[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Warmumformung von Aluminiumblechen.
Die Vorrichtung umfasst eine Pressvorrichtung mit einem Warmumformungsreckziehwerkzeug,
welches ein erstes Werkzeug und ein mit dem ersten Werkzeug formschlüssig schließbares
zweites Werkzeug umfasst.
[0002] Zur Warmumformung von Aluminiumblechen ist es, ähnlich wie bei Stahlblechen, bekannt,
die Bleche einem Tiefziehverfahren oder einem Streckziehverfahren, auch Reckziehverfahren
genannt, zu unterziehen. Im Reckziehverfahren wird das zu verformende Blech in einem
umlaufenden Niederhaltebereich absolut festgehalten, so dass dieser Bereich nicht
am Umformprozess teilnimmt.
[0003] Ein entsprechendes Verfahren und eine Vorrichtung hierzu ist beispielsweise aus
DE 36 10 022 C2 der Anmelderin bekannt, mit denen Sicken in einem Blech hergestellt werden können.
Dabei wird das Blech in dem Bereich, der einen zur Einformung einer Sicke vorgesehenen
Verformungsbereich umgibt, zwischen einem Unterwerkzeug und einem Oberwerkzeug miteinander
zugewandten Pressflächen, welche jeweils eine Ausnehmung aufweisen, fest eingespannt
und mit seinem Verformungsbereich über einen Sickenbalken gezogen. Das Blech wird
zwischen dem an einem Presstisch vorgesehenen Unterwerkzeug und dem an einem diesem
gegenüber beweglich angeordneten, an einem Pressbalken vorgesehenen Oberwerkzeug eingelegt
und das Oberwerkzeug mit dem Unterwerkzeug kraftschlüssig verbunden.
[0004] Im Unterschied dazu bedeutet das Tiefziehen, dass das zu verformende Blech im Niederhaltebereich
kontrolliert nachfließt und somit am Umformprozess teilnimmt. Die Zuschnittsplatine
ist in der Draufsicht vor dem Umformprozess größer als nach dem Umformprozess. Ein
Tiefziehverfahren von Aluminiumblechen in einer Warmumformung ist unter anderem in
DE 10 2006 035 239 B3 beispielhaft offenbart. In diesem Fall wird eine erwärmte Metallschmelze oder Salzschmelze
verwendet, deren Volumen zuvor geregelt wird, um das umzuformende Metallbauteil auf
die richtige Temperatur zu bringen.
[0005] Aluminiumbleche stellen für Warmumformungsprozesse eine Herausforderung dar, denn
Aluminiumlegierungen der 5000er-Klasse haben bei Raumtemperatur eine Bruchdehnung
A5 von ca. 20 %. Wegen dieser Limitierung ist die leistbare Formänderungsarbeit im
Tiefziehverfahren allerdings relativ begrenzt. Bei Einsatz des Reckziehverfahrens
ist die leistbare Formänderungsarbeit noch erheblich begrenzter, da diese im Wesentlichen
im Bereich der Ziehstempel- und Matrizenradien auftritt, also im Randbereich der Ziehstempel
bzw. Matrizen. Unter sonst gleichen Bedingungen tritt das Versagen des Aluminiumblechs
in Form von sogenannten Reißern daher beim Reckziehverfahren erheblich früher auf
als beim Tiefziehverfahren.
[0006] Müssen trotzdem erheblich höhere Formänderungsarbeiten verschiedener Aluminiumlegierungen
ausgeführt werden, so muss die Umformung, je nach Anforderung, im Blechtemperaturbereich
von ca. 350 °C (Halbwarmumformung) bis zu ca. 540 °C (Warmumformung) erfolgen. In
diesem Temperaturbereich haben Aluminiumbleche eine teigige Konsistenz, und es muss
sichergestellt werden, dass es beim Ziehvorgang nicht zu Reißern im Blech kommt.
[0007] Eine weitere Einschränkung ist die mangelnde Flexibilität des Tiefziehverfahrens,
weil Tiefziehwerkzeuge für die Halbwarm- bzw. Warmumformung extrem kostenintensiv
sind, weshalb Änderungen vermieden werden. Sollen beispielsweise mehrere Vertiefungen
in das Aluminiumblech eingebracht werden, so sind mit der Dimensionierung des Werkzeugs
auch die Abstände zwischen den Vertiefungen und deren Dimensionen festgelegt. Änderungen
der Abstände oder der Dimensionierung erfordern dann kostenintensive neue Werkzeuge.
[0008] Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
und ein Verfahren zu schaffen, mit denen es möglich ist, Aluminiumbleche einer Warmumformung
zu unterziehen, wobei auch bei hoher Formänderungsarbeit eine hohe Flexibilität gewährleistet
wird.
