DE102018123456A1

DE102018123456A1 - U-O-Formen eines um drei Raumachsen gekrümmten Bauteils

Info

Publication number: DE102018123456A1
Application number: DE102018123456.2A
Authority: DE
Inventors: Günter Fortmeier; Aloys Schröder; Matthias Körner; Eugen SEIBEL
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2018-09-24
Filing date: 2018-09-24
Publication date: 2020-03-26
Also published as: EP4252931A3; EP3656480A2; CN110935759B; EP4252931A2; EP3656480A3; US11577294B2; EP3656480B1; CN110935759A; US20200114408A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Blechumformbauteils aus einer Platine 1 mittels U-O Formen, wobei zunächst eine Vorform durch das U-Formen erzeugt wird und anschließend eine Endformgebung zu einer Endform durch das O-Formen durchgeführt wird. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:• Bereitstellen einer ebenen Platine 1,• U Formen der Platine 1 zu einer U Vorform,• Endkonturnahes Beschneiden der U Vorform,• Einlegen der U-Vorform in ein Zwischenformwerkzeug 1 und Anbiegen der abstehenden Schenkel 8, insbesondere der Enden 9 der U-Form, wobei ein Füllkörper 13 in der U-Vorform platziert ist und die Schenkel 8 den Füllkörper 13 abschnittsweise übergreifen und nach dem Anbiegen aus der Vorform herausgezogen wird, dergestalt, dass eine elastische und optional plastische Deformation der angebogenen Enden erzeugt wird,• O-Formen der so hergestellten Zwischenform 16.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Blechumformbauteils aus einer Platine mittels U-O-Formen, gemäß den Merkmalen von Anspruch 1 bzw. 2.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, Blechbauteile durch Umformen herzustellen. Hierzu wird eine metallische Platine bereitgestellt, die in einem Umformwerkzeug zu einem Blechumformbauteil umgeformt wird. Das Blechumformbauteil weist dabei eine dreidimensionale Kontur auf. Diese Umformung erfolgt meist mittels eines Pressumformwerkzeuges mithin zwischen einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug.
Soll nunmehr ein im Querschnitt geschlossenes Hohlprofil hergestellt werden, so ist aus dem Stand der Technik das U-O-Formen bekannt. Hierzu wird zunächst eine ebene Platine bereitgestellt, diese ebene Platine wird U-förmig vorgeformt und im Anschluss daran, O-förmig umgeformt, um ein im Querschnitt geschlossenes Profil aufzuweisen.
Beispielsweise ist aus der CA 2,962,236 A1 ein solches Herstellungsverfahren bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik, die Formgebungsmöglichkeiten bei einem um mindestens zwei Raumachsen gekrümmten durch U-O-Form hergestellten Bauteil zu verbessern.
Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1 bzw. 2 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Das Verfahren zur Herstellung eines Blechumformbauteils bei einer Platine mittels U-O-Formen sieht dabei vor, dass zunächst eine Vorform durch das U-Formen erzeugt wird und anschließend eine Endformgebung durch das O-Formen durchgeführt wird. Erfindungsgemäß zeichnet es sich durch folgende Verfahrensschritte aus:

• Bereitstellen einer ebenen Platine,
• U Formen der Platine zu einer U-Vorform,
• Endkonturnahes Beschneiden der U-Vorform,
• Einlegen in ein Zwischenformwerkzeug und Anbiegen der abstehenden Schenkel, insbesondere der Enden der U-Form, wobei ein Füllkörper in der U-Vorform platziert ist und die Schenkel durch das Anbiegen den Füllkörper abschnittsweise übergreifen und wobei der Füllkörper nach dem Anbiegen aus der Vorform herausgezogen wird, dergestalt, dass eine elastische Deformation der angebogenen Enden erzeugt wird,
• O-Formen der so hergestellten Zwischenform.

