WO2023020950A1 - Verfahren zur herstellung von blechbauteilen und vorrichtung hierfür - Google Patents

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WO2023020950A1
WO2023020950A1 PCT/EP2022/072635 EP2022072635W WO2023020950A1 WO 2023020950 A1 WO2023020950 A1 WO 2023020950A1 EP 2022072635 W EP2022072635 W EP 2022072635W WO 2023020950 A1 WO2023020950 A1 WO 2023020950A1
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sheet metal
tool
calibration
preform
produced
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PCT/EP2022/072635
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Martin Kibben
Lars Bode
Michael Linnepe
Peter Sieczkarek
Daniel Nierhoff
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Thyssenkrupp Steel Europe Ag
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Publication date
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    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/30—Deep-drawing to finish articles formed by deep-drawing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D37/08—Dies with different parts for several steps in a process

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for producing sheet metal components.
  • Methods and devices for producing dimensionally stable sheet metal components are disclosed in the prior art, see for example DE 10 2007 059 251 A1, DE 10 2008 037 612 A1, DE 10 2009 059 197 A1, DE 10 2013 103 612 A1, DE 10 2013 103 751 Al, the production being carried out in at least two stages (forming processes).
  • the first stage an in particular flat blank is formed into a preform.
  • the preform has a surplus of material that is distributed as evenly as possible. This additional excess material is compressed in the direction of the sheet level in the second stage, known as calibration.
  • the previous concepts envisage producing a preform which essentially corresponds to the final geometry, with the preforming tool being designed with its effective surfaces essentially on the effective surfaces of the calibration tool.
  • the invention is therefore based on the object of providing a generic method and a generic device with which a final component geometry can be produced which has as little or no deviation as possible from the final component geometry (desired geometry).
  • the method for producing a sheet metal component comprises at least two steps: Preforming a sheet metal into a sheet metal preform having in cross section a base, at least one frame, at least one transition between base and frame, optionally at least a flange in some areas and optionally, at least in certain areas, a transition between frame and flange a preforming tool which acts on the sheet metal with its active surfaces, the resulting sheet metal preform having excess sheet metal material at least in regions; and final forming of the sheet metal preform into a sheet metal component in a calibrating tool, which acts on the sheet metal preform with its active surfaces and in which the excess sheet metal material is compressed essentially in the plane of the sheet, and the sheet thickness in particular increases at least in regions.
  • the effective surfaces of the preforming tool of the sheet metal preform to be produced are set up in comparison to the effective surfaces of the calibration tool of the sheet metal component to be produced in such a way that when comparing the preforming tool and calibration tool when considering the difference angle between the two main axes of inertia, which are oriented in the same way in relation to the respective cross-sectional shape, through the centers of gravity of a torsion angle difference of at least 0.2° is set between two parallel cross-sectional surfaces at a distance of 100 mm from the tool gap enclosed by the respective effective surfaces.
  • a final component geometry can be generated that has as little or no deviation as possible from the final component geometry (target geometry), especially if a sheet metal preform is already being produced that also has as little or no deviation as possible from the final component geometry. It is generally known from the prior art that it is fundamentally advantageous if the sheet metal preform geometry is produced in such a way that it corresponds as closely as possible to the final component geometry, which is set in the calibration tool. In particular, the springback-related curvature of the frames should be avoided in the preform as far as possible within the process, which is characterized, for example, by reduced material flow control.
  • the approach according to the invention avoids deformation (torsion/twisting and/or bending) of the spring-back sheet metal preform compared to the final component geometry by suitably designing the effective surfaces of the sheet metal preform, so that the better the spring-back sheet metal preform corresponds to the final sheet metal component, the more dimensionally accurate the result the calibration will fail and the simpler the process control can be, especially in the calibration tool but also in any other subsequent processes that may be provided.
  • the torsion angle difference is thus the angle increment when comparing the preforming tool and the calibration tool when considering the difference angle between the main axes of inertia, which are oriented in the same way in relation to the respective cross-sectional shape, through the centers of gravity of two parallel cross-sectional areas at a distance of 100 mm from the tool gap enclosed by the respective effective areas and is at least 0, 2°, in particular at least 0.5°, preferably at least 0.7°, preferably at least 1°, more preferably at least 2° and more preferably at least 3°.
  • the effective surfaces of the preforming tool are set up in comparison to the effective surfaces of the calibrating tool in such a way that in the sheet metal preform to be produced before springback, compared to the sheet metal component to be produced, a curvature in the longitudinal extension of the sheet metal preform before springback is set at least in some areas, which is at least 1 %, in particular by at least 2%, preferably by at least 5%, preferably by at least 7%, particularly preferably by at least 9%, from the variable curvature in the longitudinal extension of the sheet metal component to be produced.
  • the changing curvature of a component can be described as the curvature of an imaginary B-split nes, which is defined by the centers of gravity of the local cross-sections, i.e. the intersection points of the main axes of the cross-section. If along the main axis in the longitudinal extension of the component, z. B. a section is made every 50 mm through the sheet metal component and sheet metal preform, the center of gravity of the cross-section lines is determined in each case and then these intersections are connected using B-splines in particular compensated preform tooling.
  • the sheet metal preform before springback deviates, for example, by more than 5% from the curvature of the sheet metal component to be produced at the same point or in the same area, the sheet metal preform is considered to be compensated with regard to the longitudinal curvature of the sheet metal component.
  • the sheet metal preform can be produced in one or more steps by means of any combinable shaping process.
  • the preforming can, for example, include a deep-drawing-type shaping step.
  • a multi-stage shaping can also be carried out, including for example embossing of the base to be created and raising the frames to be created or setting down the flanges to be created. Any combinations of folding and/or bending and/or (ver) embossing are also conceivable.
  • the deep-drawing that is carried out, for example, for the preforming can in particular be carried out in one or more stages. Forming can preferably be carried out without active material flow control for the production of the sheet metal preform.
  • Compression/calibration is understood to mean finish shaping of the sheet metal preform, which can be achieved, for example, by one or more pressing processes. Excess sheet metal material is provided at least in regions in the sheet metal preform produced. The excess sheet metal material in the sheet metal preform has, at least in certain areas, a developed length in cross section which is between 0.5% and 6% longer in relation to the developed length of the finished sheet metal component (desired geometry). The developed length of the cross sections of the sheet metal preform considered in this way is in particular between 0.7% and 4.3% longer than that of the finished sheet metal component.
  • the unwound length of the cross sections should vary too much, if the unwound length was too short, there would not be enough excess sheet material available for the subsequent calibration process, which would affect the dimensional accuracy of the final Component would be affected. If, on the other hand, the unwound length of the cross-section of the sheet metal preform under consideration is too large, the oversized sheet metal material would collapse into waves during the subsequent calibration process, which can mean an optical and/or dimensional defect. In addition, there is an increased risk of tool damage due to excessive compression forces or protruding, crushed component areas, such as sheet metal edges.
  • the essentially completely formed sheet metal component can in this respect be understood as a finally formed sheet metal component.
  • the finished sheet metal component can be subjected to further processing steps that modify the sheet metal component, such as the introduction of connection holes and/or a small amount of final trimming.
  • the aim is to design the calibration mold in such a way that no further forming steps are necessary apart from any post-forming operations that may be required, such as turning off flanges or the subsequent introduction of embossing.
  • Compression of the at least partially excess sheet material in the plane of the sheet causes a superimposition of compressive stress within the sheet material and homogenization of the inhomogeneous residual stress state is generated, with which a high degree of dimensional accuracy of the sheet metal component calibrated in this way can be set.
  • the sheet metal preform produced and the finished sheet metal component essentially have a longitudinal extent and a transverse extent, with the longitudinal extent being greater than the transverse extent in most sheet metal components in terms of dimensioning. So cross-section means a cut through the transverse extent of the sheet metal preform/sheet metal component.
  • At least one side of the sheet metal component is provided with a flange section that is provided at least in some areas in the longitudinal extent and/or transverse extent, in particular on both sides of the sheet metal component, which is used, for example, to connect to other components and is also referred to as a joining flange.
  • the frame is provided at least on one side of the sheet metal component in the longitudinal extension, in particular on both sides of the sheet metal component, the sheet metal component having a cross-section that is essentially hat-shaped, for example, with a frame on each side, the frames being identical but also with different depths, in particular can be carried out in the course of their longitudinal extension.
  • the base is formed integrally with the frame via a further transition area and, depending on the complexity of the sheet metal component to be produced, does not have to be on one level. be restricted, but can also be provided in some areas on different levels in the longitudinal and/or transverse extension.
  • the transitions between the individual levels in the floor area can be designed in steps or curved, in particular, one can speak of a so-called cranked design.
  • the sheet metal component can also have shapes other than in the longitudinal direction or in the longitudinal direction, for example it can be curved, C-shaped or L-shaped.
  • the active surfaces of the preforming tool can advantageously be set up in comparison to the active surfaces of the calibration tool in such a way that in the sheet metal preform to be produced in comparison to the sheet metal component to be produced there is a frame opening angle difference of at least 0.5°, in particular at least 1°. preferably at least 3°, preferably at least 5°, particularly preferably at least 8°, further preferably at least 10° at the same point.
  • the frame opening angle is the maximum angle by which the component frame can be rotated inwards in relation to the effective direction of the press ram around an axis oriented in the longitudinal direction of the sheet metal component in the transition area between the frame and the base of the component before an undercut occurs in the tool.
  • the frame opening angle difference is the difference between the local frame opening angle of the sheet metal preform, in particular the compensated sheet metal preform or the compensated preforming tool, and the local frame opening angle of the sheet metal component at the same point or in the same cross section.
  • the considered cross-sections or cross-sectional areas of the sheet metal preform and the sheet metal component are in the same plane.
  • a steel sheet with a yield point Re of at least 400 MPa is used. The higher the yield point of the sheet steel, the less favorable the springback and/or torsion of the sheet metal preform, so that reliable process control in the calibration tool can no longer be ensured.
  • the yield point can be at least 500 MPa, preferably at least 600 MPa, preferably at least 700 MPa.
  • the object mentioned at the outset is achieved in a generic device, with at least one preforming tool for preforming a sheet metal into a sheet metal preform having in cross section a base, at least one frame, at least one transition between base and frame, optionally at least a flange in some areas and optionally at least one in some areas Transition between frame and flange, which acts on the metal sheet with its active surfaces, the sheet metal preform having excess sheet metal material at least in regions; and with at least one calibration tool for compressing the sheet metal preform into a sheet metal component, which acts on the sheet metal preform with its effective surfaces and in which the excess sheet metal material is compressed in the plane of the sheet, the effective surfaces of the preforming tool of the sheet metal preform to be produced compared to the effective surfaces of the calibration tool of the sheet metal component to be produced are set up in such a way that when comparing the preforming tool and the calibration tool when considering the difference angle between the two main axes of inertia, which are oriented in the same way in relation to the respective cross-section
  • the active surfaces of the preforming tool have been adjusted in such a way that the expected deviations of the sheet metal preform from the target geometry of the sheet metal component are mapped in the opposite direction in advance.