[0009] Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Warmumformung von Aluminiumblechen
mittels Reckziehens, umfassend eine Pressvorrichtung mit einem Warmumformungsreckziehwerkzeug,
welches ein erstes Werkzeug, insbesondere Unterwerkzeug, und ein mit dem ersten Werkzeug
formschlüssig schließbares zweites Werkzeug, insbesondere Oberwerkzeug, umfasst, wobei
das erste Werkzeug eine erste Grundplatte mit einem beheizbaren Ziehstempel, wenigstens
einem ersten beheizbaren Niederhalter, wenigstens einem ersten kühlbaren Niederhalter
und wenigstens einem druckregulierbaren ersten Niederhaltezylinder umfasst, wobei
das zweite Werkzeug eine zweite Grundplatte mit einem beheizbaren Matrizenteil, wenigstens
einem beheizbaren Blechgegenhalter, wenigstens einem zweiten kühlbaren Niederhalter
und wenigstens einem druckregulierbaren zweiten Niederhaltezylinder umfasst, wobei
die erste Grundplatte oder die zweite Grundplatte an einer beweglichen, insbesondere
weg- und kraftgesteuerten, Vorrichtung der Pressvorrichtung befestigt ist, wobei mittels
der ersten und zweiten Werkzeuge ein Niederhalten eines Randes eines Aluminiumblechs
und ein Reckziehen über das beheizbare Matrizenteil ermöglicht wird.
[0010] Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, dass anstelle eines Tiefziehverfahrens
ein Reckziehverfahren eingesetzt wird, bei dem das Aluminiumblech für jeden Reckziehvorgang
in einem umfänglichen Niederhaltebereich festgehalten wird, so dass der jeweils äußere
Teil des Aluminiumblechs nicht an der Umformung teilnimmt. Dieser steht für weitere
Umformungsprozesse zur Verfügung, so dass durch mehrmaliges Reckziehen mit der gleichen
Vorrichtung und dem gleichen Werkzeug eine Serie von gleichartigen, aber gegebenenfalls
unterschiedlich beabstandeten, Vertiefungen in das Blech eingebracht werden kann.
[0011] In dem ersten Werkzeug und dem zweiten Werkzeug sind die beheizbaren Niederhalteelemente,
also der beheizbare Niederhalter und der beheizbare Blechgegenhalter, jeweils benachbart
zum beheizbaren Ziehstempel bzw. zum beheizbaren Matrizenteil angeordnet, wobei radial
nach außen die jeweils kühlbaren Niederhalter Elemente, also der erste kühlbare Niederhalter
und der zweite kühlbare Niederhalter, folgen. Diese bewirken in dem Aluminiumblech
im Niederhaltebereich einen Temperaturgradienten, der von innen nach außen abnimmt,
so dass der äußere Bereich des Aluminiumblechs im Niederhaltebereich eine geringe
Temperatur aufweist, welche das Blechmaterial gegenüber dem Reckziehprozess stabilisiert
und sicherstellt, dass der äußere Bereich nicht umgeformt wird.
[0012] Diese Maßnahme ist besonders günstig für die Verwendung der Vorrichtung zum mehrfachen
Reckziehen an einem Aluminiumblech mit zwischenzeitlichem Verschieben des Aluminiumblechs
von einer ersten in eine zweite Position usw.
[0013] In Ausführungsformen sind im ersten Werkzeug ein nicht kühlbarer Druckaufnahmekörper
und im zweiten Werkzeug ein nicht kühlbarer Druckverteilungskörper angeordnet, welche
insbesondere im Querschnitt an die Abmessungen des Ziehstempels und des Matrizenteils
angepasst sind.
[0014] Vorzugsweise befinden sich zwischen den beheizbaren Werkzeugelementen und den kühlbaren
Werkzeugelementen und/oder den nicht kühlbaren Werkzeugelementen jeweils druckfeste
Isolationsmaterialien. Diese druckfesten Isolationsmaterialien ermöglichen es, die
beheizbaren Elemente und die kühlbaren Elemente thermisch voneinander besser zu trennen
und somit einen verbesserten Temperaturverlauf im Aluminiumblech zu realisieren.
[0015] In Ausführungsformen weisen die beheizbaren Werkzeugelemente jeweils eine oder mehrere
Heizkartuschen auf. Bei den Heizkartuschen kann es sich um elektrische Widerstände
handeln, welche Wärme proportional zu Stromstärke abgeben, wenn sie von einem Strom
geschlossen werden. Vorteilhafterweise weisen die beheizbaren Werkzeugelemente jeweils
eine eigene Temperaturregelung auf, insbesondere mit eigener Datenspeicherung. Auf
diese Weise ist es möglich, das umzuformende Aluminiumblech entsprechend den lokalen
Notwendigkeiten der Formänderungsarbeit in unterschiedlichen Bereichen lokal unterschiedlich
zu erhitzen.
