DE19724767B4

DE19724767B4 - Verfahren zum hydromechanischen Tiefziehen und zugehörige Einrichtung

Info

Publication number: DE19724767B4
Application number: DE1997124767
Authority: DE
Inventors: Klaus Prof. Dr.-Ing. Siegert; Michael Dipl.-Ing. Ziegler
Original assignee: Forschungsgesellschaft Umformtechnik mbH
Current assignee: Forschungsgesellschaft Umformtechnik mbH
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1997-06-12
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2017-06-13
Also published as: DE19724767A1

Abstract

Verfahren zum hydromechanischen Tiefziehen wobei ein zwischen zwei Werkzeughälften in Form eines Niederhalters (4) und eines Ziehrings (3) umfangsseitig geführtes Blech (1) während des Tiefziehvorganges mittels eines Stempels (2) mit einer Stempelkraft (Fst) und über einen im Ziehring (3) angeordneten Druckraum (7) mittels eines Druckmediums mit einem Druck (p) beaufschlagt wird und der Niederhalter (4) mit einer Niederhalterkraft (F_N) auf den Flanschbereich (1.1) des Bleches (1) drückt und der Druckraum (7) mittels einer zwischen dem Ziehring (3) und dem Flanschbereich (1.1) des Bleches (1) angeordneten ersten Dichtung (5.1) abgedichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Druckraum (7) gegenüberliegenden Seite des Bleches (1) zwischen Stempel (2) und Niederhalter (4) durch eine entsprechende Dichtungsanordnung ein Gegendruckraum (8) gebildet wird, in welchem über eine Druckzuführung (Z) ein Gegendruck (p_G) aufbaubar ist, der dem Druck (p) entgegenwirkt, so daß der zwischen Stempel (2) und Niederhalter (4) liegende Blechbereich (1.2) beidseitig mit Druck beaufschlagt...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum hydromechanischen Tiefziehen und eine zugehörige Einrichtung entsprechend des Oberbegriffs des ersten und fünften Patentanspruches.
Beim hydromechanischen Tiefziehen legt sich das Blech bei vertikaler Abwärtsbewegung des Stempels aufgrund der vom Stempel in das Blech eingeleiteten Kräfte und aufgrund des hydraulischen Druckes an den Stempel an. Dabei wird das Blech zwischen Ziehring und Niederhalter geführt. Aufgrund des hydraulischen Druckes ergeben sich günstige Spannungsverhältnisse im Blech, die beim Abwärtsfahren des Stempels das Blech an den Stempel pressen und bei geeigneter Wahl des Druckes auch das Ziehen konischer Ziehteile ohne Falten 2. Art in einem Zug ermöglichen, was im konventionellen Tiefziehverfahren nicht möglich ist. Weiterhin wird es möglich, verglichen mit dem konventionellen Tiefziehen, tiefere Blechformteile zu ziehen. Je größer dabei der Druck ist, desto günstiger ist die Krafteinleitung in die Umformzone des Bleches, die zwischen Ziehring und Niederhalter gegeben ist. Der Druck ist jedoch nach oben hin begrenzt durch den Berstdruck des Blechbereiches zwischen Stempel und Niederhalter, der sich durch den Druck zu einer Wulst ausformt. Erreicht der Druck p den maximal übertragbaren Druck (Berstdruck p_max), dann ergibt sich ein Bersten des Blechformteiles. Insofern ist der Druck p über den Stempelweg s unterhalb des jeweils vom Stempelweg s abhängigen Berstdrucks p_max zu steuern. p = f(s) < pmax = f(s)
Um den Druck p aufbauen zu können ist bekannterweise eine Dichtung zwischen dem Flanschbereich des Bleches und dem Ziehring angeordnet. Die Axialbelastung der Dichtung erfolgt je nach deren Geometrie und je nach Belastung des Niederhalters durch die Niederhalterkraft. Andererseits wird über die Niederhalterkraft die Reibung zwischen Niederhalter und Blech sowie zwischen Blech und Ziehring beeinflußt. Über die sich hieraus ergebenden Reibungskräfte werden die Spannungen im Blech beeinflußt und es ist möglich, den Umformprozeß, über diese Reibungskräfte zu steuern.

