DE10019594A1

DE10019594A1 - Method for pressing sheet metal has a hydromechanical press with pulse generators for producing localised pressure peaks for fine press detail

Info

Publication number: DE10019594A1
Application number: DE2000119594
Authority: DE
Inventors: Helmut Schmidt; Wolfram Volk
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2000-04-20
Filing date: 2000-04-20
Publication date: 2001-10-25

Abstract

A method for pressing sheet metal uses a hydromechanical cushion (10) and a fixed form (4). Shock wave generators (14) are positioned ion the cushion to generate localised pressure peaks to press the metal sheet into otherwise difficult profiles, e.g. reinforcing ridges. The flat form pulses are applied during the initial part of the press operation.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum hydro mechanischen Umformen von plastisch verformbaren Bau- und insbesondere Blechteilen für Kraftfahrzeug-Karosserien, nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1 bzw. 4.The invention relates to a method and a device for hydro mechanical forming of plastically deformable construction and in particular Sheet metal parts for motor vehicle bodies, according to the preamble of the patent say 1 or 4.

Hydromechanische Umformverfahren dieser Art, wie sie etwa bei Schuler, Handbuch der Umformtechnik, Springer Verlag, 1996, S. 185-192, vorbeschrie ben sind, werden konventionellen Umformmethoden, die zusätzlich zu einer starren Formfläche am Oberwerkzeug eine korrespondierende, ebenfalls starre Gegenfläche am Unterwerkzeug benötigen, vor allem wegen der geringeren Werkzeugkosten für kleinere und mittlere Bauteilserien bevorzugt, haben allerdings den Nachteil, dass das Druckniveau im gesamten Flüssigkeitskissen in baulich und energetisch ungünstiger Weise derart weit über den durchschnittlichen Formänderungsbedarf des Bauteils angehoben werden muss, dass selbst die maximal zu verformenden Bauteilbereiche noch konturgenau an die Formfläche des Formwerkzeugs angeformt werden.Hydromechanical forming processes of this type, such as those used by Schuler, Handbuch der Umformtechnik, Springer Verlag, 1996, pp. 185-192, described above ben are conventional forming methods that are in addition to a rigid mold surface on the upper tool a corresponding, also rigid Need counter surface on the lower tool, mainly because of the smaller Preferred tool costs for small and medium-sized component series however, the disadvantage that the pressure level in the entire liquid cushion in a structurally and energetically unfavorable way so far above average deformation requirement of the component can be increased must be that even the maximum component areas to be deformed be contoured to the shape of the mold.

Ferner ist aus Lange, Lehrbuch der Umformtechnik, Bd. 3, Springer Verlag, S. 350-362, ein elektrohydraulisches Umformverfahren bekannt, bei dem in einem Flüssigkeitskissen mit Hilfe eines elektrisch gezündeten Funkens eine örtliche Verdampfung und dadurch ein kurzzeitiger, auf das Bauteil gerichteter Druckstoß ausgelöst wird, um so eine Bauteilumformung an der Formfläche des Formwerkzeugs zu erreichen. Die dabei erzielbaren Umformenergien sind jedoch relativ gering, so dass großflächige Bauteile mit einem ausgeprägten Formänderungsbedarf immer nur in sehr engen Bauteilbereichen umgestaltet werden können und dementsprechend lange Taktzeiten in Kauf genommen werden müssen.Furthermore, from Lange, textbook of forming technology, Vol. 3, Springer Verlag, S. 350-362, an electro-hydraulic forming process known in which in a liquid cushion with the help of an electrically ignited spark local evaporation and therefore a brief, directed towards the component Pressure surge is triggered in order to form a component on the mold surface of the mold. The forming energies that can be achieved are however relatively small, so that large-area components with a pronounced The need to change shape is only redesigned in very narrow component areas can be accepted and accordingly long cycle times Need to become.