  • a spring-back sheet metal preform will deform by X° around the main axis in the longitudinal extension (twisted/twisted on itself), so that the effective surfaces of the preforming tool are corrected and adjusted in such a way that the sheet metal preform is previously in contrary- ter direction is intentionally twisted by an approximately adequate amount. This ensures that the spring-back sheet metal preform after relief essentially corresponds to the required target geometry of the sheet metal component to be produced and the sheet metal preforms produced in this way can be safely inserted into the calibration tool and the calibration result can be improved.
  • the active surfaces of the preforming tool are set up in comparison to the active surfaces of the calibration tool in such a way that a frame opening angle difference of at least 0.5° is set at the same point in the sheet metal preform to be produced in comparison to the sheet metal component to be produced.
  • the device comprises a calibration tool with a calibration stamp, a calibration die and an element or optionally multiple elements, the element being arranged in the calibration die and being movable relative to the calibration die.
  • the contour of the calibration stamp and the calibration die essentially corresponds to the base, the frame and the optional flange as well as the transition areas between base and frame and optional frame and flange of the target geometry of the sheet metal component.
  • the element, which is arranged in the calibrating die is used to position the sheet metal preform before upsetting/calibrating the sheet metal preform on the calibrating stamp.
  • the calibration tool can comprise a calibration stamp, a calibration die and an element or optionally several elements, the element being arranged in the calibration stamp and being movable relative to the calibration stamp.
  • the calibration stamp is arranged at the bottom and the calibration die at the top in the calibration tool and can be moved relative to one another.
  • the element is arranged in the calibrating die, moves in particular by a ram stroke, i.e. together with the calibrating die, in the direction of the calibrating die, presses the sheet metal preform down and positions it on the calibrating die with a force fit, for example using a spring, wedge driver, hydraulics or pneumatics.
  • a ram stroke i.e. together with the calibrating die, in the direction of the calibrating die, presses the sheet metal preform down and positions it on the calibrating die with a force fit, for example using a spring, wedge driver, hydraulics or pneumatics.
  • the calibration stamp is arranged at the top and the calibration die at the bottom in the calibration tool and can be moved relative to one another.
  • the element is arranged in the calibrating stamp, moves in particular by the ram stroke, i.e. together with the calibrating stamp in the direction of the calibrating die, presses the sheet metal preform down and positions it in the calibrating die with a force fit, for example using a spring, wedge driver, hydraulics or pneumatics.
  • a force fit for example using a spring, wedge driver, hydraulics or pneumatics.
  • the element arranged in the calibration die or optionally several elements are moved in a controlled manner, for example via the ram stroke and/or additional control units, which can be driven, for example, by means of springs, wedge drivers, hydraulics or pneumatics, such that during the closing of the calibration tool results in a defined distance between the element and the calibration stamp, which is not fallen below until the element has been retracted completely flush in the calibration die.
  • This defined distance is preferably selected in such a way that during the closing of the calibration die in the area of the element no impermissibly large force acts on the sheet metal component to be calibrated and, for example, the surface of the finished component is not impermissibly damaged by the element and/or the calibration process is not impermissibly impeded and/or the excess material introduced into the ground, for example, is deformed inadmissibly. If the element is inserted flush into the calibrating die during the ram stroke, no further relative movement can take place between the element and the calibrating die, with the result that the element together with the calibrating die form a closed effective surface without a shoulder. In particular, the element ends essentially flush with the active surface of the calibrating die during closing before the lower end position is reached.
  • the device comprises a calibration tool with a calibration stamp mounted on the press bed, a calibration die mounted on the press ram and a protruding element or optionally several protruding elements, the protruding element being arranged in the calibration stamp and being movable relative to the calibration stamp.
  • the contour of the calibration stamp and the calibration die essentially corresponds to the base, the frame and the optional flange as well the transition areas between base and frame and optionally between frame and flange the target geometry of the sheet metal component.
  • the protruding element which is arranged in the calibrating stamp, serves to position the sheet metal preform on the calibrating stamp at a predefined height before upsetting/calibrating the sheet metal preform.
  • the protruding element can, for example, protrude from the calibration stamp by up to 30 mm, in particular up to 15 mm or preferably up to 5 mm, but >0 mm. Positioning at a defined height can have an advantageous effect on the position of the sheet metal preform when the calibrating tool is closed and, for example, prevent the sheet metal preform from being jammed between moving parts of the calibrating die, for example when lateral slides are provided.
  • the calibration tool may comprise a calibration punch, a calibration die and a protruding element or optionally a plurality of protruding elements, the protruding element being arranged in the calibration die and being movable relative to the calibration die.
  • the calibration stamp is arranged at the bottom and the calibration die at the top in the calibration tool and can be moved relative to one another.
  • the element is arranged protruding in the calibration stamp and positively positions the inserted sheet metal preform at a defined height, for example by means of springs, wedge drivers, hydraulics or pneumatics above the calibration stamp.
  • the previously protruding element is preferably arranged in its lowermost position in the calibrating die in such a way that a closed effective surface without a step results and the element and calibrating die essentially correspond to the geometry of the sheet metal component to be produced.
  • the element which is arranged in the calibration stamp by means of springs, hydraulics or pneumatics and protrudes beyond the effective surface of the calibration stamp can, for example, via the ram stroke or other control units which can be driven, for example, by means of springs, wedge drivers, hydraulics or pneumatics. are moved in a controlled manner in such a way that the protruding element is preferably sunk flush in the calibration stamp before the bottom dead center of the press stroke is reached. In this way it can be achieved that during the actual calibration process the surface of the finished sheet metal component is not impermissibly damaged by the protruding element. is damaged and/or the calibration process is not unacceptably impeded and/or the excess material introduced into the floor, for example, is unacceptably deformed.
  • the protruding element or optionally the protruding elements in the calibrating stamp are combined with a leading element or optionally several leading elements in the calibrating die.
  • the arrangement of a protruding element or optionally protruding elements can also take place analogously for a sheet metal component that is open upwards in the press position in the calibration die.
  • the combination of a protruding element or optionally a plurality of protruding elements in the calibrating die can take place analogously with a leading element or optionally with a plurality of leading elements in the calibrating stamp.
  • the device is integrated in a press line or transfer press.
  • a press line or transfer press In particular in the production of mass products, for example for products in the automotive industry, products such as sheet metal components are produced particularly economically in press lines or transfer presses.
  • the device according to the invention can be used economically in existing production lines in the form of interchangeable inserts which provide at least one preforming tool and at least one calibrating tool.
  • the use of the device according to the invention in progressive presses is also conceivable.
  • FIG. 1 shows a sequence for the production of a sheet metal component according to an embodiment of the method according to the invention and the device according to the invention in a schematic sectional view
  • FIG. 2 shows a perspective representation of a simulation of a sheet metal preform and a sheet metal component resulting therefrom. Description of the preferred embodiments (Best Mode for Carrying out the Invention)
  • FIG. 1 a sequence of an embodiment of a method according to the invention or a device (100) according to the invention is shown schematically in a sectional illustration.
  • the method according to the invention for producing a sheet metal component (3) comprises at least two steps.
  • the method comprises preforming a metal sheet (1) into a sheet metal preform (2) having a base (2.1), at least one frame (2.2), at least one transition (2.4 ) between base (2.1) and frame (2.2), optionally at least in some areas a flange (2.3) and optionally at least in some areas a transition (2.5) between frame (2.2) and flange (2.3) in a preforming tool (10), which with its effective surfaces (10.1, 10.2) acts on the sheet metal (1), the sheet metal preform (2) having excess sheet metal material (4) at least in regions.
  • the method includes final shaping of the sheet metal preform (2) into a sheet metal component (3) in a calibration tool (20), which acts on the sheet metal preform (2) with its active surfaces (20.1, 20.2) and in which the excess sheet metal material (4) is compressed in the plane of the sheet (E).
  • the sectional representations of the preforming tool (10) and calibration tool (20) shown relate to a section in the area of a sheet metal preforming end or sheet metal component end.
  • the active surfaces (10.1, 10.2) of the preforming tool (10) of the sheet metal preform (2) to be produced are set up in comparison to the active surfaces (20.1, 20.2) of the calibration tool (20) of the sheet metal component (3) to be produced in such a way that when comparing the preforming tool (10) and calibration tool (20) when considering the difference angle between the two main axes of inertia (A2, A3), which are oriented in the same way in relation to the respective cross-sectional shape, through the centers of gravity of two parallel cross-sectional areas (Ql .l, Ql .2, Q2.1, Q2. 2) a torsion angle difference (tdiff) of at least 0.2° is set at a distance of 100 mm.
  • tdiff torsion angle difference
  • the active surfaces (10.1, 10.2) of the preforming tool (10) can be set up in comparison to the active surfaces (20.1, 20.2) of the calibration tool (20) so that in the sheet metal preform (2) to be produced in Compared to the sheet metal component (3) to be produced, a curvature in the longitudinal extension of the sheet metal preform (2) is set at least in some areas, which deviates by at least 1% from the curvature in the longitudinal extension of the sheet metal component (3) to be produced.
  • the active surfaces (10.1, 10.2) of the preforming tool (10) compared to the active surfaces (20.1, 20.2) of the calibration tool (20) can be set up such that in the sheet metal preform (2) to be produced in comparison to the sheet metal component to be produced (3) a frame opening angle difference (zdiff) of at least 0.5° is set at the same point.
  • a flat metal sheet (1) for example, is unwound and cut to length as a defined blank or blank from a metal bundle Acoil, not shown, and made available for further processing.
  • the metal sheet (1) is preferably made from a steel material, preferably from a high-strength steel material, for example with a material thickness of between 0.5 and 4 mm. Alternatively, aluminum materials or other metals can also be used.
  • the metal sheet (1) is first preformed using common methods in such a way that the geometry of the sheet metal preform (2) is provided with excess sheet metal material (4) for the further process.
  • the sheet metal preform (2) can be preformed, for example, by means of crash forming or, alternatively, by means of deep drawing with a spaced sheet metal holder, or alternatively by means of deep drawing.
  • the sheet metal preform (2) is produced, for example, in a preforming tool (10), the flat sheet metal (1) being placed in the open preforming tool (10) using suitable means that are not shown here, and in which the active surfaces (10.1, 10.2) of the Preforming tool (10) act on the sheet (1).