Alternativ oder ergänzend wird das Verfahren zur Herstellung eines Blechumformbauteils bei einer Platine mittels U-O-Formen mit folgenden Verfahrensschritten durchgeführt:

• Bereitstellen einer ebenen Platine,
• Umformen der Platine auf einem Umformwerkzeug, mit einer Krümmung um eine erste Raumachse,
• Einfahren eines Umformstempels in die mit der ersten Krümmung umgeformte Platine, wobei durch den Umformstempel eine zweite Krümmung der Platine um eine zweite Raumachse erzeugt wird, welche bevorzugt im Wesentlichen orthogonal zur ersten Raumachse liegt und gleichzeitiges Herstellen einer dritten Krümmung um eine dritte Raumachse, wobei die dritte Raumachse im Wesentlichen orthogonal zur ersten Raumachse und zur zweiten Raumachse liegt, wobei durch diese beiden Verfahrensschritte eine U-Vorform erzeugt wird, wobei das Einfahren des Umformstempels die erste Krümmung an der U-Vorform erzeugt
• O-Formen der so hergestellten U-Vorform.

Erfindungsgemäß kann somit aufgrund des Zwischenformschrittes mit dem Füllkörper die Formgebungsfreiheit deutlich erhöht werden. Insbesondere kann durch die Erzeugung bei einer U-Form bzw. U-Vorform mit mindestens drei Krümmungen, jeweils gekrümmt um eine Raumachse, wobei alle drei Raumachsen im Wesentlichen senkrecht zueinander liegen, ebenfalls die Formgebungsfreiheit gesteigert werden.
Insbesondere können die beiden vorbeschriebenen Verfahren auch kombiniert werden. Dies bedeutet im Sinne der Erfindung, dass zunächst die U-Vorform um drei Raumachsen mit jeweils mindestens einer Krümmung um jeweils eine Raumachse erzeugt wird und diese dann endkonturnah beschnitten wird und anschließend in ein Zwischenformwerkzeug eingelegt wird.
Die ebene Platine kann eine homogene Wandstärke aufweisen, jedoch auch voneinander verschiedene Wandstärken, bspw. als Tailored Blank.
Eine erste Krümmung ist im Querschnitt durch Ausbildung der U-Form erfolgt. Das Bauteil ist jedoch bevorzugt ebenfalls um eine zweite Raumachse gekrümmt, die im Wesentlichen quer zu der Raumachse der U-Form liegt. Beim beginnenden O-Formen kann es somit zu unbeabsichtigten Eindrückungen kommen, so dass in einem jeweiligen Querschnitt eine konkave Wölbung sich an der O-Form einstellen würde. Mithin ist ein Teil nach innen gewölbt, was jedoch erfindungsgemäß gerade durch das Zwischenformen vermieden wird.
Der Füllkörper wird somit auf dem Zwischenformwerkzeug wieder aus der Vorform herausgezogen. Dabei wird eine elastische Deformation der angebogenen Schenkel bzw. der angebogenen Enden erzeugt. Diese Deformation kann auch zum Teil plastisch erfolgen. Durch den Füllkörper wird jedoch sichergestellt, dass keine nach innen gerichtete Wölbung an der Zwischenform erzeugt wird.
In einem weiteren Umformschritt wird dann das O-Formen durchgeführt, insbesondere werden die Stirnseiten der Enden aneinander angelegt. Diese können beispielsweise auch längsnahtverschweißt werden. An das O-Formen kann sich noch ein Innenhochdruckumformvorgang anschließen.
Es hat sich erfindungsgemäß herausgestellt, dass bevorzugt das O-Formen in zwei Schritten durchgeführt wird, wobei zunächst die angebogenen Enden frei weiter nach innen gebogen werden und anschließend die Stirnseiten der Enden in einem weiteren Verfahrensschritt aneinander gelangen.
Bei aneinander Anlegen der Stirnseiten wird bevorzugt ein Pressumformwerkzeug verwendet, welches im Querschnitt im geschlossenen Zustand einen geschlossenen Formhohlraum aufweist.
Hierzu weist die Zwischenform bei Einlegen in das O-Formwerkzeug bevorzugt eine maximale Breite auf, die geringer ist als die Breite des Formhohlraumes selber. Während des O-Formens wird somit die Höhe der Zwischenform abgeflacht und dadurch die Breite vergrößert, so dass bei geschlossenem Formhohlraum das durch O-Formen hergestellte Blechumformbauteil allseitig an dem Formhohlraum des O-Formwerkzeuges anliegt.
Weiterhin kann erfindungsgemäß die Vorform oder die Zwischenform mit einem in Längsrichtung variierenden Querschnitt und/oder variierender Wandstärke hergestellt werden. Gerade dadurch, dass die Formgebungsfreiheitsgrade durch das Zwischenformen gesteigert werden, können auch variierende Querschnitte über die Länge des Bauteils hergestellt werden.
Ebenfalls können Platinen mit verschiedener Wandstärke verarbeitet werden, sogenannte Tailored Blanks.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsvariante wird das O-Formen als Warmumformen durchgeführt, insbesondere mit einem nachfolgenden Presshärten, so dass bei einer härtbaren Stahllegierung eine hohe Zugfestigkeit von mehr als 1000 MPa eingestellt werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten sind in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen zum einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:

