EP1063028B2 - Press for external hydroforming - Google Patents
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- B21D24/00—Special deep-drawing arrangements in, or in connection with, presses
- B21D24/04—Blank holders; Mounting means therefor
- B21D24/08—Pneumatically or hydraulically loaded blank holders
Definitions
- the invention relates to a press, in particular a forming press which operates on the method of external high pressure forming according to the preamble of patent claim 1, which performs the forming process due to the proposed arrangement of the drive and forming assemblies with a small number of functional steps and characterized by a compact rigid design distinguished. Furthermore, a sheet metal holder system is proposed with a high flexibility and low height.
- the press is based on the task of working as a universal or combination press for the particular purpose, of course, not optimally designed.
- the invention has for its object to provide a press high rigidity for the external high pressure forming, which allows a reduction of the process steps in which the liquid box can be arranged stationary and which has a freely selectable and needs-based arrangement of the blank holder cylinder.
- the invention is based on the idea to choose the arrangement of the fluid cylinder so that a rigid and compact design is ensured by a direct position in the power flow.
- a common method of ram and blank holder only one Verfahrzylinder is required and the sheet holding cylinder can be designed as pure Kurzhubzylinder.
- These short stroke cylinders are not arranged in a rigid system, but the number and their arrangement can be optimally selected according to the requirements of the forming process for the respective workpieces. Appropriate detachable connections to the one or more energy-carrying lines are provided.
- the working cylinder carrying the tool are integrated directly in the ram.
- the regulation of the back pressure takes place in the stationary fluid box, whereby a stationary piping is made possible, which is another advantage in a high-pressure operation.
- the entire process consists of a total of 11 functional steps which overlap in some cases.
- a high number of cycles and economical use of the press is guaranteed.
- a favorable energy balance due to small amounts of oil required results from the common displacement cylinder for ram and blank holder and the use of the short-stroke cylinder for controlling the plate holding force and the structure of the maximum clamping force. Since the short-stroke cylinders do not travel along the forming path, but only execute a stroke of a few millimeters, this results in a low-cost design with a low overall height. This is also advantageous if a multi-point support is required due to the workpiece geometry.
- Figure 1 shows the basic structure of the forming press, consisting of press stand 1, plunger 2, plate holder 3, table 4, drive cylinder 5, working cylinder 6, short-stroke cylinder 7, 8 lock, tool 9, fluid box 10 and board eleventh
- Drive cylinder 5 has lowered plunger 2 with plate holder 3 so far that the blank holder 3 touches down on the board 11.
- About the short-stroke cylinder 7 is a regulated pressure build-up for the sheet holding force in response to the forming process.
- the number and arrangement of the short-stroke cylinder 7 is selected depending on the tool and the board. Determinants of the tool are e.g. the tool size and the tool contour, with the board are among other mechanical material properties, forming speeds and tribological processes important.
- each short-stroke cylinder 7 can be controlled individually or joined together in groups.
- the tool is moved to its lowest position 13, e.g. is limited by stops and is locked by retractable tool distances 12 shown in Figure 3.
- This locking is required to safely support a high pressure which is built up to complete the forming process in the fluid box 10.
- a high pressure which is built up to complete the forming process in the fluid box 10.
- the workpiece is pressed and formed in a kind of calibration in the tool contour.
- a maximum plate holding force is generated by short-stroke cylinder 7, which ensures a secure clamping of the board or workpiece edge.
- the strains or compressions of the press components occurring as a result of these forces are compensated for in an advantageous manner by the arrangement and the stroke of the short-stroke cylinders 7.
- Fluid couplings 16 are used to connect the respective short-stroke cylinder with the power supply.
- a holding or tool top plate 17 is connected to the plunger 2 and allows easy installation and removal of the working cylinder. 6
- FIG. 2 shows the situation at bottom dead center.
- the pressure medium 14 is subjected to a maximum pressure in which the final component geometry is formed in a plasticizing forming process.
- a subsequent flow of the clamped edge of the board is undesirable in this calibration process and is reliably prevented by the maximum clamping force generated by the Kurzhubzylindern 7.
- the large forces occurring in this phase are absorbed by cooperation with the retracted ram locks 8 and tool spacers 12 in a closed-system manner.
- FIG. 3 is a sectional view showing an arrangement of the short-stroke cylinders 7. As already mentioned, both the arrangement and the number of short-stroke cylinders 7 can be freely selected according to the component.
- the movable tool distances are denoted by 12 and the associated displacement cylinder 15. In the position shown, the tool distances 12 are extended, i. the tool 9 is no longer locked.