Beiden Fertigungstechniken ist gemeinsam, dass sie zwar gegenüber kon ventionellen Fertigungsmethoden verbesserte Umformmöglichkeiten bieten, sich aber nach wie vor an kritischen Konturbereichen, etwa Gegenzügen oder ausgeprägten Gestaltungsmerkmalen mit stark gegenläufigen Werkstoffbewegungen, Falten- und/oder Rissbildungen nicht wirksam vermeiden lassen.Both manufacturing technologies have in common that they are compared to con conventional manufacturing methods offer improved forming options, but continues to focus on critical contour areas, such as counter moves or distinctive design features with strongly opposing Material movements, wrinkles and / or cracks not effective avoid.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass selbst Bauteile mit ausgeprägt kritischen Verformungsbereichen mit geringem Fertigungsmittel- und Energieaufwand auf qualitativ hochwertige Weise und in kurzen Taktzeiten herzustellen sind.The object of the invention is a method and an apparatus of the beginning mentioned type so that even components with pronounced critical Deformation areas with little resources and energy high-quality manner and can be produced in short cycle times.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Patentanspruch 1 gekenn zeichnete Verfahren bzw. die im Anspruch 4 gekennzeichnete Vorrichtung ge löst.This object is characterized by the in claim 1 Drawn method or the device characterized in claim 4 ge solves.

Erfindungsgemäß lässt sich durch den gleichzeitigen Einsatz von hydromecha nischer und elektrohydraulischer Umformtechnik die Drucksteuerung im Flüs sigkeitskissen gezielt an die geforderte örtliche Formänderung des Bauteils an passen, derart, dass mit der quasistatischen Druckbeaufschlagung nur die unkritischen Bauteilbereiche (z. B. mit vergleichsweise geringem Formänderungsbedarf) weitgehend aus-, die übrigen Bauteilbereiche z. B. mit höherem Formänderungsbedarf aber lediglich vorgeformt werden, während die elektrohydraulische Umformung auf die quasistatisch vorgeformten Bauteilbereiche begrenzt wird und auch hier nur die den statischen Vordruck übersteigende Verformungsenergie liefern muss. Das Ergebnis ist, verglichen mit einer getrennten hydrostatischen und hydrodynamischen Bauteilverformung, eine deutliche Verringerung des insgesamt erforderlichen Energie- und Bauaufwands für die hydromechanischen und elektrohydraulischen Komponenten des Umformprozesses. Ein weiterer, mindestens ebenso wesentlicher Kombinationseffekt der Erfindung liegt in der erheblich verbesserten Steuerbarkeit der Werkstoffbewegung, die durch eine gegenseitige, in weiten Grenzen variable Abstimmung von einerseits statischer und andererseits dynamischer Druckbeaufschlagung so zu beeinflussen ist, dass dem Problem von Falten- oder Rissbildungen vor allem in den kritischen Konturbereichen, also etwa an ausgeprägten Gestaltungsmerkmalen oder Gegenzügen, wirksam begegnet und eine bisher unerreichte Umformqualität gewährleistet wird.According to the invention, the simultaneous use of hydromecha nical and electro-hydraulic forming technology the pressure control in the river liquid pillow specifically to the required local shape change of the component fit in such a way that with the quasi-static pressurization only the non-critical component areas (e.g. with comparatively small Shape change requirement) largely out, the other component areas z. B. with higher need for deformation but only be preformed while the electrohydraulic forming on the quasi-statically shaped ones Component areas is limited and here too only the static form must deliver excessive deformation energy. The result is compared with a separate hydrostatic and hydrodynamic Component deformation, a significant reduction in the total required Energy and construction costs for the hydromechanical and electrohydraulic components of the forming process. Another, at least as essential a combination effect of the invention lies in the significantly improved controllability of the material movement by a mutual, widely variable coordination of static on the one hand and on the other hand, how dynamic pressure is to be influenced that the problem of wrinkles or cracks, especially in the critical ones Contour areas, e.g. on distinctive design features or Countermeasures, countered effectively and an unprecedented quality of forming is guaranteed.