  • the excess sheet material (4) provided at least in certain areas in the sheet metal preform (2) during the production of the sheet metal preform (2) removes the excess sheet metal material (4) required for upsetting/calibrating, in particular in the base (2.1) of the sheet metal preform (2 ), for example in the form of introduced waves, embossing, bulging, arching, and/or in particular in the frames (2.2) and/or in the optional flanges (2.3) of the sheet metal preform (2), for example by lengthening the same, in the preforming tool ( 10) taken into account.
  • the production of the sheet metal preform (2) is not limited to a preforming tool (10), but can take place in two or more stages or preforming tools (not shown here), depending on the complexity of the sheet metal component (3) to be produced.
  • the design of the sheet metal preform (2) is characterized by flexibility and offers many possibilities for achieving a suitable sheet metal preform (2) due to geometric freedom.
  • This sheet metal preform (2) should be geometrically oriented as closely as possible to the final geometry of the sheet metal component (3).
  • the sheet metal preform (2) is removed from the preforming tool (10), which has springback and/or torsion as a result of an inhomogeneous state of stress introduced in the sheet metal preform (2).
  • compensation measures in the form of changed active surfaces (10.1, 10.2) compared to the active surfaces (20.1, 20.2) of the calibration tool (20) have been taken in order to obtain a sheet metal preform (2) that has the target geometry of the sheet metal component (3) comes as close as possible. Fluctuations in springback and/or torsion are measured in the calibration tool
  • the sheet metal preform (2) has, at least in some areas, a developed length in cross section (Q) which is between 0.5% and 6% longer in relation to the developed length of the sheet metal component (3).
  • the sheet metal preform (2) is removed from the preforming tool (10) and still has a deviation from its target geometry caused by various influencing variables.
  • the sheet metal preform (2) is placed in a calibration tool (20) which has a calibration stamp
  • the calibration tool (20) can comprise an element (23) which is arranged in the calibration die (22) and can be moved relative to the calibration die (22).
  • the sheet metal preform (2) that has been inserted is first fixed or securely clamped between the element (23) and the calibrating stamp (21).
  • the effective surfaces (20.1, 20.2) act on the sheet metal preform (2) and the excess sheet metal material (4) is compressed in the sheet metal plane (E) by means of compressive stress superimposition, so that the sheet metal preform (2) essentially becomes the Target geometry corresponding sheet metal component (3) is finish formed.
  • the superimposition of compressive stress or compression in the plane of the sheet metal (E) takes place via an effect on the excess material in the sheet metal preform (2) in the form of, for example, linear or wavy extended component cross-section segments with simultaneous blocking of the sheet metal preform via its edges in cross section (Q).
  • This is done, for example, by the barrier (21.1) in the calibration stamp (21).
  • slides can also be arranged in the calibration tool to block off the edges of the sheet metal preform.
  • the torsion angle difference (tdiff) thus corresponds to the angular increment of the difference angle between the main axes of inertia that are oriented in the same way in relation to the cross-sectional shape (A2, A3) of the effective surfaces (10.1, 10.2) of the preforming tool (10) of the sheet metal preform (2) to be produced in comparison to the effective surfaces (20.1, 20.2) of the calibration tool (20) of the sheet metal component (3) to be produced between the based on the main axes of inertia (A2, A3) of the active surfaces (10.1, 10.2) of the preforming tool (10) oriented in the same cross section in comparison to the active surfaces (20.1, 20.2) of the calibration tool (20) in two parallel cross sections (Ql .1, Ql .2, Q2.1, Q2.2) at a distance of 100 mm.
  • the cross sections (Ql .1, Q2.1) and (Ql .2, Q2.2) are, for example, congruent, ie they are each at the same point on the sheet metal preform (2) and on the sheet metal component (3) or in the preforming tool ( 10) and calibration tool (20).
  • the main axes of inertia (A2, A3) can be congruent, for example.
  • a sheet metal component (3) made of a steel material with a yield point of 440 MPa and a thickness of 1.5 mm was first methodically designed within the framework of an FE simulation and then implemented on the tool side.
  • High-strength and ultra-high-strength steel materials have shown in the past that the sheet metal preforms produced using the previous procedure deviate from the desired target geometry due to their tendency to strongly pronounced unwanted springback and/or torsion effects in such a way that neither a secure insertion in the calibration tool nor a satisfactory one calibration result can be achieved.
  • the difference between the sheet metal preform and the desired geometry relates in particular to an excessive torsion of the entire sheet metal preform (2') caused by springback.
  • reference number (2′) shows the sheet metal preform that would result if a sheet metal preform (2′) were produced conventionally from a high-strength steel material.
  • the torsion on the conventionally produced sheet metal preform is very pronounced compared to the end of the sheet metal component of the finished sheet metal component (3) and can no longer be sufficiently reduced in the subsequent processes or cannot be safely further processed.
  • the unwanted springback and/or torsion of the sheet metal preform (2) can be essentially compensated.
  • a counter-torsion to the conventionally produced alignment of the sheet metal preform (2 ') can be set and implemented on the tool side, so that in the Execution according to FIG. 2, a torsion angle difference (tdiff) of 5° is set in order to preform a sheet metal preform (2) which corresponds very closely to the target geometry.
  • tdiff torsion angle difference
  • a corresponding device (100) was implemented on the tool side and the sheet metal preform (2) could be finished into a sheet metal component (3) with high process reliability in the calibration tool (20).
  • the active surfaces (10.1, 10.2) of the preforming tool (10) compared to the active surfaces (20.1, 20.2) of the calibration tool (20) can be set up so that in the sheet metal preform (2) to be produced compared to the sheet metal component to be produced (3) a frame opening angle difference (zdiff) of at least 0.5° is set.
  • a frame opening angle difference (zdiff) of at least 0.5° is set.
  • this approach was also taken into account with a body opening angle difference (zdiff) of 5°, in particular to prevent an undercut in the preforming tool (10).
  • the invention is not limited to the embodiments shown.
  • Other sheet metal component shapes are also possible and require correspondingly adapted tool contours.
  • flangeless sheet metal components can also be manufactured with essentially reduced springback.
  • the tools (10, 20) can be designed as interchangeable tools and used in a production line, in particular in a press line, transfer press or progressive press.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung (100) zur Herstellung von im Wesentlichen rückfederungsreduzierten Blechbauteilen (3).

Description

Verfahren zur Herstellung von Blechbauteilen und Vorrichtung hierfür
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Blechbauteilen.
Technischer Hintergrund
Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von maßhaltigen Blechbauteilen sind im Stand der Technik offenbart, s. beispielsweise DE 10 2007 059 251 Al, DE 10 2008 037 612 Al, DE 10 2009 059 197 Al, DE 10 2013 103 612 Al, DE 10 2013 103 751 Al, wobei die Herstellung in mindestens zwei Stufen (Umformprozessen) durchgeführt wird. In der ersten Stufe wird eine insbesondere ebene Formplatine zu einer Vorform umgeformt. Die Vorform verfügt gegenüber der final zu erzeugenden Bauteilgeometrie über einen möglichst gleichmäßig verteilten Materialüberschuss. Dieser zusätzliche Materialüberschuss wird in der zweiten Stufe, dem sogenannten Kalibrieren, in Richtung der Blechebene gestaucht. Der inhomogene Spannungszustand der Vorform wird dabei neu ausgerichtet und damit die unerwünschte, chargenabhängige Rückfederung des Bauteils, die insbesondere bei höchstfesten Werkstoffen in Kombination mit geringen Blechdicken auftritt, größtenteils vermieden. Aus der DE 10 2018 210 174 Al ist ferner bekannt, ein hochmaßhaltiges flanschloses Blechbauteil herzustellen, indem aus einer Formplatine eine Vorform mit einem Öffnungswinkel der Zargen kleiner als 6° erzeugt wird, welche anschließend zu einem finalen Blechbauteil kalibriert wird.
Bei der Herstellung der Vorform müssen verschiedene Randbedingungen eingehalten werden. So dürfen sich die Längen der lokalen Querschnitts-Abwicklungen auch bei variierenden Einflussgrößen wie Reibung, den mechanischen Eigenschaften der eingesetzten Materialcharge und Werkzeugverschleiß nur in engen Grenzen verändern. Daher ist es erforderlich, das Vorformwerkzeug zumindest mit einem distanzierten, äußeren Blechhalter oder aber bevorzugt ganz ohne äußeren Blechhalter (so genanntes „Crash-Forming“ oder auch „Prägen/Abkanten“) auszulegen. Dadurch wird verhindert, dass die Formplatinen im Vorformwerkzeug abhängig von den oben genannten Einflussfaktoren im Verlauf der Produktion mehrerer Bauteile und beim Einsatz verschiedener Materialchargen mehr oder weniger gestreckt werden. Eine solche unkontrollierte Dehnung des Materials von Bauteil zu Bauteil würde dazu führen, dass die Verteilung des Materialüberschusses für das nachfolgende Kalibrieren u. U. den zulässig prozesssicher beherrschbaren Wertebereich verlässt. Bei der Herstellung der Vorform treten damit gegenüber einer konventionellen Fertigung durch Tiefziehen mit aktivem, äußeren Blechhalter insbesondere in den Zargen verringerte Zugkräfte auf. Durch die fehlende Überlagerung des Umformbereichs mit Zugspannungen federn derart hergestellte Vorformen mitunter so stark zurück, dass sie dem nachfolgenden Kalibrieren nicht oder nur eingeschränkt zugeführt werden können. Außerdem führen zu große Abweichungen zur Sollgeometrie dazu, dass auch nach dem Kalibrieren noch ungewollte Maßabweichungen im finalen Bauteil verbleiben können. Das gilt insbesondere für Deformationen am Bauteil wie Torsion, Biegung und/oder Krümmung, welche unter Umständen im Kalibrierprozess nicht ausreichend erfasst werden können, sodass auch an finalen, kalibrierten Bauteilen eine ungewollte Torsion und/oder Biegung verbleibt. Dieser Effekt tritt verstärkt bei höher-/höchstfesten Werkstoffen auf, insbesondere wenn das Streckgrenzenverhältnis Re/Rm große Werte annimmt.
Die bisherigen Konzepte sehen vor, eine Vorform zu erzeugen, welche im Wesentlichen der finalen Geometrie entspricht, wobei das Vorformwerkzeug mit seinen Wirkflächen im Wesentlichen an die Wirkflächen des Kalibrierwerkzeug ausgelegt wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung bereitzustellen, mit welchem bzw. welcher eine finale Bauteilgeometrie erzeugt werden kann, welche möglichst geringe bis keine Abweichung zur finalen Bauteilgeometrie (Sollgeometrie) aufweist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein gattungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine gattungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4.