In den Druckschriften DE 16 02 550 B1 , DE 28 57 541 C2 , DE 40 35 005 A1 , DE 40 38 866 A1 , DE 41 12 656 A1 und EP 07 54 508 A1 werden Einrichtungen und Verfahren beschrieben, mit welchen die Niederhalterkraft (Blechhalterkraft) während des Tiefziehens gezielt beeinflußt werden kann. Ist jedoch eine nur relativ geringe Niederhalterkraft erforderlich, um ein genügendes Nachfließen des Blechwerkstoffes aus dem Randbereich zu gewährleisten, wird bei zu hohem Druck oft die genügende Dichtheit der Dichtung nicht mehr gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zum hydromechanischen Tiefziehen zu schaffen, um eine Erhöhung des Druckes auch über den Berstdruck des Bleches hinaus zu ermöglichen und auch bei einem hohen Druck eine zuverlässige Dichtheit zwischen dem Flanschbereich des Bleches und dem Ziehring und dem Niederhalter zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des 1. und 5. Patentanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Dabei wird verfahrensmäßig in bekannter Weise das zwischen zwei Werkzeughälften in Form eines Niederhalters und eines Ziehrings umfangsseitig geführte Blech während des Tiefziehvorganges mittels eines Stempels mit einer Stempelkraft und über einen im Ziehring angeordneten Druckraum mittels eines Druckmediums mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt. Der Niederhalter drückt dabei mit seiner Niederhalterkraft auf den Flanschbereich des Bleches. Der Druckraum wird mittels einer zwischen dem Ziehringradius und dem Flanschbereich des Bleches angeordneten Dichtung abgedichtet. Erfindungsgemäß wird dabei durch eine Dichtungsanordnung zwischen Stempel und Niederhalter ein Gegendruckraum erzeugt, in welchem über eine Druckzuführung ein Gegendruck aufbaubar ist, der dem hydraulischen Druck im unteren Druckraum entgegenwirkt, so daß der zwischen Stempel und Niederhalter liegende Blechbereich beidseitig mit Druck beaufschlagt wird, wodurch der im Druckraum herrschende Druck um den Gegendruck ohne Bersten des Blechbereiches erhöht werden kann. Der Gegendruck wird dabei in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit vom Druck über den Stempelweg gesteuert bzw. geregelt.

Zur Gewährleistung der Abdichtung des Gegendruckraumes ist eine zweite Dichtung zwischen dem Niederhalter und dem Stempel und eine dritte Dichtung zwischen dem Niederhalter und dem Blech angeordnet. Weiterhin sind die erste Dichtung und/oder die dritte Dichtung, die im Randbereich des Bleches vorzugsweise einander gegenüberliegend angeordnet sind, in Richtung zum Bleches mit einem axialen Dichtungsdruck beaufschlagbar. Die axialen Dichtungskräfte sind vorteilhafter Weise so steuerbar, daß je nach Druck, Gegendruck und Niederhalterkraft eine einwandfreie Abdichtung des Druckraumes und des Gegendruckraumes gegeben ist. Weiterhin sind die Dichtungskräfte ebenfalls in Abhängigkeit vom Stempelweg steuer- bzw. regelbar.

Die Dichtungskräfte können dabei über entsprechende Hydraulikdrücke auf die Rückseite der Dichtung aufgebracht werden. Dazu sind an den dem Blech abgewandten Seiten der Dichtungen Druckräume angeordnet. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Dichtungskräfte durch einen jeweils auf die Dichtung wirkenden und in einem Ringzylinder angeordneten hydraulischen Ringkolben zu erzeugen. Zu dem in Richtung zur Dichtung weisenden ersten Bereich des Ringzylinders und zu dem gegenüberliegenden zweiten Bereich des Ringzylinders kann jeweils über eine entsprechende Druckzuführung ein Druck zugeleitet werden. Die Differenz zwischen dem Druck multipliziert mit der zugehörigen Fläche im zweiten Bereich und dem Druck multipliziert mit der zugehörigen Fläche im ersten Bereich ergibt jeweils die Dichtungskraft, mit der die Dichtung gegen das Blech gedrückt wird. In vorteilhafter Weise ist diese Dichtungskraft in Abhängigkeit vom Stempelweg steuerbar.

Die Einrichtung zum hydromechanischen Tiefziehen besteht bekannterweise aus dem Ziehstempel und zwei Werkzeughälften in Form eines Niederhalters und eines Ziehrings. Dazwischen wird das Blech umfangsseitig geführt. Im Ziehring befindet sich der Druckraum mit einer entsprechenden Druckzuführung für das Druckmedium. Zwischen dem Ziehring und dem Flanschbereich des Bleches ist in bekannter Weise eine erste Dichtung angeordnet.