Darüber hinaus wird nach Anspruch 4 in weiterer baulicher Vereinfachung an stelle zweier getrennter nur eine einzige kombinierte Vorrichtung zur Durchfüh rung einer hydromechanischen und einer elektrohydraulischen Bauteilumfor mung benötigt.In addition, according to claim 4 in further structural simplification place two separate only one combined device for implementation a hydromechanical and an electro-hydraulic component reformer mung needed.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Bauteil nach Anspruch 2 gleichzeitig mit der statischen Druckbeaufschla gung mit einer gepulsten Druckstoßfolge beaufschlagt. Dies ermöglicht eine noch feinfühligere, im Laufe der Bauteilverformung veränderliche Abstimmung der statischen und dynamischen Druckwerte und somit eine weiter verbesserte Umformqualität und verringert nochmals die Leistungsanforderungen an die elektrischen Komponenten des Umformprozesses. Nach Anspruch 3 wird die Stoßwellenbeaufschlagung des Flüssigkeitskissens vorzugsweise in der Aufbauphase des statischen Flüssigkeitsdrucks ausgelöst, also in einem Zeitraum, wo sich das Verhältnis zwischen Werkstückstreck- und -ziehbewegung in einfacher Weise auf einen erwünschten Wert einstellen lässt.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention the component of claim 2 simultaneously with the static pressurization a pulsed pressure surge sequence. This enables one even more sensitive tuning that changes in the course of component deformation of the static and dynamic pressure values and thus a further improved Forming quality and further reduces the performance requirements for the electrical components of the forming process. According to claim 3 Shock wave application of the liquid cushion preferably in the Static liquid pressure build-up phase triggered, i.e. in one Period when the relationship between workpiece stretching and pulling movement can be set to a desired value in a simple manner.

Nach Anspruch 5 ist der Stoßwellengenerator der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise zur Erzeugung einer gebündelt auf einen Bereich erhöhter Bauteilkrümmung gerichteten Druckwelle vorgesehen, um so die Stoßwellenenergie auf einen engen Bauteilbereich zu konzentrieren. Wahlweise ist es aber auch möglich, wie nach Anspruch 6 bevorzugt, den Stoßwellengenerator mit einer breiteren Abstrahlcharakteristik auszustatten, wodurch sich der Spannungszustand des Bauteils positiv verändern und insbesondere ein geringeres Rückfederungsverhalten erzielen lässt.According to claim 5, the shock wave generator of the invention Device preferably for producing a bundled on an area increased component curvature directed pressure wave provided so as to Concentrate shock wave energy on a narrow component area. Alternatively, it is also possible, as preferred according to claim 6, the To equip the shock wave generator with a broader radiation characteristic, whereby the stress state of the component changes positively and in particular a lower springback behavior can be achieved.

Nach Anspruch 7 ist das Formwerkzeug in den stark konturierten Flächenberei chen der Formfläche zweckmäßigerweise mit Entlüftungsöffnungen versehen, wodurch verhindert wird, dass sich zwischen Formfläche und Bauteil ein der Umformung entgegenwirkendes Luftpolster aufbaut.According to claim 7, the molding tool is in the highly contoured area Chen the mold surface expediently provided with ventilation openings, which prevents one of the Forming counteracting air cushion builds up.

Nach Anspruch 8 ist der Stoßwellengenerator zweckmäßigerweise einstellbar im Flüssigkeitskissen angeordnet, um die Vorrichtung auf einfache Weise an unterschiedliche Formflächengeometrien anpassen und auch großflächige Bauteile mit einem oder allenfalls wenigen Stoßwellengeneratoren bearbeiten zu können.According to claim 8, the shock wave generator is expediently adjustable arranged in the liquid cushion to the device in a simple manner adapt different form surface geometries and also large ones Process components with one or at most a few shock wave generators to be able to.

