oder die Form der Sicken vom Material und/oder der Werkstückdicke abhängig gemacht werden. Ebenfalls kann der Abstand der Sicken von den Materialeigenschaften abhängig gemacht werden. Beispielsweise wird die Höhe der Sicken derart gewählt, dass die Dehnungsfähigkeit des Materials nicht überschritten wird. Ebenfalls wird eine durch die Vorformung zusätzlich erzeugte Länge des Werkstücks im Bereich der Materialreserve derart bemessen, dass die
Dehnungsfähigkeit des Materials nicht überschritten wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet das Vorformen des Bereichs zur Ausbildung der Materialreserve zumindest abschnittsweise eine Vordehnung bis maximal an die Dehngrenze des Werkstoffs. Es hat sich gezeigt, dass durch eine Vordehnung des Materials und die dadurch entstehende zusätzliche Länge der Fluss des Materials aus der Materialreserve in den Zargenbereich verbessert werden kann und die Materialreserve einfach und effizient bereitgestellt werden kann. Bevorzugt wird dabei die Dehnungsfähigkeit des Materials nicht überschritten, da andernfalls die Prozesssicherheit und die Qualität beeinträchtigt würden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht der Bereich der Materialreserve im Wesentlichen der Kragenziehlänge des Werkstücks. Durch das Vorsehen des Bereichs der Materialreserve, kann verhindert werden, dass eine zu starke Ausdünnung erfolgt oder ein Materialversagen auftritt, da für den
Kragenziehvorgangs nun zusätzliches Material durch die Materialreserve zur Verfügung gestellt werden kann. Beispielsweise entspricht die Ausdehnung des Bereichs oder die Querschnittslänge des Bereichs im Wesentlichen der Kragenziehlänge.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Werkstück im Bereich der Materialreserve während des Kragenziehens zumindest zeitweise und zumindest abschnittsweise mit einer insbesondere gesteuerten Kraft beaufschlagt, beispielsweise durch den Niederhalter in Kragenziehrichtung. Durch die insbesondere gesteuerte Kraftbeaufschlagung kann die Materialreserve zusätzlich in den zu ziehenden Bereich gedrückt werden, was insbesondere den Materialfluss in den Zargenbereich weiterhin verbessern kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Vorformen des Bereichs zur Ausbildung der Materialreserve in einem ersten Werkzeug oder Werkzeugabschnitt und zumindest das Kragenziehen in einem zweiten Werkzeug oder Werkzeugabschnitt. Auf diese Weise kann das Vorformen des
Materialreservebereichs ohne wesentliche Modifikationen der Werkzeuge zum
Kragenziehen in bestehende Verfahren integriert werden. Um die Zykluszeiten weiter zu verkürzen, kann das erste Werkzeug optional auch in andere Arbeitsschritte integriert sein, wie etwa erste Kragenziehoperationen oder Beschnitte des Werkstücks. Bevorzugt erfolgt in dem zweiten Werkzeug das Kragenziehen, das Lochen des Ziehbodens und das
Aufweiten des Ziehbodenteilbereichs. Hierdurch können sonst notwendige Transporte zwischen einzelnen Werkzeugen auf ein Minimum reduziert werden.
Bevorzugt erfolgt daher zunächst das Einlegen des Werkstücks in das erste Werkzeug, wobei zumindest die Vorformung zur Ausbildung der Materialreserve erfolgt. Das
Werkstück kann dann entnommen werden und anschließend in das zweite Werkzeug eingelegt werden. Dabei wird das Werkstück beispielsweise zwischen einen Ziehstempel und ein Gesenk mit Niederhalter gebracht. Nach dem Kragenziehen, Lochen und
Aufweiten des Werkstücks kann das Werkstück mit fertig ausgebildetem Kragen dem zweiten Werkzeug entnommen werden.
Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit
Vorformmitteln zur Vorformung eines Bereichs des Werkstücks zur Ausbildung einer Materialreserve für einen Kragenziehvorgang, mit Mitteln zum Kragenziehen, welche eingerichtet sind, das Werkstück derart zu ziehen, dass das Werkstück einen sich an einen Flanschbereich anschließenden gezogenen Bereich mit einem Zargenbereich und mit einem sich an den Zargenbereich anschließenden Ziehboden aufweist, mit Mitteln zum Lochen, welche eingerichtet sind, den Ziehboden zu lochen, sodass ein sich an den Zargenbereich anschließender Ziehbodenteilbereich entsteht, und mit Mitteln zum Aufweiten, welche eingerichtet sind, den Ziehbodenteilbereich aufzuweiten.