Erfindungsgemäß befindet sich zwischen Stempel und Niederhalter eine zweite Dichtung und zwischen Niederhalter und dem Randbereich des Bleches eine dritte Dichtung, so daß zwischen dem Stempel, dem Niederhalter und dem sich dazwischen befindlichen Blechbereich ein Gegendruckraum gebildet wird. In vorteilhafter Weise sind eine oder beide der am Blech anliegenden Dichtungen in einer Ringnut angeordnet und axial in Richtung zum Blech mit einer Dichtungskraft beaufschlagbar.

Dazu greift an der dem Blech gegenüberliegenden Seite der ersten und der dritten Dichtung jeweils ein Ringkolben an, der die axiale Dichtungskraft während des hydromechanischen Tiefziehens auf die Dichtungen überträgt. Dabei sind die Ringkolben in einem Ringzylinder angeordnet, wobei in dem in Richtung zur Dichtung weisenden ersten Bereich des Ringzylinders ein erster Druck und in seinem gegenüberliegenden zweiten Bereich ein zweiter Druck vorhanden ist. Zum Einbringen der Ringzylinder sind der Ziehring bzw. der Niederhalter senkrecht zur Stempelachse geteilt. In den Teilebenen sind beidseitig von den Ringzylindern Dichtungen angeordnet.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert.
Das Blech 1 wird mit seinem Flanschbereich 1.1 zwischen dem Ziehring 3 und dem Niederhalter 4 geführt. Im Ziehring 3 ist der Druckraum 7 angeordnet. Über eine Druckzuführung Z ist dieser mit dem hydraulischen Druck p beaufschlagbar. Zwischen dem Flanschbereich 1.1 des Bleches 1 und dem Einlaufradius 3.1 des Ziehrings 3 ist die erste Dichtung 5.2 in einer Ringnut angeordnet. Unter der ersten Dichtung 5,1 befindet sich in einem Ringzylinder 10 ein Ringkolben 9, der mit seiner Kolbenstange 9.1 gegen die erste Dichtung 5.1 drückt. Der Ringkolben 9 teilt den Ringzylinder 10 in einen in Richtung zur ersten Dichtung 5.1 weisenden ersten Bereich 10.1 und einen zweiten Bereich 10.2. Zum ersten Bereich 10.1 führt eine Druckzuführung Z1 und zum zweiten Bereich eine Druckzuführung Z2. Der Ziehring 3 ist am unteren Ende des Ringzylinders 3 geteilt. In der Trennebene T befinden sich beidseitig zum Ringzylinder 10 Dichtungen 11 und 12.
Zur Bildung des Gegendruckraumes 8 ist zwischen dem Stempel 2 und dem Niederhalter 4 eine zweite Dichtung 5.2 angeordnet. Die zweite Dichtung 5.2 sitzt dabei in einer Ringnut 2.1 am Außendurchmesser des Stempels 2. Es ist jedoch auch möglich, die Dichtung 5.2 in einer Ringnut im Niederhalter anzuordnen (nicht dargestellt). Zur Abdichtung des Gegendruckraumes 8 ist der ersten Dichtung 5.1 gegenüberliegend und durch den Flanschbereich 1.1 des Bleches 1 getrennt, im Niederhalter 4 eine dritte Dichtung 5.3 angeordnet.
Über der dritten Dichtung 5.3 (quasi spiegelbildlich zur Dichtungsanordnung im Ziehring), die im Niederhalter 4 in einer Ringnut angeordnet ist, befindet sich in einem Ringzylinder 10' ein Ringkolben 9', der mit seiner Kolbenstange 9.1' die dritte Dichtung 5.3 gegen das Blech 1 drückt. Der Ringkolben 9' teilt den Ringzylinder 10' ebenfalls in einen in Richtung zur dritten Dichtung 5.3 weisenden ersten Bereich 10.1' und einen zweiten Bereich 10.2'. Zum ersten Bereich 10.1' führt eine Druckzuführung Z1' und zum zweiten Bereich eine Druckzuführung Z2'. Der Niederhalter 4 ist am oberen Ende des Ringzylinders 10' geteilt. In der Trennebene T' befinden sich beidseitig zum Ringzylinder 10 Dichtungen 11' und 12'.