Nach Anspruch 9 schließlich ist der Stoßwellengenerator zweckmäßigerweise ein elektrischer, eine explosionsartige örtliche Verdampfung im Flüssigkeitskis sen auslösender Funkengenerator einschließlich eines Reflektors; durch ent sprechende Wahl des Reflektors lässt sich die Abstrahlcharakteristik des Stoßwellengenerators in erwünschter Weise und ohne störende Streuverluste verändern.Finally, according to claim 9, the shock wave generator is expedient an electrical, an explosive local evaporation in the liquid ski triggering spark generator including a reflector; by ent speaking choice of the reflector can be the radiation characteristic of the Shock wave generator in the desired manner and without disturbing leakage losses change.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, beispielsweise Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen. Diese zeigen in stark schematisierter Darstellung inFurther features of the invention result from the following, for example description in connection with the drawings. These show in a highly schematic representation in

Fig. 1 eine Umformvorrichtung nach der Erfindung vor Beginn des Umformprozesses; Figure 1 shows a forming device according to the invention before the start of the forming process.

Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Zwi schenphase des Umformvorgangs; und FIG. 2 shows a representation corresponding to FIG. 1 of an intermediate phase of the shaping process; and

Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung gegen Ende der Bauteilverformung. Fig. 3 is a representation corresponding to FIG. 1 towards the end of component deformation.

Die in den Figur gezeigte Umformvorrichtung enthält als Hauptbestandteile einen Druckstempel 2 mit einer entsprechend dem herzustellenden Bauteilprofil kon turgefrästen Formfläche 4 und Entlüftungsöffnungen 6 an den stark konkav ge krümmten, taschenförmigen Flächenabschnitten 8 der Formfläche 4, eine ein Flüssigkeitskissen bildende Flüssigkeitskammer 10 mit einer zugeordneten Druckregelung 12, sowie mehrere, im Inneren der Flüssigkeitskammer 10 angeordnete Stoßwellengeneratoren 14 und einen Blechhalter 16, durch den das zu verformende Bauteil, z. B. eine Stahl- oder Aluminiumblechplatine 18, während des Umformvorgangs in flüssigkeitsdichter Anlage am oberen Rand der Flüssigkeitskammer 10 gehalten wird. The forming device shown in the figure contains, as main components, a pressure stamp 2 with a contour-milled mold surface 4 corresponding to the component profile to be produced and ventilation openings 6 on the strongly concave, pocket-shaped surface sections 8 of the mold surface 4 , a liquid chamber 10 forming a liquid cushion with an associated pressure control 12 , as well as several, arranged in the interior of the liquid chamber 10 shock wave generators 14 and a sheet metal holder 16 through which the component to be deformed, for. B. a steel or aluminum sheet 18 , is held in the liquid-tight system at the upper edge of the liquid chamber 10 during the forming process.

Vor Beginn des eigentlichen Umformvorgangs wird die Blechplatine 18 einge legt und der Blechhalter 16 abgesenkt, woraufhin mögliche Lufteinschlüsse aus dem Flüssigkeitskissen 10 entfernt werden, so dass dieses vollständig mit dem flüssigen Arbeitsmedium, also etwa Wasser, gefüllt ist. Dieser Zustand ist in Fig. 1 gezeigt.Before the actual forming process begins, the sheet metal plate 18 is inserted and the sheet holder 16 is lowered, whereupon possible air pockets are removed from the liquid cushion 10 , so that it is completely filled with the liquid working medium, that is to say water. This state is shown in Fig. 1.

Anschließend wird der Druckstempel 2 heruntergefahren und dabei der stati sche Druck im Flüssigkeitskissen 10 unter der Kontrolle der Druckregelung 12 aktiv oder passiv erhöht. In der Aufbauphase des statischen Drucks wird die Blechplatine 18 noch weitgehend elastisch vorgeformt und dabei in den Berei chen ausgeprägter Formänderung des späteren Bauteils, also den Formflä chenabschnitten 8, örtlich an die Formfläche 4 angedrückt (Fig. 2).Subsequently, the pressure stamp 2 is shut down and the static pressure in the liquid cushion 10 is actively or passively increased under the control of the pressure control 12 . In the build-up phase of the static pressure, the sheet metal plate 18 is still largely elastically pre-formed and locally in the areas of pronounced change in shape of the later component, that is to say the shaped surface sections 8 , is pressed locally onto the shaped surface 4 ( FIG. 2).