Wie bereits ausgeführt, können durch die Kombination von Zargenbereich und geweitetem Ziehbodenteilbereich zum einen längere und präzise Kragen ausgebildet werden, während die Vorrichtung einfach mittels pressengestützter Vorrichtungen realisiert werden kann. Zum anderen kann durch das Vorsehen der Vorformmittel einer Materialreserve für einen darauffolgenden Kragenziehvorgang gebildet werden, sodass in Kombination mit den Mitteln zum Kragenziehen, Lochen und Aufweiten mit der Vorrichtung auch bei hochfesten Materialien die Kragenlänge besonders effektiv erhöht werden. Zudem können hohe Qualitätsanforderungen erfüllt werden, da genug Material in den Zargenbereich hereingezogen werden kann und der Bodenbereich somit nicht übermäßig ausdünnt.
Bevorzugt weist die Vorrichtung Mittel zum Fixieren des Werkstücks auf. Die Mittel zum Fixieren des Werkstücks können derart ausgebildet sein, dass das Werkstück mit seinem Flanschbereich in der Vorrichtung, insbesondere während des Kragenziehens, Lochens und Aufweitens fixiert wird. Die Mittel zum Fixieren können beispielsweise durch einen insbesondere druckgesteuerten Niederhalter realisiert werden.
Um die Ausbildung des Bereichs der Materialreserve ohne wesentliche Modifikationen der Werkzeuge zum Kragenziehen in bestehende Verfahren zu integrieren, weist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung die Vorrichtung ein erstes Werkzeug oder einen ersten Werkzeugabschnitt und ein zweites Werkzeug oder einen zweiten Werkzeugabschnitt auf, wobei das erste Werkzeug oder der erste Werkzeugabschnitt die Vorformmittel aufweist und wobei das zweite Werkzeug oder der zweite Werkzeugabschnitt die Mittel zum Kragenziehen, die Mittel zum Lochen und die Mittel zum Aufweiten aufweist.
Um zum einen die Vorformung des Bereichs zur Ausbildung der Materialreserve effizient durchzuführen und gleichzeitig die Ausbildung der notwendigen
Materialreserve zu ermöglichen, sind gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Vorformmittel zur Ausbildung des Bereichs der Materialreserve dazu eingerichtet, eine oder mehr Erhebungen, insbesondere in Form von Sicken vorzugsweise mit gleichmäßigen Radien, auszubilden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung Mittel zur zumindest zeitweisen und zumindest abschnittsweisen insbesondere gesteuerten Kraftbeaufschlagung des Werkstücks im Flanschbereich während des Kragenziehens auf. Die Mittel zur Kraftbeaufschlagung können
beispielsweise durch einen Niederhalter realisiert werden. Durch die insbesondere gesteuerte Kraftbeaufschlagung im Flanschbereich und damit bevorzugt im Bereich der Materialreserve kann das Material aus dem Bereich der Materialreserve zusätzlich in den zu ziehenden Bereich gedrückt werden, was den Materialfluss verbessern kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfassen die Mittel zum Kragenziehen einen Ziehstempel und die Mittel zum Lochen eine am
Ziehstempelboden angeordnete, insbesondere abgerundete Schneidkante und eine dem Ziehstempel gegenüberliegend angeordnete und an die Schneidkante angepasste Lochmatrize. Somit wird ein kombinierter Zieh-Schneidstempel zur Verfügung gestellt. Die Schneidkante ragt beispielsweise in Kragenziehrichtung und beabstandet vom Ziehstempelrand aus dem Ziehstempelboden hervor. Der Ziehstempel kann zudem zum Weiten des Ziehbodenteilbereichs dienen. Dadurch kann die Herstellung des Kragens mit kurzen Zykluszeiten und ohne wesentliche Modifikationen bestehender
pressengestützter Vorrichtungen realisiert werden. Das Kragenziehen, Lochen und Aufweiten ist beispielsweise lediglich durch eine Bewegung des Ziehstempels in eine Kragenziehrichtung realisierbar. Bevorzugt umfassen die Mittel zum Kragenziehen weiterhin ein Gesenk mit einer
Aushalskontur, sodass das Werkstück mittels einer relativen Bewegung von Ziehstempel und Gesenk einem Ziehvorgang unterzogen werden kann, sodass der Kragen durch den Stempel entlang der Aushalskontur ausgebildet werden kann.