1 bis 10 die verschiedenen Verfahrensschritte zum Herstellen des Bauteils.

1a, 1b, 1c und 1d zeigen ein Tiefziehwerkzeug 2, um aus einer zunächst bereitgestellten ebenen metallischen Platine 1 auf einem Tiefziehwerkzeug 2 zum U-Formen und somit zu einer Vorform geformt wird. Die Platine 1 wird in das Tiefziehwerkzeug 2 eingelegt und ein Niederhalter 4 wird auf eine Matrize 3 abgesenkt, dargestellt in 1b. Hierbei wird eine erste Krümmung 5 um eine Raumachse X erzeugt, so dass die Platine 1 mit einem Bogen bzw. einer Welle vorgeformt wird. Es könnten auch zwei oder drei Krümmungen jeweils parallel versetzt um die erste Raumachse X erzeugt werden, beispielsweise nach dem Prinzip eines Wellenprofils.
Sodann fährt ein Umformstempel 6 in das Tiefziehwerkzeug 2 ein und erzeugt eine zweite Krümmung 7, dargestellt in 2 um eine zweite Raumachse Y. Gleichzeitig ist jedoch der Stempel 6 auch in seiner Längsrichtung um eine dritte Raumachse Z gekrümmt. Dies ist insbesondere ersichtlich in der Draufsicht gemäß 1c. Durch das Einfahren des Umformstempels 6 in die Platine 1 wird somit nicht nur die zweite Krümmung 7 um die zweite Raumachse Y erzeugt sondern auch die erste Krümmung 5 um die erste Raumachse X an der U-Vorform 11 erzeugt, und auch eine dritte Krümmung 29 um eine dritte Raumachse Z. Es können auch mehrere dritte Krümmungen um jeweils die Raumachse Z erfolgen, so dass ebenfalls in Draufsicht gemäß 1c bzw. auch später dargestellt bei der U-Vorform gemäß 3b in Draufsicht eine Wellenform erzeugt wird.
Die zweite Raumachse Y und die erste Raumachse X und die dritte Raumachse Z verlaufen bevorzugt quer zueinander, sie müssen sich jedoch nicht schneiden. Die Raumachsen X,Y und Z können jedoch auch in einem Winkelbereich von 60 bis 110 Grad, insbesondere 70 bis 100 Grad zueinander angeordnet sein. Die Raumachsen müssen sich nicht schneiden, sie können versetzt zueinander verlaufen. Würden beide in eine Ebene projiziert werden, würden sie im oben genannten Winkelbereich bzw. quer zueinander verlaufen.
Es wird somit eine U-Vorform 11 erstellt, die gemäß 3a, b und c eine erste Krümmung 5 um eine erste Raumachse X und eine zweite Krümmung 7 um eine zweite Raumachse Y aufweist sowie eine dritte Krümmung 29 um eine dritte Raumachse Z . Der Übersicht halber ist hier die zweite Raumachse Y, der Krümmung 5 um die erste Raumachse X folgend dargestellt. Die U-Vorform 11 weist eine U-Form auf, deren Schenkel 8 jeweils an Enden 9 beschnitten wird. Insbesondere erfolgt dieser Beschnitt endkonturnah. Es ergeben sich somit Stirnseiten 10 an den Enden 9. Die Stirnseiten 10 erstrecken sich über die Länge L der U-Vorform 11. Nunmehr erfolgt das erfindungsgemäße Zwischenformen, dargestellt in 4, 5a und 5b.