Gleichzeitig mit dem statischen Druckanstieg werden die Stoßwellengenerato ren 14.1 und 14.2 aktiviert. Diese enthalten jeweils eine elektrisch betriebene Funkenstrecke, bei deren Zündung das Arbeitsmedium örtlich explosionsartig verdampft, so dass ein steiler Druckimpuls im Arbeitsmedium erzeugt wird, der mit Hilfe eines zugeordneten Reflektors 20 eng begrenzt auf die verformungs kritischen Flächenabschnitte 8 gebündelt wird. Durch die dem statischen Vor druck überlagerte, dynamische Druckbeaufschlagung wird die Blechplatine 18 im Bereich der Flächenabschnitte 8 unter plastischer Verformung weitgehend fertiggeformt und dabei sichergestellt, dass das Material in diesem Bereich zwar gedehnt wird, jedoch durch die gleichzeitige Vordehnung auf die nicht endgültige Abwicklungslänge ausreichend Materialvorlage vorhanden ist, um Risse zu vermeiden, und gleichzeitig die benachbarten Materialbereiche aufgrund der durch den statischen Vordruck erzeugten Anpresskräfte soweit gedehnt sind, dass eine örtliche Faltenbildung wirksam verhindert wird. Auf diese Weise ist in kritischen Verformungsbereichen, etwa Gegenzügen oder ausgeprägten Gestaltungsmerkmalen der dargestellten Art eine hohe Fertigungsqualität gewährleistet. Die dynamische Druckbeaufschlagung kann zu verschiedenen Zeiten des Umformvorganges ein- oder mehrmals erfolgen.Simultaneously with the static pressure increase, the shock wave generators 14.1 and 14.2 are activated. These each contain an electrically operated spark gap, upon ignition of which the working medium evaporates locally in an explosive manner, so that a steep pressure pulse is generated in the working medium, which is narrowly confined to the deformation-critical surface sections 8 with the aid of an assigned reflector 20 . Due to the static pressure superimposed, dynamic pressurization, the sheet metal plate 18 is largely finished in the area of the surface sections 8 with plastic deformation and thereby ensures that the material in this area is stretched, but by the simultaneous pre-stretching to the non-final development length, sufficient material template is present in order to avoid cracks, and at the same time the neighboring material areas are stretched to such an extent that local wrinkling is effectively prevented due to the contact forces generated by the static pre-pressure. In this way, high manufacturing quality is ensured in critical deformation areas, such as counter-pulls or pronounced design features of the type shown. The dynamic pressure can be applied one or more times at different times during the forming process.

Die übrigen Blechteilbereiche vergleichsweise geringen Formänderungsbedarfs werden ausschließlich unter der Wirkung des statischen Flüssigkeitsdrucks, der lediglich bis zu einem dem relativ geringen Verformungsgrad entsprechenden, von der Druckregelung 12 kontrollierten Druckniveau ansteigt, fertiggeformt (Fig. 3). Soweit in diesen Bereichen nach der statischen Druckverformung noch ungünstige Spannungszustände vorhanden sind, werden diese z. B. mit Hilfe eines weiteren Stoßwellengenerators 14.3 positiv verändert, der eine breitere Abstrahlcharakteristik besitzt und demgemäß größere Flächenbereiche erfasst als die auf die eng begrenzten Formflächenabschnitte 8 gebündelten Stoßwel lengeneratoren 14.1 und 14.2.The remaining sheet metal part areas of comparatively little need for deformation are exclusively shaped under the effect of the static liquid pressure, which only rises to a pressure level that corresponds to the relatively low degree of deformation and is controlled by the pressure regulator 12 ( FIG. 3). Insofar as unfavorable stress states are still present in these areas after the static compression deformation, these are e.g. B. positively changed with the help of a further shock wave generator 14.3 , which has a broader radiation characteristic and accordingly covers larger surface areas than the shock wave lengenerators 14.1 and 14.2 bundled on the narrowly limited shaped surface sections 8 .