[0016] In Ausführungsformen weisen eines oder mehrere der beheizbaren Werkzeugelemente und/oder
eines oder mehrere der kühlbaren Werkzeugelemente einen oder mehrere Temperatursensoren
auf, die, insbesondere oberflächennah oder in der Oberfläche dem Aluminiumblech zugewandt,
so angeordnet sind, dass eine Temperatur des Aluminiumblechs im Bereich des jeweiligen
Temperatursensors ermittelbar ist. Die Temperatur des Aluminiumblechs kann auch indirekt
ermittelt werden, beispielsweise durch Messung der temperaturabhängigen Formänderungsarbeit
bei der Umformung in Abhängigkeit der erreichten Verformung. Vorteilhaft ist es, wenn
die Temperatur über die gesamte Fläche des Aluminiumblechs überwacht wird, die am
Warmumformprozess teilnimmt.
[0017] Wenn vorteilhafterweise eine Wegmessvorrichtung am Warmumformungsreckziehwerkzeug
vorhanden ist, die ausgebildet und eingerichtet ist, die Bewegung und Geschwindigkeit
des bewegten ersten oder zweiten Werkzeugs gegenüber dem nicht bewegten zweiten oder
ersten Werkzeug zu regeln, insbesondere in Verbindung mit der beweglichen weg- und
kraftgesteuerten Vorrichtung der Pressvorrichtung sowie der Temperatursteuerung der
beheizbaren Werkzeugelemente, so ist eine sehr genaue und sichere Prozessführung gewährleistet.
Bei der Bewegung des beweglichen Werkzeugs wird bei der Weg- und Kraftsteuerung sowohl
der von dem Ziehstempel bzw. dem beweglichen Werkzeug zurückgelegte Weg als auch die
dafür aufgebrachte Kraft gemessen und mit Sollwerten verglichen. Für einen sicheren
Umformungsprozess sollte sich die Kraft in Abhängigkeit des zurückgelegten Weges innerhalb
eines vorgegebenen Wertekorridors bewegen, um zu vermeiden, dass es zu Reißern im
Aluminiumblech kommt. Sobald dieser vorgegebene Wertekorridor verlassen wird, wird
der Prozess unterbrochen, um das Material des Aluminiumblechs wieder auf die vorgegebene
Temperatur zu bringen, in dem auch die aufgewendete Kraft wieder in den vorgegebenen
Wertkorridor zurückkehrt. Der Umformungsprozess kann daher diskontinuierlich sein.
[0018] Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Warmumformung
von Aluminiumblechen mittels Reckziehens in einer zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen
Vorrichtung gelöst, wobei die beheizbaren und kühlbaren Werkzeugelemente auf ihre
jeweils vorgegebenen Temperaturen aufgeheizt oder gekühlt werden, nach Erreichen der
vorgegebenen Temperaturen ein umzuformendes Aluminiumblech positionsgerecht zwischen
das erste Werkzeug und das zweite Werkzeug eingebracht wird, und das Warmumformungswerkzeug
formschlüssig geschlossen wird, wobei dann, wenn das Aluminiumblech unter Einwirkung
der Hitze der beheizten Werkzeugelemente seine vorgegebene Temperatur erreicht hat,
die Reckziehbewegung des beweglichen Werkzeugs gestartet und bis zu einer vorgegebenen
Ziehtiefe durchgeführt wird.
[0019] Dieses Verfahren verwirklicht somit die gleichen Vorteile, Merkmale und Eigenschaften
wie die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung.
[0020] Vorteilhafterweise wird nach einem Reckziehvorgang das Aluminiumblech neu positioniert
und an einem bislang noch nicht reckgezogenen Teil des Aluminiumblechs ein weiterer,
gleichartiger Reckziehvorgang durchgeführt. Dies wird ermöglicht durch die Verwendung
des Reckziehprozesses mit zusätzlicher Kühlung des Aluminiumblechs im äußeren Randbereich
des Niederhaltebereichs. Auf diese Weise können gleichartige Vertiefungen mit der
gleichen Vorrichtung unter variablen Abständen voneinander in das Aluminiumblech eingebracht
werden.
[0021] Vorzugsweise werden während eines Reckziehvorgangs die vorgegebenen Temperaturen
einzelner oder aller Werkzeugelemente und/oder des Aluminiumblechs überwacht und die
Reckziehbewegung unterbrochen, falls eine oder mehrere der Temperaturen sich außerhalb
eines vorgegebenen akzeptablen Temperaturbereichs bewegen, und wird fortgesetzt, wenn
alle überwachten Temperaturen sich wieder innerhalb ihrer vorgegebenen akzeptablen
Temperaturbereiche befinden.