Gemäß der Lehre des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verfahren zur Herstellung eines Blechbauteils mindestens zwei Schritte umfasst: Vorformen eines Blechs zu einer Blechvorform aufweisend im Querschnitt einen Boden, mindestens eine Zarge, mindestens einen Übergang zwischen Boden und Zarge, optional zumindest bereichsweise einen Flansch und optional zumindest bereichsweise einen Übergang zwischen Zarge und Flansch in einem Vorformwerkzeug, welches mit seinen Wirkflächen auf das Blech einwirkt, wobei die resultierende Blechvorform zumindest bereichsweise überschüssiges Blechmaterial aufweist; und Fertigformen der Blechvorform zu einem Blechbauteil in einem Kalibrierwerkzeug, welches mit seinen Wirkflächen auf die Blechvorform einwirkt und in welchem das überschüssige Blechmaterial im Wesentlichen in der Blechebene gestaucht wird, und damit insbesondere die Blechdicke zumindest bereichsweise zunimmt. Dazu sind die Wirkflächen des Vorformwerkzeugs der zu erzeugenden Blechvorform im Vergleich zu den Wirkflächen des Kalibrierwerkzeugs des zu erzeugenden Blechbauteils derart eingerichtet, dass beim Vergleich von Vorformwerkzeug und Kalibrierwerkzeug bei Betrachtung des Differenzwinkels zwischen den bezogen auf die jeweilige Querschnittsform beiden gleich orientierten Hauptträgheitsachsen durch die Schwerpunkte von zwei parallelen Querschnittflächen im Abstand von 100 mm des von den jeweiligen Wirkflächen eingeschlossenen Werkzeugspalts ein Torsionswinkelunterschied von mindestens 0,2° eingestellt wird.
Diese Methode ist im Stand der Technik als „klassische Kompensation der Rückfederung“ bekannt, jedoch zur Herstellung von finalen Bauteilgeometrien in einem einstufigen Umformprozess, vgl. beispielsweise EP 3 771 502 Al, sodass weitere Maßnahmen in Form eines weiteren Prozesses, dem Kalibrierprozess, nicht mehr erforderlich sind. Der erfindungsgemäße Prozess ist mindestens zweistufig in mindestens zwei Werkzeugen ausgelegt.
Es wurde festgestellt, dass eine finale Bauteilgeometrie erzeugt werden kann, welche möglichst geringe bis keine Abweichung zur finalen Bauteilgeometrie (Sollgeometrie) aufweist, insbesondere wenn bereits eine Blechvorform erzeugt wird, die auch schon möglichst geringe bis keine Abweichung zur finalen Bauteilgeometrie aufweist. Aus dem Stand der Technik ist allgemein bekannt, dass es grundsätzlich vorteilhaft ist, wenn die Blechvorformgeometrie derart hergestellt wird, dass sie der finalen Bauteilgeometrie, welche im Kalibrierwerkzeug eingestellt wird, möglichst gut entspricht. Insbesondere die rückfederungsbedingte Krümmung der Zargen sollte bereits in der Vorform im Rahmen der Möglichkeiten innerhalb des Verfahrens, welches beispielsweise durch eine verminderte Materialflusssteuerung geprägt ist, vermieden werden.
Durch den erfindungsgemäßen Ansatz wird eine Deformation (Torsion/Verdrehung und/oder Biegung) der rückgefederten Blechvorform gegenüber der finalen Bauteilgeometrie durch geeignete Gestaltung der Wirkflächen der Blechvorform vermieden, sodass je besser die rückgefederte Blechvorform dem finalen Blechbauteil entspricht, desto maßhaltiger das Ergebnis nach dem Kalibrieren ausfallen wird und desto einfacher die Prozessführung insbesondere im Kalibrierwerkzeug aber auch in eventuell weiteren vorgesehenen Folgeprozessen sein kann.
Der Torsionswinkelunterschied ist somit das Winkelinkrement beim Vergleich von Vorformwerkzeug und Kalibrierwerkzeug bei Betrachtung des Differenzwinkels zwischen den bezogen auf die jeweilige Querschnittsform gleich orientierten Hauptträgheitsachsen durch die Schwerpunkte von zwei parallelen Querschnittsflächen im Abstand von 100 mm des von den jeweiligen Wirkflächen eingeschlossenen Werkzeugspalts und beträgt mindestens 0,2°, insbesondere mindestens 0,5°, vorzugsweise mindestens 0,7°, bevorzugt mindestens 1°, weiter bevorzugt mindestens 2° und weiter bevorzugt mindestens 3°.
So ist die klassische Kompensation der Rückfederung strikt an geometrische Freiheiten gebunden, welche bereits in der Gestaltung der finalen Blechbauteilgeometrie berücksichtigt werden müssen. Unter anderem werden aus diesem Grund insbesondere Blechbauteile mit hutförmigen Querschnitten (Boden-Zargen-Flansche) mit einer so genannten Zargenöffnung versehen. Abhängig vom Zargenöffnungswinkel, der üblicherweise in einem Bereich von 3 bis 8° liegt, besteht dann die eingeschränkte Möglichkeit, die zu erwartende Rückfederung insbesondere der Zargen im Werkzeug in entgegengesetzter Richtung abzubilden. Dadurch sollen dann Blechbauteile hergestellt werden, die nach Rückfederung die erforderliche Maßhaltigkeit aufweisen. Der Zargenöffnungswinkel des finalen Blechbauteils bestimmt das maximale Maß einer möglichen Kompensation im Werkzeug, da nur Wirkflächen ohne Hinterschneidung in Arbeitsrichtung zur Anwendung kommen dürfen. Sollte der verfügbare Raum zur Kompensation nicht ausreichen, so ist die finale Blechbauteilgeometrie anzupassen oder aber im Nachgang eine beispielsweise mit guer zur Arbeitsrichtung der Presse wirkenden Elementen das betreffende Blechbauteil mit großem Aufwand nachzurichten. Diese Maßnahmen sind durch den erfindungsgemäßen Prozess somit hinfällig.
Kumulativ oder alternativ sind die Wirkflächen des Vorformwerkzeugs im Vergleich zu den Wirkflächen des Kalibrierwerkzeugs dazu eingerichtet, dass in der zu erzeugenden Blechvorform vor Rückfederung im Vergleich zu dem zu erzeugenden Blechbauteil zumindest bereichsweise eine Krümmung in Längserstreckung der Blechvorform vor Rückfederung eingestellt wird, die um mindestens 1%, insbesondere um mindestens 2%, vorzugsweise um mindestens 5%, bevorzugt um mindestens 7%, besonders bevorzugt um mindestens 9% von der veränderlichen Krümmung in Längserstreckung des zu erzeugenden Blechbauteils abweicht. Die veränderliche Krümmung eines Bauteils kann beschrieben werden als die Krümmung eines gedachten B-Spli- nes, der durch die Schwerpunkte der lokalen Querschnitte, also die Schnittpunkte der Querschnitts-Hauptachsen, definiert ist. Wenn entlang der Hauptachse in Längserstreckung des Bauteils, z. B. jeweils alle 50 mm einen Schnitt durch Blechbauteil und Blechvorform erstellt wird, jeweils der Schwerpunkt der Querschnittlinien bestimmt und anschließend diese Schnittpunkte mittels B-Spline verbunden werden, können so die Krümmungslinien von Blechbauteil und (kompensierter) Blechvorform vor Rückfederung, somit die Wirkflächen des insbesondere kompensierten Vorformwerkzeugs, erhalten werden. Weicht nun die Krümmung der (kompensierten) Blechvorform vor Rückfederung beispielsweise um mehr als 5% von der Krümmung des zu erzeugenden Blechbauteils an gleicher Stelle bzw. in gleichem Bereich ab, so gilt die Blechvorform als kompensiert in Bezug auf die Krümmung des Blechbauteils in Längserstreckung. 5% Abweichung - das bedeutet, dass aus einem Bauteil-Krümmungsradius von z. B. 500 mm (Krümmung = 1/R) in der (kompensierten) Blechvorform vor Rückfederung ein Krümmungsradius von 475 mm werden müsste.
Die Herstellung der Blechvorform kann dabei mittels beliebig kombinierbarer Formgebungsverfahren in einem oder mehreren Schritten hergestellt werden. Das Vorformen kann beispielsweise einen tiefziehartigen Formgebungsschritt umfassen. Insbesondere kann auch eine mehrstufige Formgebung, umfassend beispielsweise ein Prägen des zu erstellenden Bodens und Hochstellen der zu erstellenden Zargen bzw. Abstellen der zu erstellenden Flansche, erfolgen. Denkbar sind auch beliebige Kombinationen aus Abkanten und/oder Biegen und/oder (Ver-) Prägen. Das zum Vorformen beispielsweise durchgeführte Tiefziehen kann insbesondere einstufig oder mehrstufig ausgeführt werden. Vorzugsweise kann eine Umformung ohne aktive Materialflusssteuerung zur Herstellung der Blechvorform ausgeführt werden.
Unter dem Stauchen/Kalibrieren wird ein Fertigformen der Blechvorform verstanden, welches beispielsweise durch einen oder mehrere Pressvorgänge erreicht werden kann. In der erzeugten Blechvorform wird zumindest bereichsweise überschüssiges Blechmaterial vorgesehen. Das überschüssige Blechmaterial weist in der Blechvorform zumindest bereichsweise im Querschnitt eine abgewickelte Länge auf, welche zwischen 0,5% bis 6% länger ist in Bezug auf die abgewickelte Länge des fertiggeformten Blechbauteils (Sollgeometrie). Die abgewickelte Länge der so betrachteten Querschnitte der Blechvorform ist dabei insbesondere zwischen 0,7% bis 4,3% länger als die des fertiggeformten Blechbauteils. Sollte infolge der Prozessführung bei der Herstellung der Blechvorform die abgewickelte Länge der Querschnitte zu stark variieren, so würde bei einer zu kurzen abgewickelten Länge nicht genügend überschüssiges Blechmaterial für den nachfolgenden Kalibrierprozess bereitstehen, womit die Maßhaltigkeit des finalen Bauteils beeinträchtigt werden würde. Sollte die abgewickelte Länge des betrachteten Querschnitts der Blechvorform dagegen zu groß sein, so würde während des nachfolgenden Kalibrierprozesses das damit überdimensionierte Blechmaterial zu Wellen kollabieren, was einen optischen und/oder maßlichen Mangel bedeuten kann. Zusätzlich bestünde eine erhöhte Gefahr einer Werkzeugbeschädigung durch zu hohe Stauchkräfte oder überstehende, einge- guetschte Bauteilbereiche, wie zum Beispiel Blechkanten.