Grundsätzlich kann der Stempel in Kragenziehrichtung gesehen unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen, beispielsweise einen runden, ovalen oder eckigen Querschnitt. Besonders gute Ergebnisse bezüglich der Kragenqualität werden jedoch erzielt, wenn der Ziehstempel im Wesentlichen runden Querschnitt aufweist oder rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Beispielsweise ist die vorzugsweise abgerundete Schneidkante konzentrisch am Ziehstempelboden angeordnet. Beispielsweise kann zunächst ein napfförmiger gezogener Bereich mittels des Kragenziehens erzeugt werden und anschließend durch das Lochen beispielsweise ein nabenförmiger Kragen
entstehen. Der Ziehboden kann grundsätzlich parallel oder schräg zum Flanschbereich des Werkstücks ausgeformt sein. Zudem kann die Berandungslinie des Ziehbodens kreisförmig, wellenförmig oder andersförmig ausgeformt sein.
Ist der Ziehstempelboden abgesehen von der Schneidkante im Wesentlichen flach ausgebildet und verläuft quer zur Kragenziehrichtung, wird eine unerwünschte zu starke Vordehnung des Ziehbodens vermieden und es kann mehr Material aus dem Flanschbereich in den Zargenbereich fließen. Beispielsweise können eine kreisförmige insbesondere abgerundete Schneidkante und eine daran angepasste insbesondere scharfkantige Lochmatrize vorgesehen sein, sodass eine kreisförmige Öffnung in den Ziehboden gelocht werden kann. Allerdings sind auch hier andere geometrische Querschnitte, welche sich zum Lochen eignen, verwendbar, etwa ovale oder eckige Querschnitte. Dabei können die verwendeten
Querschnittsformen beim Kragenziehen und beim Lochen im Wesentlichen, etwa bis auf einen Offset, übereinstimmen oder es können unterschiedliche Formen verwendet werden. Wie bereits ausgeführt, ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Schneidkante abgerundet. Dadurch wird unter anderem vorteilhaft erreicht, dass der Ziehteilboden während des Kragenziehens nicht durch die Schneidkante beschädigt wird und beispielsweise keine Einkerbungen entstehen oder kein frühzeitiges, teilweises Lochen des Werkstücks erfolgt. Vielmehr kann das Material zunächst über die Schneidkante hinweggleiten. Im Zusammenspiel mit der Lochmatrize, dessen Bewegung entgegen der Kragenziehrichtung gehemmt ist, erfolgt dann ein Lochen des Ziehbodens zu einem definierten Zeitpunkt. Damit wird die Qualität der Kragenwandung und die mögliche Ziehtiefe gesteigert. Dass die Schneidkante abgerundet ist, bedeutet insbesondere, dass der Radius der Schneidkante größer als 0,15 mm, insbesondere größer als 0,25 mm, bevorzugt bis 1 mm ist. Beispielsweise liegt der Radius der Schneidkante zwischen 0,3 und 0,8 mm.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ist ein Hemmelement vorgesehen, welches zur zeitweisen insbesondere definierten
Kraftbeaufschlagung der Lochmatrize in Reaktion auf eine Krafteinwirkung seitens des Ziehstempels in Kragenziehrichtung dient. Durch das Hemmelement wird erreicht, dass der Ziehboden zu einem definierten Zeitpunkt gelocht werden kann. Zudem kann dadurch, dass die Kraftbeaufschlagung nur zeitweise erfolgt, eine Bewegung der Lochmatrize in Kragenziehrichtung ermöglicht werden, sodass die Aufweitung nach dem Lochen ermöglicht wird. Beispielsweise ist die Vorrichtung derart eingerichtet, dass eine definierte Hemmkraft der Lochmatrize die zum Lochen des Ziehbodenteils benötigte Schnittkraft übersteigt, um das Lochen zu ermöglichen. Die Hemmkraft kann beispielsweise durch das
Hemmelement ausgeübt werden.