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Description
Die Erfindung betrifft eine Presse, insbesondere eine Umformpresse die nach dem Verfahren der Außenhochdruckumformung arbeitet gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die aufgrund der vorgeschlagenen Anordnung der Antriebs- und Umformbaugruppen mit einer geringen Zahl von Funktionsschritten den Umformprozeß durchführt und die sich durch eine kompakte steife Bauform auszeichnet. Weiterhin wird ein Blechhaltersystem mit einer hohen Flexibilität bei geringer Bauhöhe vorgeschlagen.The invention relates to a press, in particular a forming press which operates on the method of external high pressure forming according to the preamble of patent claim 1, which performs the forming process due to the proposed arrangement of the drive and forming assemblies with a small number of functional steps and characterized by a compact rigid design distinguished. Furthermore, a sheet metal holder system is proposed with a high flexibility and low height.
Das Außenhochdruckumformen (AHU), auch als hydromechanisches Ziehverfahren oder hydrostatisches Kaltverfahren bezeichnet, ist seit vielen Jahren bekannt. In der DE 12 40 801 von 1961 ist das Verfahren bereits ausführlich beschrieben, auf diese Beschreibung wird verwiesen. Der verstärkte Einsatz der Außenhochdruckumformung als preiswerte Alternative bei der Kleinserienfertigung führt zu einem wachsenden Bedarf entsprechend ausgerüsteter Umformpressen. Vorteilhaft auf eine Verfahrensverbesserung wirken sich auch die Entwicklungen in der hydraulischen und elektronischen Regelungstechnik aus. Eine auch nach dem Außenhochdruckumformen arbeitenden Kombipresse ist in der DE 198 19 950 offenbart. Zusätzlich ist diese als Hydraulikpresse ausgebildete Maschine noch für die Umformung durch Innenhochdruck und als Tiefziehpresse konzipiert. Für den Einsatzfall Außenhochdruckumformen ergeben sich dann folgende Verfahrensschritte :
- 1 Platine einlegen
- 2 Niederhalter nach unten fahren
- 3 Flüssigkeitskasten mittels Arbeitszylinder hochfahren
- 4 Niederhalterkraft aufbringen
- 5 Stößel nach unten fahren
- 6 Kurz vor Stößellage unterer Totpunkt (UT) fahren die Arbeitszylinder auf
- 7 Regelung Flüssigkeitsdruck in Flüssigkeitskasten
- 8 Stößel fährt in UT und einfahren von Verriegelungen
- 9 Arbeitszylinder fahren weiter aufwärts und Niederhalterzylinder werden verdrängt
- 10 Durch weiteres hochfahren des Flüssigkastens wird die eingespannte Platine über das auf den fixierten Stößel befindliche Werkzeug gezogen
- 11 Niederhalter wird auf Block mit den Distanzen und dem Oberholm gedrückt
- 12 Arbeitszylinder erhöhen Schließdruck
- 13 Im Flüssigkeitskasten wird ein fluidischer Hochdruck aufgebaut, durch Plastifizierungsvorgang wird die Werkstückkontur ausgebildet
- 14 Druckentlastung
- 15 Arbeitszylinder senken Flüssigkeitskasten ab
- 16 Verriegelung wird ausgefahren
- 17 Stößel mit Niederhalter wird aufgefahren
- 18 Werkstück wird entnommen
- Insert 1 board
- 2 Lower hold down
- 3 Start fluid box by means of working cylinder
- Apply 4 hold down force
- Drive 5 rams down
- 6 Shortly before the ram position bottom dead center (UT), the working cylinders start up
- 7 Control fluid pressure in fluid box
- 8 ram moves to UT and retracts from interlocks
- 9 working cylinders continue to move upwards and hold-down cylinders are displaced
- 10 When the liquid box is raised again, the clamped circuit board is pulled over the tool located on the fixed ram
- 11 Downholder is pressed on block with the distances and the top bar
- 12 working cylinders increase closing pressure
- 13 In the fluid box, a fluidic high pressure is built up, by plasticizing the workpiece contour is formed
- 14 pressure relief
- 15 working cylinders lower the fluid box
- 16 Lock is extended
- 17 ram with hold-down is raised
- 18 workpiece is removed