Das im Wesentlichen fertiggeformte Blechbauteil kann insofern als endgeformtes Blechbauteil verstanden werden. Allerdings ist es möglich, dass das fertiggeformte Blechbauteil noch weiteren, das Blechbauteil modifizierenden Verarbeitungsschritten unterzogen werden kann, wie etwa einem Einbringen von Anbindungslöchern und/oder einem geringen Final-Beschnitt. Allerdings wird angestrebt, die Kalibrierform derart zu gestalten, dass neben eventuell erforderlichen Nachform-Operationen wie dem Abstellen von Flanschen oder einem nachgelagerten Einbringen von Verprägungen keine weiteren Umformungsschritte mehr notwendig sind. Durch das Stauchen des zumindest bereichsweisen überschüssigen Blechmaterials in der Blechebene erfolgt eine Druckspannungsüberlagerung innerhalb des Blechmaterials und es wird eine Homogenisierung des inhomogenen Eigenspannungszustands erzeugt, mit welcher eine hohe Maßhaltigkeit des derart kalibrierten Blechbauteils eingestellt werden kann.
Die erzeugte Blechvorform wie auch das fertiggeformte Blechbauteil haben im Wesentlichen eine Längserstreckung und eine Quererstreckung, wobei bei den meisten Blechbauteilen die Längserstreckung von der Dimensionierung her größer ist als die Quererstreckung. So bedeutet Querschnitt einen Schnitt durch die Quererstreckung der Blechvorform/des Blechbauteils.
Unter Flansch ist mindestens auf einer Seite des Blechbauteils ein zumindest bereichsweise vorgesehener Flanschabschnitt in Längserstreckung und/oder Quererstreckung vorgesehen, insbesondere auf beiden Seiten des Blechbauteils, welcher beispielsweise zur Anbindung mit weiteren Bauteilen dient und auch als Fügeflansch bezeichnet wird. Die Zarge ist mindestens auf einer Seite des Blechbauteils in Längserstreckung vorgesehen, insbesondere auf beiden Seiten des Blechbauteils, wobei das Blechbauteil ein beispielsweise im Wesentlichen hutprofilartigen Querschnitt aufweist, mit jeweils einer Zarge auf beiden Seiten, wobei die Zargen identisch aber auch mit unterschiedlichen Tiefen, insbesondere im Verlauf ihrer Längserstreckung ausgeführt sein können. Zwischen Flansch und Zargen ist integral ein Übergangsbereich vorhanden. Der Boden ist integral mit der Zarge über einen weiteren Übergangsbereich ausgebildet und muss je nach Komplexität des zu erzeugenden Blechbauteils nicht auf eine Ebene be- schränkt sein, sondern kann in Längs- und/oder Quererstreckung auch bereichsweise auf unterschiedlichen Ebenen vorgesehen sein. Die Übergänge zwischen den einzelnen Ebenen im Bodenbereich können stufenweise oder geschwungen ausgeführt sein, insbesondere kann von einer sogenannten gekröpften Ausführung gesprochen werden. Das Blechbauteil kann auch andere als in Längserstreckung bzw. längsaxiale Formen aufweisen, beispielsweise kann es bogenförmig, C- oder L-förmig ausgebildet sein.
Im Gegensatz zu der klassischen Kompensation der Rückfederung und an die finale Bauteilgeometrie gebundenen Kompensation der Werkzeugwirkflächen besteht bei der Kompensation der Vorform die Möglichkeit, den Zargenöffnungswinkel der Blechvorform gegenüber der finalen Bauteilgeometrie zu vergrößern, um dadurch mehr Freiraum für erforderliche Kompensationsmaßnahmen ohne Hinterschnitt zu erreichen. Ein vergrößerter Zargenöffnungswinkel der Blechvorform lässt sich im Kalibrierwerkzeug problemlos verarbeiten, insbesondere wieder verkleinern, wenn nötig auf 0°, und hat dabei kaum Einfluss auf die Maßhaltigkeit der finalen Bauteilgeometrie. Dagegen lassen sich bei (auch lokaler) Anpassung der Zargenöffnung insbesondere für stark tordierte Blechvorformen sehr gute Ergebnisse im anschließenden Kalibrierwerkzeug erreichen. So können vorteilhaft gemäß einer Ausführung des Verfahrens die Wirkflächen des Vorformwerkzeugs im Vergleich zu den Wirkflächen des Kalibrierwerkzeugs dazu eingerichtet sein, dass in der zu erzeugenden Blechvorform im Vergleich zu dem zu erzeugenden Blechbauteil ein Zargenöffnungswinkelunterschied von mindestens 0,5°, insbesondere mindestens 1°, vorzugsweise mindestens 3°, bevorzugt mindestens 5°, besonders bevorzugt mindestens 8°, weiter bevorzugt mindestens 10° an gleicher Stelle eingestellt wird.
Der Zargenöffnungswinkel ist dabei der Winkel, um den die Bauteilzarge bezogen auf die Wirkrichtung des Pressenstößels um eine in Längsrichtung des Blechbauteils orientierte Achse im Übergangsbereich zwischen Zarge und Bauteilboden maximal nach innen rotiert werden kann, bevor sich eine Hinterschneidung im Werkzeug ergibt.
Der Zargenöffnungswinkelunterschied ist die Differenz des lokalen Zargenöffnungswinkels der Blechvorform, insbesondere der kompensierten Blechvorform bzw. des kompensierten Vorformwerkzeugs, und dem lokalen Zargenöffnungswinkel des Blechbauteils an gleicher Stelle respektive im selben Querschnitt. Insbesondere liegen somit die betrachteten Querschnitte respektive Querschnittsflächen der Blechvorform und des Blechbauteils in derselben Ebene. Gemäß einer Ausführung des Verfahrens wird ein Stahlblech mit einer Streckgrenze Re von mindestens 400 MPa verwendet. Je höher die Streckgrenze des Stahlblechs ist, umso ungünstiger fällt die Rückfederung und/oder Torsion der Blechvorform aus, sodass eine sichere Prozessführung im Kalibrierwerkzeug nicht mehr sichergestellt werden kann. Die Streckgrenze kann insbesondere mindestens 500 MPa, vorzugsweise mindestens 600 MPa, bevorzugt mindestens 700 MPa betragen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung gelöst, mit mindestens einem Vorformwerkzeug zum Vorformen eines Blechs zu einer Blechvorform aufweisend im Querschnitt einen Boden, mindestens eine Zarge, mindestens einen Übergang zwischen Boden und Zarge, optional zumindest bereichsweise einen Flansch und optional zumindest bereichsweise einen Übergang zwischen Zarge und Flansch, welches mit seinen Wirkflächen auf das Blech einwirkt, wobei die Blechvorform zumindest bereichsweise überschüssiges Blechmaterial aufweist; und mit mindestens einem Kalibrierwerkzeug zum Stauchen der Blechvorform zu einem Blechbauteil, welches mit seinen Wirkflächen auf die Blechvorform einwirkt und in welchem das überschüssige Blechmaterial in der Blechebene gestaucht wird, wobei die Wirkflächen des Vorformwerkzeugs der zu erzeugenden Blechvorform im Vergleich zu den Wirkflächen des Kalibrierwerkzeugs des zu erzeugenden Blechbauteils derart eingerichtet sind, dass beim Vergleich von Vorformwerkzeug und Kalibrierwerkzeug bei Betrachtung des Differenzwinkels zwischen den bezogen auf die jeweilige Querschnittsform beiden gleich orientierten Hauptträgheitsachsen durch die Schwerpunkte von zwei parallelen Querschnittflächen im Abstand von 100 mm des von den jeweiligen Wirkflächen eingeschlossenen Werkzeugspalts ein Torsionswinkelunterschied von mindestens 0,2° eingestellt ist, oder die Wirkflächen des Vorformwerkzeugs im Vergleich zu den Wirkflächen des Kalibrierwerkzeugs dazu eingerichtet sind, dass in der zu erzeugenden Blechvorform vor Rückfederung im Vergleich zu dem zu erzeugenden Blechbauteil zumindest bereichsweise eine Krümmung in Längserstreckung der Blechvorform vor Rückfederung eingestellt wird, die um mindestens 1% von der veränderlichen Krümmung in Längserstreckung des zu erzeugenden Blechbauteils abweicht.
Die Wirkflächen des Vorformwerkzeugs sind derart angepasst worden, dass die zu erwartenden Abweichungen der Blechvorform zur Sollgeometrie des Blechbauteils vorab in entgegengesetzter Richtung abgebildet werden. Insbesondere mit Hilfe einer FE-Simulation kann vorhergesagt werden, dass sich eine rückgefederte Blechvorform um X° um die Hauptachse in Längserstreckung deformiert (in sich selbst verdreht/tordiert), sodass die Wirkflächen des Vorformwerkzeugs korrigiert und derart angepasst werden, dass die Blechvorform vorab in entgegengesetz- ter Richtung um einen in etwa adäquaten Betrag gewollt tordiert wird. Dadurch wird erreicht, dass die rückgefederte Blechvorform nach Entlastung im Wesentlichen der erforderlichen Sollgeometrie des zu erzeugenden Blechbauteils entspricht und die so hergestellten Blechvorformen sicher in das Kalibrierwerkzeug eingelegt sowie das Kalibrierergebnis verbessert werden können.
Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren hingewiesen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Wirkflächen des Vorformwerkzeugs im Vergleich zu den Wirkflächen des Kalibrierwerkzeugs derart eingerichtet, dass in der zu erzeugenden Blechvorform im Vergleich zu dem zu erzeugenden Blechbauteil ein Zargenöffnungswinkel- unterschied von mindestens 0,5° an gleicher Stelle eingestellt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung ein Kalibrierwerkzeug mit einem Kalibrierstempel, einem Kalibriergesenk und einem Element oder optional mehrere Elemente, wobei das Element im Kalibriergesenk angeordnet und relativ zum Kalibriergesenk bewegbar ist. Die Kontur des Kalibrierstempels und des Kalibriergesenks entspricht im Wesentlichen dem Boden, der Zarge und dem optionalen Flansch sowie der Übergangsbereiche zwischen Boden und Zarge und optional Zarge und Flansch der Sollgeometrie des Blechbauteils. Das Element, welches im Kalibriergesenk angeordnet ist, dient als dabei zum Positionieren der Blechvorform vor dem Stauchen/Kalibrieren der Blechvorform auf dem Kalibrierstempel. Alternativ kann das Kalibrierwerkzeug einen Kalibrierstempel, ein Kalibriergesenk und ein Element oder optional mehrere Elemente umfassen, wobei das Element im Kalibrierstempel angeordnet ist und relativ zum Kalibrierstempel bewegbar ist.