[0022] In Ausführungsformen werden zwischen dem wenigstens einen ersten Niederhalter und
dem wenigstens einen Blechgegenhalter sowie zwischen dem Ziehstempel und dem Matrizenteil
unterschiedliche Temperaturführungen angewendet, um unterschiedliche Formänderungskräfte
in den Bereichen Ziehstempelradius und Blechgegenhalterradien zu kompensieren. Der
Ziehstempelradius und die Blechgegenhalteradien befinden sich im Bereich am äußeren
Rand des Ziehstempels bzw. an den Innenkanten der Blechgegenhalter, die zum Ziehstempel
hin angeordnet sind. Während des Reckziehvorgangs gerät das Aluminiumblech in diesem
Bereich zwischen den Ziehstempel und den oder die Blechgegenhalter und erfährt somit
die größte Formänderung. In diesem Bereich weisen der Ziehstempel und die Blechgegenhalter
an ihren seitlichen Kanten Abrundungen, die sogenannten Radien, auf. Die Krümmungen
der Radien haben einen Einfluss auf das Ziehverhalten des Aluminiumblechs während
des Reckziehvorgangs, da in den Radien unterschiedliche Reibungsverhältnisse auftreten,
insbesondere in Eckradien. Ein Temperaturgradient zwischen den beheizbaren Niederhaltelementen
und den zentralen beheizbaren Elementen, also Ziehstempel und Matrizenteil, kann daher
die sichere Umformung des Aluminiumblechs in diesem Bereich sicherstellen.
[0023] Die Temperaturführungen der beheizbaren Werkzeugelemente werden vorzugsweise während
eines Reckziehvorgangs insgesamt und untereinander aufgrund sich verändernder Formänderungsarbeit
angepasst. In Ausführungsformen können die beheizbaren Werkzeugelemente auf eine vorgegebene
Temperatur zwischen 515 °C und 540 °C aufgeheizt werden. Diese Temperaturen sind besonders
günstig für die Aluminiumbleche der 5000er-Klasse. Für andere Aluminiumbleche können
andere Temperaturbereiche günstiger sein.
[0024] Vorteilhafterweise wird in dem wenigstens einen ersten Niederhaltezylinder ein Druck
eingestellt, der das Festhalten des Aluminiumblechs während des Reckziehvorgangs sicherstellt
und/oder es wird in dem wenigstens einen zweiten Niederhaltezylinder ein Druck eingestellt,
der das Nachfließen des Aluminiumblechs während des Reckziehvorgangs sicherstellt.
[0025] Die zu verwendenden Temperaturen und Drücke für den erfindungsgemäßen Reckziehprozess
hängen von dem verwendeten Material ab und können in Versuchen ermittelt werden.
[0026] Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen
zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Erfindungsgemäße
Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale
erfüllen.
[0027] Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit "insbesondere" oder "vorzugsweise"
gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen.
[0028] Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens
anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben,
wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten
ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine perspektivische Darstellung eines in einem Tiefziehverfahren hergestellten Aluminiumblech-Formkörpers,
- Fig. 2
- eine perspektivische Darstellung eines in einem erfindungsgemäßen Reckziehverfahren
hergestellten Aluminiumblech-Formkörpers und
- Fig. 3
- eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Warmumformung
von Aluminiumblechen.
[0029] In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile
mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils
abgesehen wird.
[0030] Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines in einem Tiefziehverfahren hergestellten
Aluminiumblech-Formkörpers 20. Das nicht dargestellte Tiefziehwerkzeug hat eine komplizierte
Geometrie mit mehreren Reliefteilen, welche für die Vertiefungen 21 in dem Aluminiumblech-Formkörper
20 sorgen, welche zu den Enden hin von Seitenbereichen 22 fixer Breite und voneinander
mit Stegen 24 fixer Breite beabstandet sind. Die Öffnungsbereiche 23 der Vertiefungen
21 weisen jeweils eine von der Breite des jeweiligen Ziehstempels abhängige fixe Breite
auf. Der Aluminiumblech-Formkörper 20 beruht auf einem Aluminiumblech aus einer Aluminiumgüte
der Gruppe 5000 und lässt sich im Tiefziehverfahren im Temperaturbereich von ca. 350
°C herstellen. Im Anschluss an den Tiefziehvorgang erfolgt ein Zuschnitt mittels Laser
oder anderen Trennmöglichkeiten auf die finalen Abmessungen sowie die Erzeugung der
Öffnungen im Bereich der Vertiefungen 21.
[0031] Die Abmessungen und Abstände der Vertiefungen 21 lassen sich mit dem gewählten Tiefziehwerkzeug
nicht ändern. Die ökonomische Grenze wird überschritten, wenn zum Beispiel unter sonst
gleichen Bedingungen das Mittenabstandsmaß der großflächigen Vertiefungen 21 verändert
wird.