Während des hydromechanischen Tiefziehens legt sich das Blech 1 bei vertikaler Abwärtsbewegung des Stempels 2 durch die vom Stempel 2 in das Blech 1 eingeleiteten Kräfte (Stempelkraft F_S) und durch den hydraulischen Druck p im Druckraum 7 des Ziehringes 3 an den Stempel 2 an. Dabei wird das Blech 1 mit seinem Flanschbereich 1.1 zwischen Ziehring 3 und Niederhalter 4 geführt. Der Druck p wird über ein Druckmedium erzeugt, welches über die Druckzuführung Z dem Druckraum 7 zugeleitet wird. Gleichzeitig wird der Gegendruckraum 8 zwischen der dritten Dichtung 5.3, dem Stempel 2, dem Niederhalter 4 und dem Blechbereich 1.2 zwischen Stempel 2 und Niederhalter 4 mit einem Gegendruck p_G beaufschlagt. Die zuverlässige Abdichtung des Druckraumes 7 wird über die erste Dichtung 5.1 und die Abdichtung des Gegendruckraumes 8 neben der zweiten Dichtung 5.2 über die dritte Dichtung 5.3 gewährleistet. Die erste Dichtung 5.1 und die dritte Dichtung 5.3 sind axialkraftgesteuert in Richtung zum Flanschbereich 1.1 des Bleches 1 belastbar, so daß je nach Druck p, Gegendruck p_G und Niederhalterkraft F_N stets eine einwandfreie Abdichtung von Druckraum 7 und Gegendruckraum 8 gewährleistet ist. Dazu werden die Bereiche 10.2, 10.2' der Ringzylinder 10, 10' über die Druckzuleitungen Z2, Z2' mit vorzugsweise hydraulischen Drücken p2, p2' beaufschlagt und die Dichtung 5.1 über den Ringkolben 9 und die Dichtung 5.3 über den Ringkolben 9' beidseitig gegen den Flanschbereich 1.1 des Bleches 1 gedrückt. Die Drücke p1, p1' im Bereich 10.1, 10.1' der Ringzylinder 10, 10' sind dabei vorzugsweise Null. In den Druckräumen 10.1, 10.1' werden die Drücke p1 und p1' nur bei Einlegen einer neuen Dichtung 5.1 bzw. 5.3 aufgebracht, sie können aber auch auf einem bestimmten Niveau gehalten werden, wodurch sich höhere p2- bzw. p2' Drücke ergeben, was regelungstechnische Vorteile bieten kann. Die Dichtungskraft F_D der ersten Dichtung 5.1 ergibt sich aus der Differenz des Druckes p2 multipliziert mit der zugehörigen Fläche A2 und des Druckes p1 multipliziert mit der zugehörigen Fläche A1. Analog errechnet sich die Dichtungskraft F_D' der Dichtung 5.1 aus der Differenz zwischen dem Druck p2' und der zugehörigen Fläche A2' und dem Druck p1' multipliziert mit der zugehörigen Fläche A1'.
Die Dichtungskräfte F_D und F_D' werden vorzugsweise gleich groß gewählt. Durch den Gegendruck p_G wird der Wulst (Blechbereich 1.2) zwischen Stempel 2 und Niederhalter 4 beidseitig hydraulisch belastet, wodurch nun der Druck p um den Gegendruck p_G erhöht werden kann, ohne daß sich ein Bersten des Bleches 1 im Bereich 1.2 ergibt. Die regel- bzw. steuerbaren Dichtungsdrücke p_D und p_D' ermöglichen die zuverlässige Abdichtung von Druckraum 7 und Gegendruckraum 8. Neben diesem Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, den Dichtungsdruck p_D direkt auf die Dichtungen 5.1 und 5.3 aufzubringen (nicht dargestellt).
Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Dichtungssystems ist es erstmalig möglich, Drücke p_G aufzubringen, die über dem eigentlichen Berstdruck des Bleches 1 liegen und gleichzeitig die zuverlässige Dichtheit zu gewährleisten. Dadurch wird eine bessere Qualität der Ziehteile bei gleichzeitiger Erhöhung des Ziehverhältnisses erzielt.