Ist beispielsweise ein finales Blechbauteil mit einem in Pressenlage nach unten geöffneten Profi zu erzeugen, sind der Kalibrierstempel unten und das Kalibriergesenk oben in dem Kalibrierwerkzeug angeordnet und relativ zueinander bewegbar. Das Element ist im Kalibriergesenk angeordnet, bewegt sich insbesondere per Stößelhub, also zusammen mit dem Kalibriergesenk in Richtung Kalibrierstempel, drückt dabei die Blechvorform nach unten und positioniert sie kraftschlüssig beispielsweise per Feder, Keiltreiber, Hydraulik oder Pneumatik auf dem Kalibrierstempel. Im Zuge des weiteren Stößelhubs kommt es zu einer Relativbewegung zwischen Kalibiergesenk und Element, bis das Element schließlich im unteren Totpunkt bündig im Kalibriergesenk eingefahren ist. Ist alternativ ein finales Blechbauteil mit einem in Pressenlage nach oben geöffneten Profi zu erzeugen, sind der Kalibrierstempel oben und das Kalibriergesenk unten in dem Kalibrierwerkzeug angeordnet und relativ zueinander bewegbar. Das Element ist im Kalibrierstempel angeordnet, bewegt sich insbesondere per Stößelhub, also zusammen mit dem Kalibrierstempel in Richtung Kalibriergesenk, drückt dabei die Blechvorform nach unten und positioniert sie kraftschlüssig beispielsweise per Feder, Keiltreiber, Hydraulik oder Pneumatik in dem Kalibriergesenk. Im Zuge des weiteren Stößelhubs kommt es zu einer Relativbewegung zwischen Kalibierstempel und Element, bis das Element schließlich im unteren Totpunkt bündig im Kalibrierstempel eingefahren ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das im Kalibriergesenk angeordnete Element oder optional mehrere Elemente zum Beispiel über den Stößelhub und/oder zusätzliche Steuereinheiten, die zum Beispiel mittels Federn, Keiltreibern, Hydraulik oder Pneumatik angetrieben sein können, derart gesteuert bewegt, dass sich während des Schließens des Kalibrierwerkzeugs ein definierter Abstand zwischen Element und Kalibrierstempel ergibt, welcher nicht unterschritten wird, bis das Element vollständig bündig im Kalibriergesenk eingefahren ist. Dieser definierte Abstand ist vorzugsweise so gewählt, dass während des Schließens des Kalibriergesenks im Bereich des Elements keine unzulässig große Kraft auf das zu kalibrierende Blechbauteil wirkt und zum Beispiel die Oberfläche des fertig geformten Bauteils durch das Element nicht unzulässig beschädigt wird und/ oder der Kalibrierprozess nicht unzulässig behindert wird und/ oder der beispielsweise im Boden eingebrachte Materialüberschuss unzulässig deformiert wird. Ist das Element während des Stößelhubs bündig in das Kalibriergesenk eingefahren, kann so keine weitere Relativbewegung zwischen Element und Kalibriergesenk erfolgen, womit das Element zusammen mit dem Kalibriergesenk eine geschlossene Wirkfläche ohne Absatz bilden. Insbesondere schließt das Element während des Schließens vor dem Erreichen der unteren Endposition im Wesentlichen bündig mit der Wirkfläche des Kalibriergesenks ab.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung ein Kalibrierwerkzeug mit einem auf dem Pressentisch angebrachten Kalibrierstempel, einem am Pressenstößel angebrachten Kalibriergesenk und einem vorstehenden Element oder optional mehreren vorstehenden Elementen, wobei das vorstehende Element im Kalibrierstempel angeordnet und relativ zum Kalibrierstempel bewegbar ist. Die Kontur des Kalibrierstempels und des Kalibriergesenks entspricht im Wesentlichen dem Boden, der Zarge und dem optionalen Flansch sowie der Übergangsbereiche zwischen Boden und Zarge und optional zwischen Zarge und Flansch der Sollgeometrie des Blechbauteils. Das vorstehende Element, welches im Kalibrierstempel angeordnet ist, dient dabei zum Positionieren der Blechvorform vor dem Stauchen/Kalibrieren der Blechvorform auf dem Kalibrierstempel in einer vordefinierten Höhenlage. Das vorstehende Element kann beispielsweise bis zu 30 mm, insbesondere bis zu 15 mm oder vorzugsweise bis zu 5 mm aus dem Kalibrierstempel hervorstehen, jedoch > 0 mm. Eine Positionierung in einer definierten Höhenlage kann sich vorteilhaft auf die Lage der Blechvorform beim Schließen des Kalibrierwerkzeugs auswirken und zum Beispiel in Einklemmen der Blechvorform zwischen beweglichen Teilen des Kalibriergesenks wie zum Beispiel bei einem Vorsehen von seitlichen Schiebern verhindern. Alternativ kann das Kalibrierwerkzeug einen Kalibrierstempel, ein Kalibriergesenk und ein vorstehendes Element oder optional mehrere vorstehende Elemente umfassen, wobei das vorstehende Element im Kalibriergesenk angeordnet ist und relativ zum Kalibriergesenk bewegbar ist.
Ist beispielsweise das Blechbauteil als ein in Pressenlage nach unten geöffnetes Profil zu erzeugen, sind der Kalibrierstempel unten und das Kalibriergesenk oben in dem Kalibrierwerkzeug angeordnet und relativ zueinander bewegbar. Das Element ist vorstehend im Kalibrierstempel angeordnet und positioniert die eingelegte Blechvorform in einer definierten Höhenlage kraftschlüssig zum Beispiel mittels Federn, Keiltreibern, Hydraulik oder Pneumatik über dem Kalibrierstempel. Beim Schließen des oberhalb vom Kalibrierstempel angeordneten Kalibriergesenks im Zuge des fortschreitenden Stößelhubs kommt es zu einer Relativbewegung zwischen Kalibierstempel und Element, bis das Element schließlich im unteren Totpunkt bündig im Kalibrierstempel eingefahren ist. Das vormals vorstehende Element ist vorzugsweise in seiner untersten Lage derart im Kalibrierstempel angeordnet, dass sich eine geschlossene Wirkfläche ohne Absatz ergibt und Element und Kalibrierstempel im Wesentlichen der Geometrie des zu erzeigenden Blechbauteils entspricht.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das mittels Feder, Hydraulik oder Pneumatik im Kalibrierstempel angeordnete, über die Wirkfläche des Kalibrierstempels vorstehende Element zum Beispiel über den Stößelhub oder andere Steuereinheiten, die zum Beispiel mittels Federn, Keiltreibern, Hydraulik oder Pneumatik angetrieben sein können, derart gesteuert bewegt werden, dass das vorstehende Element bereits vor dem Erreichen des Unteren Totpunkts des Pressenhubs vorzugsweise bündig im Kalibrierstempel versenkt ist. Dadurch kann erreicht werden, dass während des eigentlichen Kalibrierprozesses die Oberfläche des fertig geformten Blechbauteils durch das vorstehende Element nicht unzulässig be- schädigt wird und/ oder der Kalibrierprozess nicht unzulässig behindert wird und/ oder der beispielsweise im Boden eingebrachte Materialüberschuss unzulässig deformiert wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden das vorstehende Element oder optional die vorstehenden Elemente im Kalibrierstempel mit einem voreilenden oder optional mehreren voreilenden Elementen im Kalibriergesenk kombiniert.
Die Anordnung von einem vorstehenden Element oder optional vorstehenden Elementen kann sinngemäß für ein in Pressenlage nach oben geöffnetes Blechbauteil auch im Kalibriergesenk erfolgen. Die Kombination von einem vorstehenden Element oder optional mehreren vorstehenden Elementen im Kalibriergesenk kann sinngemäß mit einem voreilenden Element oder optional mit mehreren voreilenden Elementen im Kalibrierstempel erfolgen.
Gemäß einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Vorrichtung in einer Pressenlinie oder Trans- fer-Presse integriert. Insbesondere bei der Herstellung von Massenprodukten, beispielsweise für Produkte in der Fahrzeugindustrie, werden Produkte wie Blechbauteile insbesondere wirtschaftlich in Pressenlinien oder Transfer-Pressen hergestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in Form von Wechseleinsätzen, die mindestens ein Vorformwerkzeug und mindestens ein Kalibrierwerkzeug vorsehen, wirtschaftlich in bestehende Fertigungsstraßen eingesetzt werden. Auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Folgeverbund-Pressen ist denkbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine Abfolge zur Herstellung eines Blechbauteils gemäß einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung, und
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Simulation einer Blechvorform und eines daraus resultierenden Blechbauteils. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen (Best Mode for Carrying out the Invention)
In Figur 1 ist schematisch in einer Schnittdarstellung eine Abfolge einer Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens respektive einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (100) gezeigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Blechbauteils (3) umfasst mindestens zwei Schritte. Zum einen umfasst das Verfahren ein Vorformen eines Blechs (1) zu einer Blechvorform (2) aufweisend im Querschnitt (Q, Ql.l, Ql.2) einen Boden (2.1), mindestens eine Zarge (2.2), mindestens einen Übergang (2.4) zwischen Boden (2.1) und Zarge (2.2), optional zumindest bereichsweise einen Flansch (2.3) und optional zumindest bereichsweise einen Übergang (2.5) zwischen Zarge (2.2) und Flansch (2.3) in einem Vorformwerkzeug (10), welches mit seinen Wirkflächen (10.1, 10.2) auf das Blech (1) einwirkt, wobei die Blechvorform (2) zumindest bereichsweise überschüssiges Blechmaterial (4) aufweist. Zum anderen umfasst das Verfahren ein Fertigformen der Blechvorform (2) zu einem Blechbauteil (3) in einem Kalibrierwerkzeug (20), welches mit seinen Wirkflächen (20.1, 20.2) auf die Blechvorform (2) einwirkt und in welchem das überschüssige Blechmaterial (4) in der Blechebene (E) gestaucht wird.
Die gezeigten Schnittdarstellungen des Vorformwerkzeugs (10) und Kalibrierwerkzeugs (20) beziehen sich in diesem Beispiel auf einen Schnitt im Bereich eines Blechvorformendes respektive Blechbauteilendes. Die Wirkflächen (10.1, 10.2) des Vorformwerkzeugs (10) der zu erzeugenden Blechvorform (2) sind im Vergleich zu den Wirkflächen (20.1, 20.2) des Kalibrierwerkzeugs (20) des zu erzeugenden Blechbauteils (3) derart eingerichtet, dass beim Vergleich von Vorformwerkzeug (10) und Kalibrierwerkzeug (20) bei Betrachtung des Differenzwinkels zwischen den bezogen auf die jeweilige Querschnittsform beiden gleich orientierten Hauptträgheitsachsen (A2, A3) durch die Schwerpunkte von zwei parallelen Querschnittflächen (Ql .l, Ql .2, Q2.1, Q2.2) im Abstand von 100 mm ein Torsionswinkelunterschied (tdiff) von mindestens 0,2° eingestellt wird.