[0032] Im Unterschied dazu zeigt Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines in einem
erfindungsgemäßen Reckziehverfahren hergestellten Aluminiumblech-Formkörpers 20. Dazu
wird das Reckziehverfahren mehrmals hintereinander am Aluminiumblech durchgeführt,
wobei jeweils das Aluminiumblech in der Vorrichtung versetzt wird, um die jeweils
nächste Vertiefung 21 zu erzeugen. Bei ansonsten gleichen Abmessungen der Vertiefungen
21 liegen diese daher unterschiedlich weit auseinander, was an den unterschiedlichen
Bemaßungen der Stege 25 und 26 mit variabler Breite im unteren Bereich der Figur erkennbar
ist. Diese Mittenabstandsmaße können von Formkörper zu Formkörper unterschiedlich
eingestellt werden, da sie nur von der Positionierung des Aluminiumblechs auf der
Vorrichtung abhängen. Auch die Breite der Seitenbereiche 22 ist flexibel einstellbar.
[0033] Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur
Warmumformung von Aluminiumblechen 14. Die Vorrichtung umfasst eine Pressvorrichtung
mit einem Warmumformungsreckziehwerkzeug, welches ein erstes und ein zweites Werkzeug
aufweist. In der in Fig. 3 gezeigten Darstellung ist das erste Werkzeug unterhalb
des Aluminiumblechs 14 und das zweite Werkzeug oberhalb des Aluminiumblechs 14 angeordnet,
so dass von einem Unterwerkzeug und einem Oberwerkzeug gesprochen wird. Die Erfindung
ist jedoch nicht auf diese Konfiguration begrenzt, denn die Anordnung des ersten und
zweiten Werkzeugs kann auch umgekehrt sein, und die Orientierung des Aluminiumblechs
14 muss nicht horizontal sein.
[0034] Das erste Werkzeug, in diesem Fall das Unterwerkzeug, ruht auf einer ersten Grundplatte
1, auf der die weiteren Werkzeugelemente des ersten Werkzeugs angeordnet sind. Zuinnerst
handelt es sich dabei um einen beheizbaren Ziehstempel 2, welcher über ein druckfestes
Isoliermaterial 13 und einen nicht kühlbaren Druckaufnahmekörper 11 auf der ersten
Grundplatte 1 abgestützt ist. Der Ziehstempel 2, über den das Aluminiumblech 14 im
Reckziehprozess gezogen wird, weist an seinem zum Aluminiumblech 14 weisenden umlaufenden
Rand einen Ziehstempelradius 15 auf, welcher beim Reckziehen für einen Übergang zwischen
dem zentralen gezogenen Teil des Aluminiumblechs 14 und dem äußeren Rand des Aluminiumblechs
14 sorgt, der nicht an der Umformung teilnimmt.
[0035] Nach außen wird der Ziehstempel 2 von einem ebenfalls beheizbaren ersten beheizbaren
Niederhalter 3 umgeben, der nach außen hin seinerseits von einem druckfesten Isoliermaterial
13 und einem ersten kühlbaren Niederhalter 4 umgeben wird. Diese drei Werkzeugelemente
dienen dazu, im Zusammenwirken mit entsprechenden Werkzeugelementen des zweiten Werkzeugs
einen Niederhaltebereich des Aluminiumblechs 14 so einzuklemmen, dass dieser beim
Reckziehen festgehalten wird, so dass das Aluminiumblech 14, anders als beim Tiefziehen,
nicht nachfließt. Der erste beheizbare Niederhalter 3, das druckfeste Isoliermaterial
13 und der erste kühlbare Niederhalter 4 werden von ersten Niederhaltezylindern 5
mit einem Druck beaufschlagt, der das Festhalten des Niederhaltebereichs des Aluminiumblechs
14 sicherstellt.
[0036] Das zweite Werkzeug, im Fall der Fig. 3 das Oberwerkzeug, umfasst eine zweite Grundplatte
6, welche parallel zur ersten Grundplatte 1 angeordnet ist. Zentral stützt sich ein
beheizbares Matrizenteil 9 über ein entsprechend dimensioniertes druckfestes Isoliermaterial
13, einen ebenfalls entsprechend dimensionierten nicht kühlbaren Druckverteilungskörper
12 und zweite Niederhaltezylinder 8 auf der zweiten Grundplatte 6 ab. Das Matrizenteil
9 weist im Querschnitt die gleichen Abmessungen wie der Ziehstempel 2 auf und ist
mit dem Ziehstempel 2 fluchtend angeordnet. Die zweiten Niederhaltezylinder 8 sorgen
für einen Druck, der vom Matrizenteil 9 über das Aluminiumblech 14 auf den Ziehstempel
2 ausgeübt wird, der sicherstellt, dass das Aluminiumblech 14 in diesem Bereich während
des Warmumformprozesses nachfließen kann.
[0037] An das zentrale Matrizenteil 9 schließt sich nach außen hin ein beheizbarer Blechgegenhalter
7 an, der dem ersten beheizbaren Niederhalter gegenüberliegt und über ein eigenes
druckfestes Isoliermaterial 13 und einen Druckabgabekörper 18 an der zweiten Grundplatte
6 abgestützt ist. Nach außen schließen sich wiederum ein druckfestes Isoliermaterial
13 und ein zweiter kühlbarer Niederhalter 10 an, welcher sich im gezeigten Ausführungsbeispiel
an der zweiten Grundplatte 6 abstützt.