Die U-Vorform 11 wird auf einem Amboss 12 abgelegt und ein Füllkörper 13 wird in die Vorform 11 eingeführt. Sodann werden durch weitere Werkzeugteile 14 eines Zwischenformwerkzeuges 15 die Schenkel 8 und insbesondere in ihrem Endbereich 9 angebogen. Dies erfolgt dergestalt, dass die Enden 9 der Schenkel 8 aufeinander zu zeigend angebogen werden. Sie übergreifen somit zumindest abschnittsweise den Füllkörper 13, dargestellt in 5a. Die Werkzeugteile 14 werden danach geöffnet, angedeutet durch die gestrichelten Pfeile. Damit der Füllkörper 13 nunmehr aus der damit hergestellten Zwischenform 16 herausgezogen werden kann, wird zumindest ein Stift 17 vorgesehen, der den Füllkörper 13 durchgreift und auf den Boden 18 der Zwischenform 16 drückt, so dass bei Herausziehen des Füllkörpers die Schenkel 8 elastisch nach außen deformiert werden, was in 5b dargestellt ist. Dabei kann auch eine leichte plastische Deformation der Schenkel 8 zusätzlich stattfinden.
Folgend auf diesen Zwischenformschritt folgt dann ein O-Formen, besonders bevorzugt in zwei weiteren Verfahrensschritten. Zunächst wird die so hergestellte Zwischenform 16 wiederum auf einen anderen Amboss 19 abgesetzt und mit Werkzeugteilen 20 eines O-Formwerkzeuges werden die Schenkel 8 und insbesondere die Enden 9 der Schenkel 8 weiter nach innen gebogen, dargestellt in 7. Dabei ist ein Haltestift 21 vorgesehen, welche den Boden 18 der Zwischenform auf den Amboss 19 drückt, so dass die Schenkel 8 weiter aufeinander zu gebogen werden, dargestellt in den 6 und 7.
In einem weiteren, nachfolgenden Verfahrensschritt des O-Formens wird dann ein Pressumformwerkzeug 24 verwendet, welches ein Oberwerkzeug 22 und ein Unterwerkzeug 23 aufweist. Ein Formhohlraum 25 ist gemäß 10 mit einer Breite B25 breiter als eine Breite B16 der Zwischenform 16 nach dem ersten Verfahrensschritt des O-Formens (vgl. 10). Das Pressumformwerkzeug 24 wird folglich geschlossen, dargestellt in 9. Es ergibt sich ein geschlossener Formhohlraum. Dabei werden die Stirnseiten der Enden aneinander angelegt und ein im Querschnitt geschlossenes Blechumbauformteil 26, auch Formbauteil genannt, hergestellt. Dieses liegt insbesondere mit seiner Außenmantelfläche 27 allseits umfassend an der Innenmantelfläche 28 des Formhohlraums 25 an.
Bezugszeichenliste

1 -: Platine
2 -: Tiefziehwerkzeug
3 -: Matrize
4 -: Niederhalter
5 -: erste Krümmung
6 -: Stempel
7 -: zweite Krümmung
8 -: Schenkel
9 -: Ende zu 8
10 -: Stirnseite zu 9
11 -: U-Vorform
12 -: Amboss
13 -: Füllkörper
14 -: Werkzeugteil
15 -: Zwischenformwerkzeug
16 -: Zwischenform
17 -: Stift
18 -: Boden
19 -: Amboss
20 -: Werkzeugteil
21 -: Haltestift
22 -: Oberwerkzeug
23 -: Unterwerkzeug
24 -: Pressumformwerkzeug
25 -: Formhohlraum
26 -: Blechumbauformteil
27 -: Außenmantelfläche
28 -: Innenmantelfläche zu 25
29 -: dritte Krümmung
X -: erste Raumachse
Y -: zweite Raumachse
Z -: dritte Raumachse
L -: Länge
B16: Breite zu 16
B25: Breite zu 25