Kumulativ oder alternativ (hier nicht dargestellt) können die Wirkflächen (10.1, 10.2) des Vorformwerkzeugs (10) im Vergleich zu den Wirkflächen (20.1, 20.2) des Kalibrierwerkzeugs (20) dazu eingerichtet sein, dass in der zu erzeugenden Blechvorform (2) im Vergleich zu dem zu erzeugenden Blechbauteil (3) zumindest bereichsweise eine Krümmung in Längserstreckung der Blechvorform (2) eingestellt wird, die um mindestens 1% von der Krümmung in Längserstreckung des zu erzeugenden Blechbauteils (3) abweicht. Des Weiteren können die Wirkflächen (10.1, 10.2) des Vorformwerkzeugs (10) im Vergleich zu den Wirkflächen (20.1, 20.2) des Kalibrierwerkzeugs (20) dazu eingerichtet sein, dass in der zu erzeugenden Blechvorform (2) im Vergleich zu dem zu erzeugenden Blechbauteil (3) ein Zar- genöffnungswinkelunterschied (zdiff) von mindestens 0,5° an der gleichen Stelle eingestellt wird.
Ein ebenes Blech (1) wird beispielsweise als definierter Zuschnitt oder Formplatine aus einem nicht dargestellten MetallbundAcoil abgewickelt und abgelängt, und dem weiteren Verfahren zur Verfügung gestellt. Bevorzugt ist das Blech (1) aus einem Stahlwerkstoff hergestellt, vorzugsweise aus einem höherfesten Stahlwerkstoff, beispielsweise mit einer Materialdicke zwischen 0,5 und 4 mm. Alternativ können auch Aluminiumwerkstoffe oder andere Metalle verwendet werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Blech (1) mit gängigen Verfahren zuerst derart vorgeformt wird, dass die Geometrie der Blechvorform (2) mit einem überschüssigen Blechmaterial (4) für den weiteren Prozess bereitgestellt wird. Die Blechvorform (2) kann beispielsweise mittels Crash-Forming oder alternativ mittels Tiefziehen mit distanziertem Blechhalter oder alternativ mittels Tiefziehen vorgeformt werden. Die Blechvorform (2) wird beispielsweise in einem Vorformwerkzeug (10) hergestellt, wobei das ebene Blech (1) in das geöffnete Vorformwerkzeug (10) mit geeigneten und hier nicht dargestellten Mitteln eingelegt wird, und in welchem die Wirkflächen (10.1, 10.2) des Vorformwerkzeugs (10) auf das Blech (1) einwirken. Durch das in der Blechvorform (2) zumindest bereichsweise bereitgestellte überschüssige Blechmaterial (4) während der Herstellung der Blechvorform (2) wird das für das Stauchen/Kali- brieren notwendige überschüssige Blechmaterial (4), insbesondere im Boden (2.1) der Blechvorform (2), beispielsweise in Form von eingebrachten Wellen, Verprägungen, Ausbauchungen, Wölbungen, und/oder insbesondere in den Zargen (2.2) und/oder in den optionalen Flanschen (2.3) der Blechvorform (2), beispielsweise durch Verlängerung selbiger, in dem Vorformwerkzeug (10) berücksichtigt. Die Herstellung der Blechvorform (2) ist nicht auf ein Vorformwerkzeug (10) beschränkt, sondern kann je nach Komplexität des zu erzeugenden Blechbauteils (3) in zwei oder mehreren Stufen respektive Vorformwerkzeugen erfolgen (hier nicht dargestellt). Die Gestaltung der Blechvorform (2) ist von einer Flexibilität geprägt und bietet durch geometrische Freiheiten viele Möglichkeiten zur Erreichung einer geeigneten Blechvorform (2). Diese Blechvorform (2) sollte geometrisch möglichst nah an der Endgeometrie des Blechbauteils (3) orientiert sein. Nach dem Vorformen wird die Blechvorform (2) aus dem Vorformwerkzeug (10) entnommen, welche eine Rückfederung und/oder Torsion infolge eines inhomogenen, eingebrachten Spannungszustandes in der Blechvorform (2) aufweist. Bei der Gestaltung des Vorformwerkzeugs (10) sind Kompensationsmaßnahmen in Form von geänderten Wirkflächen (10.1, 10.2) im Vergleich zu den Wirkflächen (20.1, 20.2) des Kalibrierwerkzeugs (20) getroffen worden, um eine Blechvorform (2) zu erhalten, die der Sollgeometrie des Blechbauteils (3) möglichst nahekommt. Schwankungen in der Rückfederung und/oder Torsion werden im Kalibrierwerkzeug
(20) ausgeglichen, so dass hier keine aufwändigen Korrekturschleifen erforderlich sind. Gleiches gilt für Schwankungen, die sich aus Chargenwechsel und/oder Abnutzung der Vorformwerkzeuge und/oder den tribologischen Eigenschaften von Werkzeugen und Material ergeben können. Die Blechvorform (2) weist zumindest bereichsweise im Querschnitt (Q) eine abgewickelte Länge auf, welche zwischen 0,5% bis 6% länger ist in Bezug auf die abgewickelte Länge des Blechbauteils (3).
Die Blechvorform (2) wird aus dem Vorformwerkzeug (10) entnommen und weist immer noch eine von diversen Einflussgrößen verursachte Abweichung von ihrer Sollgeometrie auf. Die Blechvorform (2) wird in ein Kalibrierwerkzeug (20) eingelegt, welches einen Kalibrierstempel
(21) und ein Kalibriergesenk (22) umfasst. Des Weiteren kann das Kalibrierwerkzeug (20) ein Element (23) umfassen, welches im Kalibriergesenk (22) angeordnet und relativ zum Kalibriergesenk (22) bewegbar ist. Vor dem Schließen des Kalibrierwerkzeugs (20) wird zunächst die eingelegte Blechvorform (2) zwischen Element (23) und Kalibrierstempel (21) fixiert bzw. positionssicher geklemmt. Im Zuge des Schließens wirken die Wirkflächen (20. 1, 20.2) auf die Blechvorform (2) und mittels Druckspannungsüberlagerung wird das überschüssige Blechmaterial (4) in der Blechebene (E) gestaucht, so dass die Blechvorform (2) zu einem im Wesentlichen der Sollgeometrie entsprechenden Blechbauteil (3) fertiggeformt wird. Die Druckspannungsüberlagerung respektive das Stauchen in der Blechebene (E) erfolgt über ein Einwirken auf das überschüssige Material in der Blechvorform (2) in Form beispielsweise von geradlinig oder wellenförmig verlängerten Bauteilguerschnittsegmenten bei gleichzeitiger Sperrung der Blechvorform über deren Kanten im Querschnitt (Q). Dies geschieht beispielsweise durch die Absperrung (21.1) im Kalibrierstempel (21). Insbesondere können auch nicht dargestellte Schieber zur Absperrung der Kanten der Blechvorform im Kalibrierwerkzeug angeordnet sein.
Der Torsionswinkelunterschied (tdiff) entspricht somit dem Winkelinkrement des Differenzwinkels zwischen den bezogen auf die Querschnittsform gleich orientierten Hauptträgheitsachsen (A2, A3) der Wirkflächen (10.1, 10.2) des Vorformwerkzeugs (10) der zu erzeugenden Blechvorform (2) im Vergleich zu den Wirkflächen (20.1, 20.2) des Kalibrierwerkzeugs (20) des zu erzeugenden Blechbauteils (3) zwischen den bezogen auf den Querschnitt gleich orientierten Hauptträgheitsachsen (A2, A3) der Wirkflächen (10.1, 10.2) des Vorformwerkzeugs (10) im Vergleich zu den Wirkflächen (20.1, 20.2) des Kalibrierwerkzeugs (20) in zwei parallelen Querschnitten (Ql .1, Ql .2, Q2.1, Q2.2) im Abstand von 100 mm. Die Querschnitte (Ql .1, Q2.1) und (Ql .2, Q2.2) sind beispielsweise deckungsgleich, d. h. sie werden jeweils an der gleichen Stelle an der Blechvorform (2) und an dem Blechbauteil (3) respektive im Vorformwerkzeug (10) und Kalibrierwerkzeug (20) festgelegt. Die Hauptträgheitsachsen (A2, A3) können beispielsweise deckungsgleich sein.