[0038] Die zwischen den beheizbaren Werkzeugelementen 2, 3, 7 und 9 und den kühlbaren Werkzeugelementen
4 und 10 sowie den nicht kühlbaren Werkzeugelementen 11 und 12 angeordneten druckfesten
Isolationsmaterialien 13 dienen der thermischen Entkopplung.
[0039] Die Darstellung in Fig. 3 ist schematisiert und bildet keine konkreten Bemaßungen
ab. Besonders die Werkzeugelemente des Niederhaltebereichs können in Relation zum
Ziehstempel 2 deutlich schmaler ausgeführt sein als abgebildet. Die abgebildete Konfiguration,
in der einander gegenüberliegende Werkzeugelemente in Bewegungsrichtung miteinander
fluchten, ist vorteilhaft für eine kontrollierte Einstellung von Temperaturgradienten
im Aluminiumblech 14, aber nicht zwingend. Wesentlicher ist es, dass, wie bei Reck-
und Tiefziehwerkzeugen üblich, die Innenkanten des ersten beheizbaren Niederhalters
3 und des beheizbaren Blechgegenhalters 7 einerseits und die Außenkanten des Ziehstempels
2 und des Matrizenteils 9 andererseits miteinander fluchten und einen Zwischenraum
für das Aluminiumblech 14 offenlassen. Auch die Dimensionierung der Isoliermaterialien,
die gegebenenfalls zwischen den beheizbaren und den kühlbaren bzw. nicht beheiz- oder
kühlbaren Werkzeugelementen eingefügt werden, ist geeignet wählbar. Auch die Tatsache,
dass in der Darstellung in Fig. 3 die verschiedenen Werkzeugteile mit ihren Rändern
in der Horizontalen fluchten, ist vorteilhaft, aber nicht zwingend.
[0040] Die ersten und zweiten Niederhaltezylinder 5, 8 dienen in erster Linie dazu, den
Druck zu erzeugen, mit dem das Aluminiumblech 14 einerseits im zentralen Bereich und
andererseits im Niederhaltebereich zwischen dem Oberwerkzeug und dem Unterwerkzeug
festgehalten wird. Der eigentliche Reckziehvorgang umfasst eine Relativbewegung der
zweiten Grundplatte 6 gegenüber der ersten Grundplatte 1, wobei es für die Erfindung
unerheblich ist, welche der beiden Grundplatten bewegt wird und welche fixiert ist.
Der Vorgang wird im Folgenden anhand des Beispiels erläutert, dass das zweite Werkzeug,
in diesem Fall also das Oberwerkzeug, bewegt wird und das erste Werkzeug fixiert wird.
[0041] Jedes einzelne oben angeführte beheizbare Werkzeugelement hat mindestens eine, vorzugsweise
jedoch mehrere Heizkartuschen und seine eigene Temperaturregelung mit entsprechender
Datenspeicherung. An dem sich in der Pressvorrichtung befindenden Reckziehwerkzeug
befindet sich eine Wegmessvorrichtung (ohne Darstellung), die die Abwärtsbewegung
des Oberwerkzeugs und die Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung in direkter Verbindung
mit der beweglichen weg- und kraftgesteuerten Vorrichtung der Pressvorrichtung und
der Temperatursteuerung der beheizbaren Werkzeugelemente regelt. Der Druck in dem
Niederhaltezylinder 5 und seinem System ist auf den Druck eingestellt, der das absolute
Festhalten des Aluminiumblechs 14 im Niederhaltebereich während des Warmumformprozesses
sicherstellt. Der Druck in dem Niederhaltezylinder 8 und seinem System ist auf den
Druck eingestellt, der das Nachfließen der Aluminiumplatine während des Warmumformprozesses
sicherstellt.
[0042] Das erfindungsgemäße Verfahren wird wie folgt durchgeführt. Das sich in der Pressvorrichtung
befindende Werkzeug, bestehend aus dem Oberwerkzeug und Unterwerkzeug, wird formschlüssig
geschlossen. Der beheizbare Ziehstempel 2, der beheizbare Niederhalter 3, der beheizbare
Blechgegenhalter 7 sowie das beheizbare Matrizenteil 9 werden mittels integrierten,
elektrischen Heizkartuschen auf eine Temperatur von beispielsweise von 515 °C bis
zu 540 °C aufgeheizt, welches sich für Aluminiumbleche der 5000er-Güte als besonders
geeignet erwiesen hat. Für andere Güteklassen können abweichende Temperaturen geeigneter
sein.
[0043] Sobald alle der oben beschriebenen Werkzeugkomponenten die vorgegebene Temperatur
erreicht haben, wird das Werkzeug geöffnet, die Aluminiumplatine 14, die vorher gegebenenfalls
im Formänderungsbereich mit einem temperaturbeständigen Ziehöl beschichtet wurde,
wird positionsgerecht in das Werkzeug gelegt und das Werkzeug formschlüssig geschlossen.