Beispielsweise ist das Hemmelement als quer zur Kragenziehrichtung beweglicher Schubkeil ausgebildet, welcher die Bewegung der Lochmatrize in Kragenziehrichtung hemmt. Beispielsweise kann der Schubkeil bei ausreichender Kraftbeaufschlagung in Kragenziehrichtung die Bewegung der Lochmatrize in Kragenziehrichtung wieder freigeben, insbesondere wenn die definierte Hemmkraft der Lochmatrize die zum Lochen des Ziehbodenteils benötigte Schnittkraft übersteigt. Beispielsweise ist der Schubkeil federgelagert. Beispielsweise weisen der Schubkeil und die Lochmatrize aneinander angepasste Gleitflächen auf, welche ein Abgleiten der Lochmatrize auf dem Schubkeil und ein Verdrängen des Schubkeils ermöglichen.
Beispielsweise ist die Lochmatrize ebenfalls federgelagert um eine weitere Kraft entgegen der Kragenziehrichtung zu ermöglichen. Bezüglich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen der Vorrichtung wird auf die
Beschreibung des Verfahrens und dessen Vorteile 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 von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiel eines ersten
Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts einer Vorrichtung vor der
Ausbildung einer Materialreserve;
Fig. 2 eine schematische Ansicht des ersten Werkzeugs oder
Werkzeugabschnitts aus Fig. 1 nach der Ausbildung einer Materialreserve;
Fig. eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines zweiten
Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts einer Vorrichtung vor dem
Kragenziehen;
Fig. 4, 5 eine schematische Ansicht des zweiten Werkzeugs oder
Werkzeugabschnitts aus Fig. 3 während des Kragenziehens;
Fig. 6 eine schematische Ansicht des zweiten Werkzeugs oder
Werkzeugabschnitts aus Fig. 3 nach dem Lochen;
Fig. 7 eine schematische Ansicht des zweiten Werkzeugs oder
Werkzeugabschnitts aus Fig. 3 nach dem Aufweiten und
Fig. 8 eine schematische Ansicht des zweiten Werkzeugs oder
Werkzeugabschnitts aus Fig. 3 nach dem Auswerfen. Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines ersten
Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts 1 einer Vorrichtung vor der Ausbildung einer Materialreserve. Das Werkzeug oder Werkzeugabschnitt 1 ist in einem Teil-Längsschnitt dargestellt, und ist symmetrisch um die Achse A aufgebaut. Das Werkzeug oder der Werkzeugabschnitt 1 ist in eine geeignete, hier nicht dargestellte Presse eingebaut und weist mit einem Obergesenk la und einem daran angepassten Untergesenk oder
Stempel lb Vorformmittel zur Formung eines Bereichs 4 eines Werkstücks oder Werkstückabschnitts 2 auf. Das Werkstück oder der Werkstückabschnitt 2 in Form einer Platine oder eines Blechs ist bei geöffneter Presse zwischen die Gesenke la, lb gebracht. Durch die Geometrie der Pressflächen kann ein Bereich 4 des Werkstücks 2 durch das Werkzeug 1 umgeformt werden, sodass sich in dem Bereich 4 eine Materialreserve für einen späteren Kragenziehvorgang bildet. Dazu wird beispielsweise das Obergesenk la zum Schließen des Werkzeugs 1 in Richtung des Pfeils 6 auf das Untergesenk zubewegt.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht des ersten Werkzeugs 1 aus Fig. 1 nach der Ausbildung einer Materialreserve in dem Bereich 4 des Werkzeugs 2. Durch das
Vor-/Formen des Bereichs 4 wurden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
Erhebungen in Form von zwei umlaufenden konzentrischen Sicken 6a, 6b gebildet. Die Vor-/Formung mit dem Werkzeug 1 bewirkte eine Vordehnung des Materials im Bereich 4 der Sicken 6a, 6b und der daran angrenzenden Bereiche, was zu einer Verlängerung der Querschnittslänge im Bereich 4 des Werkstücks oder Werkstückabschnitts 2 führte. Im Ergebnis kann der Bereich 4 mit den Sicken 6a, 6b für einen anschließenden
Kragenziehvorgang als Materialreserve dienen.