Claims

Verfahren zum hydromechanischen Tiefziehen wobei ein zwischen zwei Werkzeughälften in Form eines Niederhalters (4) und eines Ziehrings (3) umfangsseitig geführtes Blech (1) während des Tiefziehvorganges mittels eines Stempels (2) mit einer Stempelkraft (Fst) und über einen im Ziehring (3) angeordneten Druckraum (7) mittels eines Druckmediums mit einem Druck (p) beaufschlagt wird und der Niederhalter (4) mit einer Niederhalterkraft (F_N) auf den Flanschbereich (1.1) des Bleches (1) drückt und der Druckraum (7) mittels einer zwischen dem Ziehring (3) und dem Flanschbereich (1.1) des Bleches (1) angeordneten ersten Dichtung (5.1) abgedichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Druckraum (7) gegenüberliegenden Seite des Bleches (1) zwischen Stempel (2) und Niederhalter (4) durch eine entsprechende Dichtungsanordnung ein Gegendruckraum (8) gebildet wird, in welchem über eine Druckzuführung (Z) ein Gegendruck (p_G) aufbaubar ist, der dem Druck (p) entgegenwirkt, so daß der zwischen Stempel (2) und Niederhalter (4) liegende Blechbereich (1.2) beidseitig mit Druck beaufschlagt wird, wodurch der im Druckraum (7) herrschende Druck (p) um den Gegendruck (p_G) ohne Bersten des Blechbereiches (1.2) erhöht werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegendruck (p_G) in Abhängigkeit vom Druck (p) über den Stempelweg (s) gesteuert bzw. geregelt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Dichtung (5.2) zwischen dem Niederhalter (4) und dem Stempel (2) und eine dritte Dichtung (5.3) zwischen dem Niederhalter (4) und dem Flanschbereich (1.1) des Bleches (1) angeordnet sind und daß eine oder beide Dichtungen (5.1 und 5.3) in Richtung des Flanschbereiches (1.1) des Bleches (1) mit einer axialen Dichtungskraft (F_D, F_D') beaufschlagt werden können, wobei diese über die Drücke (p₁ und p₂) bzw. (p₁' und p₂') so steuerbar sind, daß je nach Druck (p), Gegendruck (p_G) und Niederhalterkraft (F_N) eine einwandfreie Abdichtung des Druckraumes (7) und/oder des Gegendruckraumes (8) gegeben ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungskräfte (F_D, F_D') in Abhängigkeit vom Stempelweg (s) steuerbar sind.
Einrichtung zum hydromechanischen Tiefziehen, bei dem ein zwischen zwei Werkzeughälften in Form eines Niederhalters (4) und eines Ziehrings (3) umfangsseitig. geführtes Blech (1) während des Tiefziehvorganges mit einem Stempel (2) über ein Druckmedium und eine entsprechende Druckzuleitung (Z) mit einem Druck (p) beaufschlagt wird, wobei zwischen dem Einlaufradius (3.1) des Ziehrings (3), unter welchem sich der Druckraum (7) befindet, und dem Flanschbereich (1.1) des Bleches (1) eine erste Dichtung (5.1) angeordnet ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Stempel (2) und Niederhalter (4) eine zweite Dichtung (5.2) und zwischen Niederhalter und dem Flanschbereich (1.1) des Bleches (1) eine dritte Dichtung (5.3) angeordnet sind, so daß zwischen dem Stempel (2), dem Niederhalter (4) und dem sich dazwischen befindlichen Blechbereich (1.2) ein Gegendruckruckaum (8) gebildet wird.
Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Dichtungen (5.1, 5.3) in einer Ringnut angeordnet und axial in Richtung zum Blech (1) mit einer Dichtungskraft (F_D, F_D') beaufschlagbar sind.
Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Flanschbereich (1.1) des Bleches (1) gegenüberliegenden Seite der Dichtung (5.1) und/oder (5.3) Ringkolben (9, 9') angreifen, welche die Dichtungskräfte (F_D, F_D') während des hydromechanischen Tiefziehens auf die Dichtungen (5.1 bzw. 5.3) übertragen.
Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkolben (9, 9') jeweils in einem Ringzylinder (10, 10') angeordnet sind, wobei in dem in Richtung zur Dichtung (5.1, 5.3) weisenden ersten Bereich (10.1, 10.1') der Ringzylinder (10, 10') ein Druck (p1, p1') und in seinem gegenüberliegenden zweiten Bereich (10.2, 10.2') ein Druck (p2, p2') vorhanden ist.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (10.1) über eine Druckzuführung (Z1) und der zweite Bereich (10.2) des Ringzylinders (10) über eine Druckzuführung (Z2) mit den Drücken (p1) bzw. (p2) und/oder daß der erste Bereich (10.1') über eine Druckzuführung (Z1') und der zweite Bereich (10.2') des Ringzylinders (10') über eine Druckzuführung (Z2') mit den Drücken (p1') bzw. (p2') beaufschlagbar sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehring (3) und der Niederhalter (4) im Bereich der Ringzylinder (10, 10') senkrecht zur Stempelachse (AS) geteilt sind und daß in den Teilebenen (T, T') beidseitig von den Ringzylindern (10 bzw. 10') Dichtungen (11, 12 bzw. 11', 12') angeordnet sind.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (5.1 und 5.3) einander fluchtend gegenüberliegend am Blech (1) angeordnet sind.