Damit das Aluminiumblech 14 aufgeheizt werden kann, muss der Formschluss mit dem Ziehstempel
2 und dem Matrizenteil 9 sowie dem Niederhalter 3 und dem Blechgegenhalter 7 sichergestellt
sein.
[0044] Sobald durch indirekte Messung erkannt wird, dass das Aluminiumblech 14 ebenfalls
die vorgegebene Temperatur erreicht hat, wird die Abwärtsbewegung der beweglichen
Vorrichtung der Pressvorrichtung, im Beispielsfall die Abwärtsbewegung des zweiten
Werkzeugs, ausgelöst. Während der Abwärtsbewegung, dem eigentlichen Ziehprozess, wird
das Aluminiumblech 14 so lange über den Ziehstempel 2 gezogen, bis die vorgegebene
Ziehtiefe erreicht ist. Im Festhaltebereich muss dabei die Kraft so reguliert werden,
dass das Aluminiumblech 14 nicht reißt.
[0045] Nach Abschluss des ersten Ziehprozesses kann das Aluminiumblech 14 in vollständiger
Variabilität des Mittenabstandes verschoben und neu positioniert werden. Diese Variabilität
ist auch bei jedem weiteren Ziehprozess gegeben.
[0046] Während des Ziehprozesses müssen die vorgewählten Temperaturen der beheizbaren Werkzeugelemente
kontrolliert eingehalten werden. Eine Nachregelung kann notwendig sein. Daraus folgt,
dass der Ziehvorgang diskontinuierlich ablaufen kann.
[0047] Es können unterschiedliche Temperaturführungen zwischen dem Niederhalter 3 und dem
Blechgegenhalter 7 sowie zwischen dem Ziehstempel 2 und dem Matrizenteil 9 nötig sein,
da die unterschiedlichen Formänderungskräfte in den Bereichen Ziehstempelradius 15
und Blechgegenhalterradien 16 kompensiert werden müssen. Es kann auch notwendig sein,
dass die Temperaturführungen insgesamt und untereinander während des Ziehprozesses
der sich verändernden Formänderungsarbeit angepasst werden muss.
[0048] Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch
einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden
allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen
können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein.
Bezugszeichenliste
[0049]
- 1
- erste Grundplatte
- 2
- beheizbarer Ziehstempel
- 3
- erster beheizbarer Niederhalter
- 4
- erster kühlbarer Niederhalter
- 5
- erster Niederhaltezylinder
- 6
- zweite Grundplatte
- 7
- beheizbarer Blechgegenhalter
- 8
- zweiter Niederhaltezylinder
- 9
- beheizbares Matrizenteil
- 10
- zweiter kühlbarer Niederhalter
- 11
- nicht kühlbarer Druckaufnahmekörper
- 12
- nicht kühlbarer Druckverteilungskörper
- 13
- druckfestes Isoliermaterial
- 14
- Aluminiumblech
- 15
- Ziehstempelradius
- 16
- Blechgegenhalterradius
- 18
- Druckabgabekörper
- 20
- Aluminiumblech-Formkörper
- 21
- Vertiefung
- 22
- Seitenbereich
- 23
- Öffnungsbereich
- 24
- Steg mit fixer Breite
- 25
- Steg mit variabler Breite
- 26
- Steg mit variabler Breite
1. Vorrichtung zur Warmumformung von Aluminiumblechen (14) mittels Reckziehens, umfassend
eine Pressvorrichtung mit einem Warmumformungsreckziehwerkzeug, welches ein erstes
Werkzeug, insbesondere Unterwerkzeug, und ein mit dem ersten Werkzeug formschlüssig
schließbares zweites Werkzeug, insbesondere Oberwerkzeug, umfasst, wobei das erste
Werkzeug eine erste Grundplatte (1) mit einem beheizbaren Ziehstempel (2), wenigstens
einem ersten beheizbaren Niederhalter (3), wenigstens einem ersten kühlbaren Niederhalter
(4) und wenigstens einem druckregulierbaren ersten Niederhaltezylinder (5) umfasst,
wobei das zweite Werkzeug eine zweite Grundplatte (6) mit einem beheizbaren Matrizenteil
(9), wenigstens einem beheizbaren Blechgegenhalter (7), wenigstens einem zweiten kühlbaren
Niederhalter (10) und wenigstens einem druckregulierbaren zweiten Niederhaltezylinder
(8) umfasst, wobei die erste Grundplatte (1) oder die zweite Grundplatte (6) an einer
beweglichen, insbesondere weg- und kraftgesteuerten, Vorrichtung der Pressvorrichtung
befestigt ist, wobei mittels der ersten und zweiten Werkzeuge ein Niederhalten eines
Randes eines Aluminiumblechs (14) und ein Reckziehen über das beheizbare Matrizenteil
(9) ermöglicht wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Werkzeug ein nicht kühlbarer Druckaufnahmekörper (11) und im zweiten Werkzeug
ein nicht kühlbarer Druckverteilungskörper (12) angeordnet sind, welche insbesondere
im Querschnitt an die Abmessungen des Ziehstempels (2) und des Matrizenteils (9) angepasst
sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den beheizbaren Werkzeugelementen (2, 3, 7, 9) und den kühlbaren Werkzeugelementen
(4, 10) und/oder den nicht kühlbaren Werkzeugelementen (11, 12) jeweils druckfeste
Isolationsmaterialien (13) befinden.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beheizbaren Werkzeugelemente (2, 3, 7, 9) jeweils eine oder mehrere Heizkartuschen
aufweisen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beheizbaren Werkzeugelemente (2, 3, 7, 9) jeweils eine eigene Temperaturregelung
aufweisen, insbesondere mit eigener Datenspeicherung.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eines oder mehrere der beheizbaren Werkzeugelemente (2, 3, 7, 9) und/oder eines oder
mehrere der kühlbaren Werkzeugelemente (4, 10) einen oder mehrere Temperatursensoren
aufweisen, die so angeordnet sind, insbesondere oberflächennah oder in der Oberfläche
dem Aluminiumblech (14) zugewandt, dass eine Temperatur des Aluminiumblechs (14) im
Bereich des jeweiligen Temperatursensors ermittelbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wegmessvorrichtung am Warmumformungsreckziehwerkzeug vorhanden ist, die ausgebildet
und eingerichtet ist, die Bewegung und Geschwindigkeit des bewegten ersten oder zweiten
Werkzeugs gegenüber dem nicht bewegten zweiten oder ersten Werkzeug zu regeln, insbesondere
in Verbindung mit der beweglichen weg- und kraftgesteuerten Vorrichtung der Pressvorrichtung
sowie der Temperatursteuerung der beheizbaren Werkzeugelemente (2, 3, 7, 9).
8. Verfahren zur Warmumformung von Aluminiumblechen (14) mittels Reckziehens in einer
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die beheizbaren und kühlbaren
Werkzeugelemente (2, 3, 4, 7, 9, 10) auf ihre jeweils vorgegebenen Temperaturen aufgeheizt
oder gekühlt werden, nach Erreichen der vorgegebenen Temperaturen ein umzuformendes
Aluminiumblech (14) positionsgerecht zwischen das erste Werkzeug und das zweite Werkzeug
eingebracht wird, und das Warmumformungswerkzeug formschlüssig geschlossen wird, wobei
dann, wenn das Aluminiumblech (14) unter Einwirkung der Hitze der beheizten Werkzeugelemente
(2, 3, 7, 9) seine vorgegebene Temperatur erreicht hat, die Reckziehbewegung des beweglichen
Werkzeugs gestartet und bis zu einer vorgegebenen Ziehtiefe durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Reckziehvorgang das Aluminiumblech (14) neu positioniert wird und an einem
bislang noch nicht reckgezogenen Teil des Aluminiumblechs ein weiterer, gleichartiger
Reckziehvorgang durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Reckziehvorgangs die vorgegebenen Temperaturen einzelner oder aller
der Werkzeugelemente (2, 3, 4, 7, 9, 10) und/oder des Aluminiumblechs (14) überwacht
werden und die Reckziehbewegung unterbrochen wird, falls eine oder mehrere der Temperaturen
sich außerhalb eines vorgegebenen akzeptablen Temperaturbereichs bewegen, und fortgesetzt
wird, wenn alle überwachten Temperaturen sich wieder innerhalb ihrer vorgegebenen
akzeptablen Temperaturbereiche befinden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem wenigstens einen ersten Niederhalter (3) und dem wenigstens einen Blechgegenhalter
(7) sowie zwischen dem Ziehstempel (2) und dem Matrizenteil (9) unterschiedliche Temperaturführungen
angewendet werden, um unterschiedliche Formänderungskräfte in den Bereichen Ziehstempelradius
(15) und Blechgegenhalterradien (16) zu kompensieren.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturführungen der beheizbaren Werkzeugelemente (2, 3, 7, 9) während eines
Reckziehvorgangs insgesamt und untereinander aufgrund sich verändernder Formänderungsarbeit
angepasst werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die beheizbaren Werkzeugelemente (2, 3, 7, 9) auf eine vorgegebene Temperatur zwischen
515 °C und 540 °C aufgeheizt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen ersten Niederhaltezylinder (5) ein Druck eingestellt wird,
der das Festhalten des Aluminiumblechs (14) während des Reckziehvorgangs sicherstellt
und/oder dass in dem wenigstens einen zweiten Niederhaltezylinder (8) ein Druck eingestellt
wird, der das Nachfließen des Aluminiumblechs (14) während des Reckziehvorgangs sicherstellt.