Da das Werkzeug 1 auch ein Werkzeugabschnitt eines komplexeren nicht dargestellten Werkzeugs sein kann, ist es grundsätzlich möglich, dass dieses während des Schließens der Presse auch noch weitere Bearbeitungen, beispielsweise weitere Umformungen, des Werkstücks 2 ausführen kann.
Fig. 3 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines zweiten
Werkzeugs 10 einer Vorrichtung vor dem Kragenziehen. Die Vorrichtung 10 ist ebenfalls symmetrisch um die Achse A aufgebaut. Sie weist mit einem in Kragenziehrichtung 8 beweglichen Ziehstempel bzw. Zieh-Schneidstempel 12 Mittel zum Kragenziehen des Werkstücks 2 auf. Der Ziehstempel weist eine am Ziehstempelboden 14 angeordnete, abgerundete Schneidkante 16 auf. Die Schneidkante 16 ragt in Kragenziehrichtung 8 aus dem Ziehstempelboden 14 hinaus. Dies vermeidet die Gefahr einer vorzeitigen
Beschädigung oder Lochung des Werkstücks 2. Das Werkzeug 10 weist zudem mit dem Niederhalter 18 Mittel zum Fixieren des Werkstücks 2 auf. Wie durch den Pfeil 9 dargestellt, kann der Niederhalter das
Werkstück 2 in einem Flanschbereich 20 mit einer gesteuerten Kraft in
Kragenziehrichtung 8 beaufschlagen. Hierdurch kann das Werkstück 2 fixiert und Material aus dem Bereich 4 der Materialreserve nachgeführt werden.
Das Werkzeug 10 weist weiterhin ein Gesenk 26 auf, dessen Querschnittskontur die Aushalskontur 28 darstellt und an den Ziehstempel 12 angepasst ist. Im unteren Bereich des Gesenks ist eine Lochmatrize 30 federnd gelagert und an die Schneidkante 16 angepasst, um ein Lochen des Ziehbodenteils 42 zu ermöglichen. Ergänzend ist ein Federelement 32 vorgesehen, welches die Lochmatrize mit einer Kraft entgegen der Kragenziehrichtung 8 beaufschlagen kann. In dem Gesenk 26 ist zudem ein
Hemmelement in Form eines Schubkeils 34 gelagert. Der Schubkeil stützt die
Lochmatrize 30 ab, sodass die Bewegung der Lochmatrize 30 in Kragenziehrichtung 8 zunächst gehemmt ist. Hierzu drückt der Schubkeil 34 mit einem Federelement 36 unter die Lochmatrize 30. Die Lochmatrize 30 und der Schubkeil 34 weisen aneinander angepasste Gleitflächen 38, 40 auf, welche ein Abgleiten der Lochmatrize 30 auf dem Schubkeil 34 ermöglichen. Fig. 4 und 5 zeigen eine schematische Ansicht des zweiten Werkzeugs 10 aus Fig. 3 während des Kragenziehens. Der Ziehstempel 12 wird dabei in Kragenziehrichtung 8 bewegt. Dadurch bildet sich im Werkstück 2 ein gezogener Bereich mit einem sich an den Flanschbereich 20 anschließenden Zargenbereich 44 und mit einem sich an den Zargenbereich anschließenden Ziehboden 42 aus. Während des Kragenziehens wird durch den Bereich 4 Material für den Kragenziehvorgang zur Verfügung gestellt und in den Zargenbereich 44 hineingezogen. Gleichzeitig wird durch die Kraftbeaufschlagung des Bereichs 4 mit dem Niederhalter 18 Material der Materialreserve in den
Zargenbereich 44 nachgeschoben. Dadurch kann der Zargenbereich 44 länger als mit den konventionellen Verfahren ausgebildet werden, während der Ziehboden 42 im Wesentlichen nicht ausdünnt. Wie in Fig. 5 zu erkennen ist, werden die Sicken 6a, 6b während des Kragenziehens im Wesentlichen geglättet. Dadurch, dass eine abgerundete Schneidkante 16 vorgesehen ist, wird der der
Ziehboden 42 während des Kragenziehens nicht beschädigt oder vorzeitig gelocht und es kann durch den im Wesentlichen flachen und quer zur Kragenziehrichtung 8 verlaufenden Ziehstempelboden 14 ein Ausdünnen des Ziehbodens 42 verringert oder vermieden werden.