Neben der Vielzahl der Prozeßschritte ist die Presse ausgehend von der Aufgabe als Universal- bzw. Kombipresse zu arbeiten für den jeweiligen Verwendungszweck natürlich nicht optimal gestaltet.In addition to the large number of process steps, the press is based on the task of working as a universal or combination press for the particular purpose, of course, not optimally designed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Presse hoher Steifigkeit für das Außenhochdruckumformen vorzuschlagen, welche eine Reduzierung der Prozeßschritte ermöglicht, bei der der Flüssigkeitskasten stationär angeordnet werden kann und welche über eine frei wählbare und bedarfsgerechte Anordnung der Blechhalterzylinder verfügt.The invention has for its object to provide a press high rigidity for the external high pressure forming, which allows a reduction of the process steps in which the liquid box can be arranged stationary and which has a freely selectable and needs-based arrangement of the blank holder cylinder.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Umformpresse nach dem Oberbegriff des Anspruch 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 1 gelöst. In den Unteransprüchen werden vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen vorgeschlagen.This object is achieved on the basis of a forming press according to the preamble of claim 1, by the characterizing features of claim 1. In the dependent claims advantageous and expedient refinements are proposed.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Anordnung der Fluidzylinder so zu wählen, daß durch eine direkte Lage im Kraftfluß eine steife und kompakte Bauform gewährleistet ist. Durch ein gemeinsames Verfahren von Stößel und Blechhalter ist nur ein Verfahrzylinder erforderlich und die Blechhaltezylinder können als reine Kurzhubzylinder ausgeführt werden. Diese Kurzhubzylinder sind nicht in einem starren System angeordnet, sondern die Anzahl und deren Anordnung ist entsprechend den Anforderungen des Umformprozesses für die jeweiligen Werkstücke optimal wählbar. Entsprechende kuppelbare Anschlüsse zu der oder den energieführenden Leitungen sind vorgesehen.The invention is based on the idea to choose the arrangement of the fluid cylinder so that a rigid and compact design is ensured by a direct position in the power flow. By a common method of ram and blank holder only one Verfahrzylinder is required and the sheet holding cylinder can be designed as pure Kurzhubzylinder. These short stroke cylinders are not arranged in a rigid system, but the number and their arrangement can be optimally selected according to the requirements of the forming process for the respective workpieces. Appropriate detachable connections to the one or more energy-carrying lines are provided.
Die das Werkzeug tragenden Arbeitszylinder sind direkt im Stößel integriert. Die Regelung des Gegendruckes findet im stationären Flüssigkeitskasten statt, wodurch eine ortsfeste Verrohrung ermöglicht wird, was bei einem Hochdruckbetrieb einen weiteren Vorteil darstellt.The working cylinder carrying the tool are integrated directly in the ram. The regulation of the back pressure takes place in the stationary fluid box, whereby a stationary piping is made possible, which is another advantage in a high-pressure operation.
Der Prozeßablauf ist wie folgt:
- 1 Platine einlegen
- 2 Gemeinsame Abwärtsbewegung von Stößel und Blechhalter
- 3 Verriegeln von Stößel mit Blechhalter durch einfahrende Distanzstücke
- 4 Abfahren des Werkzeuges durch Arbeitszylinder in den Flüssigkeitskasten dabei
- 4.1 Druckregelung im Flüssigkeitskasten
- 4.2 Regelung der Blechhaltekraft über Kurzhubzylinder
- 5 Verriegelung des Werkzeuges im unteren Totpunkt
- 6 Aufbau der maximalen Blechhaltekraft über Kurzhubzylinder
- 7 Hochdruckaufbau im Flüssigkasten und Plastifizierungsvorgang des Werkstückes (Kalibrierung)
- 8 Druckentlastung
- 9 Verriegelung wird ausgefahren
- 10 Stößel mit Niederhalter wird aufgefahren
- 11 Werkstück wird entnommen
- Insert 1 board
- 2 Joint downward movement of plunger and blank holder
- 3 Locking plunger with blank holder by retracting spacers
- 4 Moving the tool through the working cylinder into the fluid box
- 4.1 Pressure control in the fluid box
- 4.2 Control of the plate holding force via short-stroke cylinders
- 5 Locking of the tool at bottom dead center
- 6 Structure of maximum plate holding force via short-stroke cylinder
- 7 high-pressure build-up in the liquid box and plasticizing process of the workpiece (calibration)
- 8 pressure relief
- 9 Lock is extended
- 10 ram with hold-down is raised
- 11 workpiece is removed
Damit besteht der gesamte Prozeßablauf aus insgesamt 11 Funktionsschritten die sich teilweise auch noch überlagern. Somit ist als weiterer Vorteil auch eine hohe Taktzahl und ein wirtschaftlicher Einsatz der Presse gewährleistet.Thus, the entire process consists of a total of 11 functional steps which overlap in some cases. Thus, as a further advantage, a high number of cycles and economical use of the press is guaranteed.