Nach Beendigung des Umformvorgangs werden der Blechhalter 16 und der Druckstempel 2 hochgefahren und das fertiggeformte Bauteil 18 kann entnom men werden.After completion of the forming process, the sheet metal holder 16 and the plunger 2 are raised and the fully formed component 18 can be removed.

Weil mit dem beschriebenen Kombinationsverfahren nur die begrenzten Flächenbereiche starker Formänderung auf elektrohydraulischem Wege und auch nur mit einer um den statischen Vordruck reduzierten Druckimpulshöhe bearbeitet werden müssen, sind der Energiebedarf der Stoßwellengeneratoren und dementsprechend die Ladezeiten der diesen zugeordneten, elektrischen Kondensatoren wesentlich geringer als bei einer rein elektrohydraulischen Umformung, so dass die Taktzeiten deutlich verkürzt werden. Um den Umform prozess individuell an unterschiedliche Bauteilgeometrien anpassen zu können, sind die Stoßwellengeneratoren 14 einstellbar im Flüssigkeitskissen 10 ange ordnet, wobei im einfachsten Fall sogar ein einziger Stoßwellengenerator 14 zur Durchführung des Umformverfahrens ausreicht.Because with the described combination process only the limited surface areas of strong shape changes have to be processed electrohydraulically and also only with a pressure pulse height reduced by the static pre-pressure, the energy requirement of the shock wave generators and accordingly the charging times of the electrical capacitors assigned to them are considerably less than with a pure one electrohydraulic forming, so that the cycle times are significantly reduced. In order to be able to adapt the forming process individually to different component geometries, the shock wave generators 14 are arranged in an adjustable manner in the liquid cushion 10 , in the simplest case even a single shock wave generator 14 being sufficient to carry out the forming process.

Claims

1. A method for hydromechanical forming of plastically deformable components, in particular sheet metal parts for motor vehicle bodies, in which the component is arranged between a mold and a liquid cushion and under the effect of a static fluid pressure generated in the liquid cushion on the mold surface of the mold is pressed, characterized in that at the same time with the static pressurization at least one acting on a local area of the component and this with a heightened pressing force against the molding surface is generated shock wave in the liquid cushion.

2. The method according to claim 1, characterized in that the component simultaneously with the static pressurization with a pulsed pressure surge sequence is applied.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the shock wave exposure of the component in the construction phase of the sta table fluid pressure is triggered.

4.Device for hydromechanical forming of plastically deformable structural parts, in particular sheet metal parts of motor vehicle bodies, with a molding tool and a component arranged on the component side opposite the molding tool, the component under the action of a static liquid pressure on the molding surface of the Mold pressing liquid mold, characterized in that the liquid cushion ( 10 ) has at least one additional shock wave generator ( 14 ) which can be activated in addition to the static pressure application of the liquid cushion to produce an effective in a local area of the component ( 18 ) and this with an increased contact force against the mold surface ( 4 ) contains pressure wave.

5. The device according to claim 4, characterized in that a shock wave generator ( 14.1 , 14.2 ) is provided for generating a bundled pressure wave.

6. The device according to claim 4, characterized in that a shock wave generator ( 14.3 ) is provided for generating a surface-acting pressure wave.

7. Device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the molding tool (pressure stamp 2 ) in the surface areas impacted by the pressure wave ( 8 ) is provided with ventilation openings ( 6 ).

8. Device according to one of claims 4 to 7, characterized in that the shock wave generator ( 14 ) for the application of pressure waves under different component areas in the liquid cushion ( 10 ) is arranged.

9. Device according to one of claims 4 to 8, characterized in that the shock wave generator ( 14 ) is designed as an electrical, an explosion-like local evaporation in the liquid cushion ( 10 ) triggering spark generator including a pressure wave reflector ( 20 ).