Während des fortschreitenden Kragenziehvorgangs wird entweder weiterhin Material aus dem Flanschbereich 20 in den Zargenbereich 44 geholt und/oder der Zargenbereich 44 wird abgestreckt, bis der Ziehstempel 12 die Lochmatrize 30 erreicht hat. Aufgrund der durch den Schubkeil 34 verursachten Gegenkraft, kann die Lochmatrize 30 zunächst nicht ausweichen und die Schneidkante 16 des kombinierten Zieh-Schneidstempels 12 locht den Ziehboden 42, indem ein Schneidbutzen 46 aus dem Ziehboden 42 geschnitten oder gestanzt wird, welcher durch die Lochmatrize aus dem Werkzeug 10 herausfallen kann und nicht manuell entfernt werden braucht.
Fig. 6 zeigt hierzu eine schematische Ansicht des zweiten Werkzeugs oder
Werkzeugabschnitts 10 aus Fig. 3 nach dem Lochen. An den Zargenbereich 44 schließt sich nunmehr ein Ziehbodenteilbereich 45 an.
Der Gegendruck der Lochmatrize 30 auf den Ziehstempel 12 ist jedoch durch das Vorsehen der Gleitflächen 38, 40 an der Lochmatrize 30 und dem Schubkeil 34 und durch die Federlagerung des Schubkeils 34 auf die notwendige Schnittkraft zum Lochen des Ziehbodenteils begrenzt. Wird die Kraftgrenze überschritten weicht der Schubkeil 34 nach außen quer zur Kragenziehrichtung 8 in Richtung des Pfeils 48 aus. Die
Lochmatrize 30 wird weiter in Kragenziehrichtung 8, wie durch den Pfeil 50 dargestellt, durch den Ziehstempel 12 weiter nach unten verdrängt und der Ziehstempel 12 kann durch weiteres Fortschreiten in Kragenziehrichtung 8 ein Aufweiten des
Ziehbodenteilbereichs 45 durchführen. Fig. 7 zeigt eine schematische Ansicht des zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts 10 aus Fig. 3 nach dem Aufweiten des Ziehbodenteilbereichs 45. Dadurch, dass der Kragen Längenanteile des Zargenbereichs 44 und des geweiteten Ziehbodenteilbereichs 45 umfasst, kann ein langer Kragen ausgebildet werden, ohne dass ein Materialversagen aus dem Bereich 4 der Materialreserve und der abgerundeten Schneidkante 16 auftritt.
Dadurch ist die Kragenformung abgeschlossen. Durch ein Anheben des Ziehstempels 12 und des Niederhalters 18 kann die Lochmatrize 30 wieder entgegen der
Kragenziehrichtung 8 in die Ausgangsstellung fahren, wobei das Werkstück
ausgeworfen wird. Fig. 8 zeigt eine schematische Ansicht des zweiten Werkzeugs oder Werkzeugabschnitts 10 aus Fig. 3 nach dem Auswerfen. Dabei ist das Werkstück 2 durch die federgelagerte Lochmatrize 30 zum Entnehmen aus dem Werkzeug 10 aus dem Gesenk 26 herausbefördert worden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Verfahren zum Herstellen eines Kragens an einem Werkstück umfassend die Schritte:
Vorformen eines Bereichs des Werkstücks zur Ausbildung einer
Materialreserve für einen Kragenziehvorgang,
Kragenziehen des Werkstücks, wobei das gezogene Werkstück einen Flanschbereich und einen sich an den Flanschbereich anschließenden gezogenen Bereich aufweist, wobei der gezogene Bereich einen
Zargenbereich und einen sich an den Zargenbereich anschließenden Ziehboden umfasst, und wobei Material aus dem Bereich der
Materialreserve zumindest teilweise zur Ausbildung des Zargenbereichs dient,
Lochen des im gezogenen Bereich des Werkstücks befindlichen
Ziehbodens, sodass eine Öffnung im Ziehboden entsteht und sich an den Zargenbereich ein Ziehbodenteilbereich anschließt, und
Aufweiten des Ziehbodenteilbereichs.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Bereich der Materialreserve zumindest teilweise außerhalb des zu ziehenden Bereichs liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine oder mehr Erhebungen, insbesondere in Form von Sicken, durch das