Eine günstige Energiebilanz durch geringe erforderliche Ölmengen ergibt sich durch den gemeinsamen Verfahrzylinder für Stößel und Blechhalter und die Verwendung der Kurzhubzylinder zur Regelung der Blechhaltekraft und dem Aufbau der maximalen Zuhaltekraft. Da die Kurzhubzylinder den Umformweg nicht mitfahren, sondern nur einen Hub von wenigen Millimetern ausführen, ergibt sich eine preiswerte Bauform mit einer geringen Bauhöhe. Dieses ist auch von Vorteil, wenn aufgrund der Werkstückgeometrie eine Vielpunktabstützung erforderlich ist.A favorable energy balance due to small amounts of oil required results from the common displacement cylinder for ram and blank holder and the use of the short-stroke cylinder for controlling the plate holding force and the structure of the maximum clamping force. Since the short-stroke cylinders do not travel along the forming path, but only execute a stroke of a few millimeters, this results in a low-cost design with a low overall height. This is also advantageous if a multi-point support is required due to the workpiece geometry.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden FigurenbeschreibungFurther details and advantages of the invention will become apparent from the following description of the figures
Diese Figuren zeigen:
- Figur 1:
- Frontansicht der Umformpresse in Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie A-A in
Figur 3 - Figur 2:
- Seitenansicht der Umformpresse in Schnittdarstellung B-B, jedoch Werkzeug im unteren Totpunkt
- Figur 3:
- Draufsicht der Umformpresse gemäß Schnittlinie C-C
- FIG. 1:
- Front view of the forming press in a sectional view along section line AA in Figure 3
- FIG. 2:
- Side view of the forming press in section BB, but tool at bottom dead center
- FIG. 3:
- Top view of the forming press according to section line CC
Figur 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Umformpresse, bestehend aus Pressenständer 1, Stößel 2, Blechhalter 3, Tisch 4, Fahrzylinder 5, Arbeitszylinder 6, Kurzhubzylinder 7, Verriegelung 8, Werkzeug 9, Flüssigkeitskasten 10 und Platine 11.Figure 1 shows the basic structure of the forming press, consisting of press stand 1,
In der Darstellung ist der Beginn des Umformvorganges zu ersehen. Fahrzylinder 5 hat Stößel 2 mit Blechhalter 3 soweit abgesenkt, daß der Blechhalter 3 auf der Platine 11 aufsetzt. Über die Kurzhubzylinder 7 erfolgt ein geregelter Druckaufbau für die Blechhaltekraft in Abhängigkeit von dem Umformvorgang. Die Zahl und Anordnung der Kurzhubzylinder 7 wird in Abhängigkeit des Werkzeuges und der Platine gewählt. Bestimmungsgrößen bei dem Werkzeug sind z.B. die Werkzeuggröße und die Werkzeugkontur, bei der Platine sind unter anderem mechanische Werkstoffeigenschaften, Umformgeschwindigkeiten und tribologische Vorgänge wichtig.In the illustration, the beginning of the forming process can be seen. Drive
Zur Erreichung der gewünschten Umformergebnisse kann jeder Kurzhubzylinder 7 einzeln geregelt werden oder in Gruppen zusammengeschlossen sein.To achieve the desired forming results, each short-
Im weiteren Prozeßablauf fahren die im Stößel 2 integrierten Arbeitszylinder 6 mit dem Werkzeug 9 gegen das im Flüssigkeitskasten 10 befindliche Flüssigkeitspolster. Eine nicht näher dargestellte Druckregeleinrichtung regelt den erforderlichen Druck des Flüssigkeitspolsters ein.In the further course of the process, the working cylinders 6 integrated in the
Das Werkzeug wird in seine tiefste Lage 13 gefahren, die z.B. durch Anschläge begrenzt ist und wird durch in Figur 3 dargestellte einfahrbare Werkzeugdistanzen 12 verriegelt. Diese Verriegelung ist erforderlich um einen hohen Druck der zum Abschluß des Umformvorganges in dem Flüssigkeitskasten 10 aufgebaut wird sicher abzustützen. Durch diesen Druck wird das Werkstück in einer Art Kalibrierung in die Werkzeugkontur gedrückt und ausgeformt. Zu diesem Zweck wird durch Kurzhubzylinder 7 eine maximale Blechhaltekraft erzeugt, die eine sichere Einspannung des Platinen- bzw. Werkstückrandes gewährleistet. Die durch diese Kräfte auftretenden Dehnungen bzw. Stauchungen der Pressenbauteile werden in vorteilhafter Weise durch die Anordnung und den Hub der Kurzhubzylinder 7 ausgeglichen. Fluidkupplungen 16 dienen zur Verbindung der jeweils erforderlichen Kurzhubzylinder mit der Energieversorgung. Eine Halte- oder Werkzeugoberplatte 17 ist mit dem Stößel 2 verbunden und ermöglicht einen einfachen Ein- und Ausbau der Arbeitszylinder 6.The tool is moved to its