Ein Blechbauteil (3) aus einem Stahlwerkstoff mit einer Streckgrenze von 440 MPa und einer Dicke von 1,5 mm wurde zunächst methodisch im Rahmen einer FE-Simulation ausgelegt und anschließend werkzeugseitig umgesetzt. Höher- und höchstfeste Stahlwerkstoffe haben in der Vergangenheit gezeigt, dass die mittels der bisherigen Vorgehensweise erzeugten Blechvorformen aufgrund ihrer Neigung zu stark ausgeprägten ungewollten Rückfederungs- und/oder Torsionseffekten von der gewünschten Sollgeometrie derart abweichen, dass weder eine sichere Einlage in das Kalibrierwerkzeug noch ein befriedigendes Kalibrierergebnis erreicht werden können. Der Unterschied zwischen Blechvorform und Sollgeometrie betrifft dabei insbesondere eine zu große, rückfederungsbedingte Torsion der gesamten Blechvorform (2‘). In Figur 2 ist mit dem Bezugszeichen (2‘) die Blechvorform gezeigt, die sich einstellen würde, wenn konventionell eine Blechvorform (2‘) aus einem höherfesten Stahlwerkstoff erzeugt werden würde. Am Blechvorform-Ende ist die Torsion an der konventionell hergestellten Blechvorform im Vergleich zu dem Blechbauteil-Ende des fertiggeformten Blechbauteils (3) sehr stark ausgeprägt und kann in den Folgeprozessen nicht mehr ausreichend reduziert bzw. nicht sicher weiterverarbeitet werden. Durch die Ausgestaltung der Wirkflächen (10.1, 10.2) des Vorformwerkzeugs (10) der zu erzeugenden Blechvorform (2) im Vergleich zu den Wirkflächen (20.1, 20.2) des Kalibrierwerkzeugs (20) des zu erzeugenden Blechbauteils (3) mit einem zwischen den bezogen auf den Querschnitt gleich orientierten Hauptträgheitsachsen (A2, A3) der Wirkflächen (10.1, 10.2) des Vorformwerkzeugs (10) im Vergleich zu den Wirkflächen (20.1, 20.2) des Kalibrierwerkzeugs (20) in zwei parallelen Querschnitten (Ql .1, Ql .2, Q2.1, Q2.2) im Abstand von 100 mm eingestellten Torsionswinkelunterschied (tdiff) von mindestens 0,2° kann die ungewollte Rückfederung und/oder Torsion der Blechvorform (2) im Wesentlichen kompensiert werden. So kann beispielweise eine Gegentorsion zu der sich im Zuge der konventionell hergestellten Ausrichtung der Blechvorform (2‘) eingestellt und werkzeugseitig umgesetzt werden, so dass in der Ausführung gemäß Figur 2 ein Torsionswinkelunterschied (tdiff) von 5° eingestellt wird, um eine Blechvorform (2) vorzuformen, welche schon sehr nah der Sollgeometrie entspricht. Basierend auf FE-Simulationen wurde eine entsprechende Vorrichtung (100) werkzeugseitig umgesetzt und im Kalibrierwerkzeug (20) konnte die Blechvorform (2) zu einem Blechbauteil (3) mit hoher Prozesssicherheit fertiggeformt werden. Zusätzlich können auch die Wirkflächen (10.1, 10.2) des Vorformwerkzeugs (10) im Vergleich zu den Wirkflächen (20.1, 20.2) des Kalibrierwerkzeugs (20) dazu eingerichtet sein, dass in der zu erzeugenden Blechvorform (2) im Vergleich zu dem zu erzeugenden Blechbauteil (3) ein Zargenöffnungswinkelunterschied (zdiff) von mindestens 0,5° eingestellt wird. In Figur 2 wurde dieser Ansatz ebenfalls mit einem Zargenöff- nungswinkelunterschied (zdiff) von 5° berücksichtigt, insbesondere um eine Hinterschneidung im Vorformwerkzeug (10) zu verhindern.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungen eingeschränkt. Andere Blechbauteilformen sind ebenfalls möglich und benötigen entsprechend angepasste Werkzeugkonturen. Ne- ben flanschbehafteten Blechbauteilen können auch flanschlose Blechbauteile im Wesentlichen rückfederungsreduziert hergestellt werden. Insbesondere können die Werkzeuge (10, 20) als Wechselwerkzeuge ausgeführt sein und in einer Fertigungsstraße, insbesondere in einer Pressenlinie, Transfer-Presse oder Folgeverbund-Presse, eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Blechbauteils (3), wobei das Verfahren mindestens zwei Schritte umfasst:
- Vorformen eines Blechs (1) zu einer Blechvorform (2) aufweisend im Querschnitt (Q) einen Boden (2.1), mindestens eine Zarge (2.2), mindestens einen Übergang (2.4) zwischen Boden (2.1) und Zarge (2.2), optional zumindest bereichsweise einen Flansch (2.3) und optional zumindest bereichsweise einen Übergang (2.5) zwischen Zarge (2.2) und Flansch (2.3) in einem Vorformwerkzeug (10), welches mit seinen Wirkflächen (10.1, 10.2) auf das Blech (1) einwirkt, wobei die Blechvorform (2) zumindest bereichsweise überschüssiges Blechmaterial (4) aufweist; und
- Fertigformen der Blechvorform (2) zu einem Blechbauteil (3) in einem Kalibrierwerkzeug (20), welches mit seinen Wirkflächen (20.1, 20.2) auf die Blechvorform (2) einwirkt und in welchem das überschüssige Blechmaterial (4) in der Blechebene (E) gestaucht wird; dadurch gekennzeichnet, dass
- die Wirkflächen (10.1, 10.2) des Vorformwerkzeugs (10) der zu erzeugenden Blechvorform (2) im Vergleich zu den Wirkflächen (20.1, 20.2) des Kalibrierwerkzeugs (20) des zu erzeugenden Blechbauteils (3) derart eingerichtet sind, dass beim Vergleich von Vorformwerkzeug (10) und Kalibrierwerkzeug (20) bei Betrachtung des Differenzwinkels zwischen den bezogen auf die jeweilige Querschnittsform beiden gleich orientierten Hauptträgheitsachsen (A2, A3) durch die Schwerpunkte von zwei parallelen Querschnittflächen (Ql .1, Ql .2, Q2.1, Q2.2) im Abstand von 100 mm des von den jeweiligen Wirkflächen (10.1, 10.2, 20.1, 20.2) eingeschlossenen Werkzeugspalts ein Torsionswinkelunterschied (tdiff) von mindestens 0,2° eingestellt wird; und/oder
- die Wirkflächen (10.1, 10.2) des Vorformwerkzeugs (10) im Vergleich zu den Wirkflächen (20.1, 20.2) des Kalibrierwerkzeugs (20) dazu eingerichtet sind, dass in der zu erzeugenden Blechvorform (2) im Vergleich zu dem zu erzeugenden Blechbauteil (3) zumindest bereichsweise eine Krümmung in Längserstreckung der Blechvorform (2) eingestellt wird, die um mindestens 1% von der Krümmung in Längserstreckung des zu erzeugenden Blechbauteils (3) abweicht. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Wirkflächen (10.1, 10.2) des Vorformwerkzeugs (10) im Vergleich zu den Wirkflächen (20.1, 20.2) des Kalibrierwerkzeugs (20) dazu eingerichtet sind, dass in der zu erzeugenden Blechvorform (2) im Vergleich zu dem zu erzeugenden Blechbauteil (3) ein Zargenöffnungswinkelunterschied (zdiff) von mindestens 0,5° an gleicher Stelle eingestellt wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Stahlblech mit einer Streckgrenze Re von mindestens 400 MPa verwendet wird. Vorrichtung (100) zur Herstellung eines Blechbauteils (3), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit mindestens einem Vorformwerkzeug (10) zum Vorformen eines Blechs (1) zu einer Blechvorform (2) aufweisend im Querschnitt (Q) einen Boden (2.1), mindestens eine Zarge (2.2), mindestens einen Übergang (2.4) zwischen Boden (2.1) und Zarge (2.2), optional zumindest bereichsweise einen Flansch (2.3) und optional zumindest bereichsweise einen Übergang (2.5) zwischen Zarge (2.2) und Flansch (2.3), welches mit seinen Wirkflächen (10.1, 10.2) auf das Blech (1) einwirkt, wobei die Blechvorform (2) zumindest bereichsweise überschüssiges Blechmaterial (4) aufweist; und mit mindestens einem Kalibrierwerkzeug (20) zum Stauchen der Blechvorform (2) zu einem fertiggeformten Blechbauteil (3), welches mit seinen Wirkflächen (20.1, 20.2) auf die Blechvorform (2) einwirkt und in welchem das überschüssige Blechmaterial (4) in der Blechebene (E) gestaucht wird; dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkflächen (10.1, 10.2) des Vorformwerkzeugs (10) der zu erzeugenden Blechvorform (2) im Vergleich zu den Wirkflächen (20.1, 20.2) des Kalibrierwerkzeugs (20) des zu erzeugenden Blechbauteils (3) derart eingerichtet sind, dass beim Vergleich von Vorformwerkzeug (10) und Kalibrierwerkzeug (20) bei Betrachtung des Differenzwinkels zwischen den bezogen auf die jeweilige Querschnittsform beiden gleich orientierten Hauptträgheitsachsen (A2, A3) durch die Schwerpunkte von zwei parallelen Querschnittflächen (Ql .1, Ql .2, Q2.1, Q2.2) im Abstand von 100 mm des von den jeweiligen Wirkflächen (10.1, 10.2, 20.1, 20.2) eingeschlossenen Werkzeugspalts ein Torsionswinkelunterschied (tdiff) von mindestens 0,2° eingestellt ist; und/oder die Wirkflächen (10.1, 10.2) des Vorformwerkzeugs (10) im Vergleich zu den Wirkflächen (20.1, 20.2) des Kalibrierwerkzeugs (20) dazu eingerichtet sind, dass in der zu er- zeugenden Blechvorform (2) im Vergleich zu dem zu erzeugenden Blechbauteil (3) zumindest bereichsweise eine Krümmung in Längserstreckung der Blechvorform (2) eingestellt wird, die um mindestens 1% von der Krümmung in Längserstreckung des zu erzeugenden Blechbauteils (3) abweicht. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Wirkflächen des Vorformwerkzeugs im Vergleich zu den Wirkflächen des Kalibrierwerkzeugs derart eingerichtet sind, dass in der zu erzeugenden Blechvorform im Vergleich zu dem zu erzeugenden Blechbauteil ein Zar- genöffnungswinkelunterschied von mindestens 0,5° an gleicher Stelle eingestellt wird. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Kalibrierwerkzeug (20) einen Kalibrierstempel (21), ein Kalibriegesenk (22) und ein Element (23) oder optional mehrere Elemente umfasst, wobei das Element (23) im Kalibriergesenk (22) angeordnet ist und relativ zum Kalibriergesenk (22) bewegbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Kalibrierstempel (21) unten und das Kalibriegesenk (22) oben im Kalibrierwerkzeug (20) angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Kalibrierwerkzeug (20) einen Kalibrierstempel (21), ein Kalibriergesenk (22) und ein Element (23) oder optional mehrere Elemente umfasst, wobei das Element (23) im Kalibrierstempel (21) angeordnet ist und relativ zum Kalibrierstempel (21) bewegbar ist. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Kalibrierstempel (21) oben und das Kalibriergesenk (22) unten im Kalibrierwerkzeug (20) angeordnet ist. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das im Kalibriergesenk angeordnete Element oder optional mehrere Elemente über den Stößelhub und/oder zusätzliche Steuereinheiten derart gesteuert bewegt wird, dass sich während des Schließens des Kalibrierwerkzeugs ein definierter Abstand zwischen Element und Kalibrierstempel ergibt. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Element während des Schließens vor dem Erreichen der unteren Endposition im Wesentlichen bündig mit der Wirkfläche des Kalibriergesenks abschließt. 21 Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei das im Kalibrierstempel angeordnete Element oder optional mehrere Elemente über den Stößelhub und/oder zusätzliche Steuereinheiten derart gesteuert bewegt wird, dass sich während des Schließens des Kalibrierwerkzeugs ein definierter Abstand zwischen Element und Kalibriergesenk ergibt. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei das Element während des Schließens vor dem Erreichen der unteren Endposition im Wesentlichen bündig mit der Wirkfläche des Kalibriergesenks abschließt. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, wobei die Vorrichtung (100) in einer Pressenlinie, Transfer-Presse oder Folgeverbund-Presse integriert ist.
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