Vorformen des Bereichs zur Ausbildung der Materialreserve ausgebildet werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Vorformen des Bereichs zur Ausbildung der Materialreserve in Abhängigkeit von Eigenschaften des Werkstücks und/oder der zu erzielenden Kragenform erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Vorformen des Bereichs zur Ausbildung der Materialreserve zumindest abschnittsweise eine Vordehnung bis maximal an die Dehngrenze des Werkstoffs beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Bereich der Materialreserve im Wesentlichen der Kragenziehlänge des Werkstücks entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Werkstück im Bereich der Materialreserve während des Kragenziehens zumindest zeitweise und zumindest abschnittsweise mit einer insbesondere gesteuerten Kraft beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Vorformen des Bereichs zur Ausbildung der Materialreserve in einem ersten Werkzeug oder Werkzeugabschnitt erfolgt und zumindest das Kragenziehen in einem zweiten Werkzeug oder Werkzeugabschnitt erfolgt. Vorrichtung zur Herstellung eines Kragens an einem Werkstück (2), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit
Vorformmitteln (la, lb) zur Vorformung eines Bereichs (4) des
Werkstücks (2) zur Ausbildung einer Materialreserve für einen Kragenziehvorgang,
Mitteln zum Kragenziehen (12), welche eingerichtet sind, das Werkstück (2) derart zu ziehen, dass das Werkstück (2) einen sich an einen
Flanschbereich (20) anschließenden gezogenen Bereich mit einem
Zargenbereich (44) und mit einem sich an den Zargenbereich anschließenden Ziehboden (42) aufweist,
Mitteln zum Lochen (16, 30), welche eingerichtet sind, den Ziehboden (42) zu lochen, sodass ein sich an den Zargenbereich (44) anschließender Ziehbodenteilbereich (45) entsteht, und
- Mitteln zum Aufweiten (12), welche eingerichtet sind, den
Ziehbodenteilbereich (45) aufzuweiten.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, mit
einem ersten Werkzeug oder Werkzeugabschnitt (1) und
- einem zweiten Werkzeug oder Werkzeugabschnitt (10),
wobei das erste Werkzeug oder der erste Werkzeugabschnitt (1) die
Vorformmittel (la, lb) aufweist und wobei das zweite Werkzeug oder der zweite Werkzeugabschnitt (10) die Mittel zum Kragenziehen (12), die Mittel zum Lochen (16, 30) und die Mittel zum Aufweiten (12) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorformmittel (la, lb) zur Ausbildung des Bereichs (4) der Materialreserve und die Mittel zum Kragenziehen (12) derart aneinander angepasst sind, dass der Bereich (4) der Materialreserve außerhalb des zu ziehenden Bereichs (22) liegt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorformmittel (la, lb) zur Ausbildung des Bereichs (4) der Materialreserve dazu eingerichtet sind, eine oder mehr Erhebungen(6a, 6b), insbesondere in Form von Sicken (6a, 6b), auszubilden.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung Mittel zur zumindest zeitweisen und zumindest abschnittsweisen insbesondere gesteuerten Kraftbeaufschlagung (18) des Werkstücks (2) im Flanschbereich (20) während des Kragenziehens aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mittel zum Kragenziehen (12) einen Ziehstempel (12) umfassen und die Mittel zum Lochen (16, 30) eine am Ziehstempelboden (14) angeordnete, insbesondere abgerundete Schneidkante (16) und eine dem Ziehstempel (12) gegenüberliegend angeordnete und an die Schneidkante angepasste
insbesondere scharfkantige Lochmatrize (30) umfassen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Hemmelement (34) vorgesehen ist, welches zur zeitweisen insbesondere definierten Kraftbeaufschlagung der Lochmatrize (30) in Reaktion auf eine Krafteinwirkung seitens des Ziehstempels (12) in Kragenziehrichtung (8) dient.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung derart eingerichtet ist, dass eine definierte Hemmkraft der Lochmatrize (30) die zum Lochen des Ziehteilbodens (42) benötigte Schnittkraft übersteigt.
PCT/EP2016/052042 2015-02-06 2016-02-01 Verfahren und vorrichtung zum auskragen eines werkstücks WO2016124528A1 (de)

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