Figur 2 zeigt die Situation im unteren Totpunkt. Im Flüssigkeitskasten 10 ist das Druckmedium 14 mit einem maximalen Druck beaufschlagt in dem in einem plastifizierenden Umformvorgang die endgültige Bauteilgeometrie ausgeformt wird. Ein nachfließen des eingespannten Platinenrandes ist bei diesem Kalibrierungsvorgang unerwünscht und wird durch die von den Kurzhubzylindern 7 erzeugte maximale Zuhaltekraft sicher verhindert. Die in dieser Phase auftretenden großen Kräfte werden durch Zusammenwirkung mit den eingefahrenen Stößelverriegelungen 8 und Werkzeugdistanzen 12 in einer Art geschlossenen System aufgenommen. Hier zeigt sich eine weiterer Vorteil der gewählten Anordnung, da die Kompressibilität des Fluidmediums im wesentlichen bei diesem Konzept ausgeschlossen ist.FIG. 2 shows the situation at bottom dead center. In the
Figur 3 ist eine Schnittdarstellung die eine Anordnung der Kurzhubzylinder 7 zeigt. Wie bereits erwähnt ist sowohl die Anordnung als auch Anzahl der Kurzhubzylinder 7 entsprechend dem Bauteil frei wählbar. Die verfahrbaren Werkzeugdistanzen sind mit 12 und die zugehörigen Verschiebezylinder mit 15 bezeichnet. In der gezeigten Lage sind die Werkzeugdistanzen 12 ausgefahren, d.h. das Werkzeug 9 ist nicht mehr verriegelt.FIG. 3 is a sectional view showing an arrangement of the short-
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Ausgestaltungen im Rahmen des geltenden Anspruch 1.
- 1
- Pressenständer
- 2
- Stößel
- 3
- Blechhalter
- 4
- Tisch
- 5
- Fahrzylinder
- 6
- Arbeitszylinder
- 7
- Kurzhubzylinder
- 8
- Verriegelung
- 9
- Werkzeug
- 10
- Flüssigkeitskasten
- 11
- Platine
- 12
- Werkzeugdistanzen
- 13
- Werkzeug UT
- 14
- Druckmedium
- 15
- Verschiebezylinder
- 16
- Fluidkupplung
- 17
- Halteplatte
- 1
- press stand
- 2
- tappet
- 3
- blankholder
- 4
- table
- 5
- driving cylinder
- 6
- working cylinder
- 7
- Short stroke
- 8th
- lock
- 9
- Tool
- 10
- A fluid header
- 11
- circuit board
- 12
- tool distances
- 13
- Tool UT
- 14
- print media
- 15
- displacement cylinder
- 16
- fluid coupling
- 17
- Retaining plate
Claims (8)
- Press for external hydroforming with a lockable ram (2) which can be moved up and down and a plate holder (3), with a plate holder cylinder (7), with pressure-regulated fluid box (10) receiving pressure medium (14) and with working cylinder (6) for shaping, characterised in that ram (2) and a plate holder (3) are driven together when they are moved up and down, wherein the plate hold cylinder (7) being designed as a short stroke cylinder and the working cylinder (6) bearing the tool being integrated in the ram (2).
- Press for external hydroforming according to claim 1, characterised in that ram (2) and a plate holder (3) can be driven by a common driving cylinder (5).
- Press for external hydroforming according to claim 1, characterised in that short stroke cylinders (7) are freely selectable in arrangement and/or number.
- Press for external hydroforming according to claim 1, characterised in that fluid couplings (16) are provided on the ram (2).
- Press for external hydroforming according to claim 1, characterised in that short stroke cylinders (7) can be controlled individually or in groups.
- Press for external hydroforming according to claim 1, characterised in that short stroke cylinders (7) can be pressure-regulated according to predetermined desired curves for the plate holding force.
- Press for external hydroforming according to claim 1, characterised in that short stroke cylinder (7) can be subjected to pressure in such a way that the blank (11) can be fixed.
- Press for external hydroforming according to claim 1, characterised in that the tool (9) can be locked by tool spacers (12).
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