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CA 2962236 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Blechumformbauteils aus einer Platine (1) mittels U-O-Formen, wobei zunächst eine Vorform durch das U-Formen erzeugt wird und anschließend eine Endformgebung zu einer Endform durch das O-Formen durchgeführt wird, gekennzeichnet, durch folgende Verfahrensschritte: • Bereitstellen einer ebenen Platine (1), • U-Formen der Platine (1) zu einer U-Vorform, • Endkonturnahes Beschneiden der U-Vorform, • Einlegen der U-Vorform (11) in ein Zwischenformwerkzeug (1) und Anbiegen der abstehenden Schenkel (8), insbesondere der Enden (9) der U-Form, wobei ein Füllkörper (13) in der U-Vorform platziert ist und die Schenkel (8) den Füllkörper (13) abschnittsweise übergreifen und nach dem Anbiegen aus der Vorform herausgezogen wird, dergestalt, dass eine elastische und optional plastische Deformation der angebogenen Enden erzeugt wird, • O-Formen der so hergestellten Zwischenform (16).
Verfahren zur Herstellung eines Blechumformbauteils aus einer Platine (1) mittels U-O-Formen, wobei zunächst eine Vorform durch das U-Formen erzeugt wird und anschließend eine Endformgebung zu einer Endform durch das O-Formen durchgeführt wird, gekennzeichnet, durch folgende Verfahrensschritte: • Bereitstellen einer ebenen Platine (1), • Umformen der Platine (1) auf einem Umformwerkzeug, mit einer Krümmung (5) um eine erste Raumachse (X), • Einfahren eines Umformstempels (6) in die mit der ersten Krümmung (5) umgeformte Platine (1), wobei durch den Umformstempel (6) eine zweite Krümmung (7) der Platine (1) um eine zweite Raumachse (Y) erzeugt wird, welche bevorzugt im Wesentlichen orthogonal zur ersten Raumachse (X) liegt und gleichzeitiges Herstellen einer dritten Krümmung (29) um eine dritte Raumachse (Z), wobei die dritte Raumachse im Wesentlichen orthogonal zur ersten Raumachse (X) und zur zweiten Raumachse (Y) liegt, wobei durch diese beiden Verfahrensschritte eine U-Vorform (11) erzeugt wird, wobei das Einfahren des Umformstempels (6) die erste Krümmung (5) an der U-Vorform (11) erzeugt. • O-Formen der so hergestellten U-Vorform (11).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass O-Formen in zwei Schritten durchgeführt wird, wobei zunächst die angebogenen Enden frei weiter nach innen gebogen werden und anschließend die Stirnseiten (10) der Enden (8) in einem weiteren Verfahrensschritt aneinander gelangen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei aneinander Anlegen der Stirnseiten (10) ein Pressumformwerkzeug (24) verwendet wird, welches im Querschnitt einen geschlossenen Formhohlraum (25) aufweist.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenform (16) bei Einlegen in das O-Formwerkzeug eine maximale Breite (B16) aufweist, die geringer ist, als die Breite (B25) des Formhohlraumes (25).
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorform und/oder die Zwischenform (16) mit einem in Längsrichtung variierenden Querschnitt und/oder variierender Wandstärke hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Breite (B16) des Querschnitts der Zwischenform (16) mindestens mehr als 5%, bevorzugt mehr als 10%, insbesondere mehr als 15% und besonders bevorzugt mehr als 20% kleiner ist, als die maximale Breite (B25) des Querschnitts des Formhohlraumes (25).
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das O-Formen als Warmformen durchgeführt wird, insbesondere mit nachfolgendem Presshärten.