Verfahren zur Formänderung eines plattenförmigen Werkstücks

Abstract

 Vorgestellt wird ein Formänderungsverfahren für plattenförmige Werkstücke (2) mit einem ungleichförmigen Wanddickenverlauf, die durch einem oder mehrere, jeweils unter begrenzter örtlicher Verformung des Werkstücks auf die Werkstückoberfläche einwirkende Schlagkörper (4) in eine gekrümmte Form gebracht werden. Um den örtlichen Verformungsstoß während des Bearbeitungsvorgangs nach Maßgabe des Wanddicken- und Krümmungsverlaufs des Werkstücks variabel zu steuern, wird die Werkstückoberfläche zuvor mit einer örtlich unterschiedlich stark stoßmindernd ausgebildeten Elastomerschicht belegt, von der dann während der Bearbeitung ein durch die örtliche Schichtdicke der Elastomerschicht (6) exakt vorherbestimmbarer Bruchteil des dem Schlagkörper jeweils erteilten Bewegungsimpulses als Verformungsstoß an die Werkstückoberfläche durchgelassen wird, so daß es ohne maschinell aufwendige Schlagkörper-Steuerung möglich ist, auch komplizierte Werkstücke nach der Schlagkörpermethode mit hoher Genauigkeit kostengünstig zu verformen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Formänderung eines plattenförmigen Werkstücks der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

[0002] Bekannte Formänderungsverfahren dieser Art, bei denen das Werkstück in den beaufschlagten, oberflächenseitigen Randzonen unter plastischer Verformung örtlich gestreckt wird, so daß es sich entgegen der Beaufschlagungsrichtung konvex gewölbt ausbildet, arbeiten entweder nach der Kugelstrahlmethode oder gemäß der älteren, nicht-vorveröffentlichten deutschen Patentanmel-. dung P 31 11 148.3 mit einem durch einen pulsierend betätigten Schlagkolben periodisch beaufschlagten Schlagstempel mit einer länglichen Wirkfläche, der längs einer Schlagspur richtungsstabil über die Werkstückoberfläche geführt wird, wobei der Schlagstempelmethode wegen der erzielbaren gerichteten Verformungswirkung vor allem bei der Herstellung einfach gekrümmter Werkstücke der Vorzug gebührt. Wenn das zu verformende Werkstück eine sich ändernde Wanddicke aufweist und/oder unterschiedlich starke Krümmungen erhalten soll, muß bei diese Verfahren an den entsprechenden Flächenbereichen des Werkstücks die Verformungswirkung des oder der Schlagkörper in umständlicher Weise verändert werden, sei es durch Änderung des diesen erteilten Bewegungsimpulses oder der Aufschlagdichte, also etwa der Vorschubgeschwindigkeit, was eine baulich komplizierte Schlagkörper-Steuerung erfordert und die praktische Durchführung dieser Verfahren stark erschwert oder gar in Frage stellt.

[0003] Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß in einfacher Weise eine sich über die Bearbeitungsfläche ändernde Schlagkörper-Verformungswirkung erreicht wird, so daß mit geringem Aufwand und hoher Genauigkeit auch Werkstücke mit einem ungleichförmigen Wanddicken- und/oder Krümmungsverlauf geformt werden können.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Verfahren gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet.

[0005] Erfindungsgemäß wird der auf die Werkstückoberfläche einwirkende Verformungsstoß des Schlagkörpers in vorgegebener Weise dadurch variabel gesteuertr., daß zwischen dem Schlagstempel und der WerkstückoberfLäche eine je nach der geforderten Verformungswirkung örtlich unterschiedlich stark stoßmindernd wirkende Dämmschicht angeordnet wird, deren Elastizitäts- und Dämpfungscharakteristik sich entsprechend den vorhandenen Wanddicken- und gewünschten Krümmungsverlauf des Werkstücks ändernd ausgebildet ist und die einen jeweils genau dosierten Teil des Bewegungsimpulses des Schlagkörpers als örtlichen Verformungsstoß an die Werkstückoberfläche durchläßt, was eine genaue Einhaltung einer über die Bearbeitungsfläche des Werkstücks variablen Randzonen-Verformung garaniert, so daß es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erstmals möglich ist, auch kompliziertere Werkstücke ohne zusätzliche aufwendige Steuergeräte nach der Schlagkörpermethode mit hoher Genauigkeit kostengünstig zu formen.

[0006] Gemäß Anspruch 2 ist die Dämmschicht vorzugsweise eine Elastomerschicht mit einer an den Stellen geringerer Wanddicke und/oder Krümmung des Werkstücks größeren Schichtdicke, was sich in einfacher Weise durch einen Elastomerlack, der als entsprechend flächig abgestufte Mehrfachlackierung auf die Werkstückoberfläche aufgetragen wird, erreichen läßt. Vor allem bei größeren Stückzahlen empfiehlt es sich, die Dämmschicht als wiederverwendbare Elastomerbeschichtung auszubilden, also etwa aus mehreren, abgestuft zugeschnittenen, übereinandergeklebten Dämmfolien, so daß mehrere Werkstücke nacheinander mit ein und derselben Dämmschicht bearbeitet werden können.

[0007] Für den Fall, daß die Formänderung mit einem Schlagstempel durchgeführt wird, der mit eher länglichen Wirkfläche versehen ist, die mit Hilfe einer Stempelführung in Richtung des Stempelvorschubs geführt werden muß, wird gemäß Anspruch 3 zweckmäßigerweise die Stempelführung rollend auf der Dämmschicht abgeBützt, wodurch beim Stempelvorschub ein Verklemmen der Stempelführung an der Werkstückoberfläche und vor allem der Dämmschicht, insbesondere an den Stellen zunehmender Dämmschichtdicke, verhindert und ein sehr leichtgängiger, ruhiger Stempelvorschub erzielbar wird.

[0008] Aus dem gleichen Grund wird der Schlagstempel gemäß Anspruch 4 vorzugsweise federnd in eine von der Werkstück-bzw. Dämmschichtoberfläche abgehobene Lage gedrückt, so daß er nur kurzzeitig für die Dauer des Verformungsstoßes entgegen der Federkraft mit dem Werkstück bzw. der Dämmschicht in Berührung kommt und somit - anders als bei einer ständigen gleitenden Auflage des Schlagstempels - die Gefahr eines Verklemmens des Schlagstempels oder einer Beschädigung der Dämmschicht weitgehend unterbunden wird.

[0009] Der dem Schlagstempel erteilte Bewegungsimpuls muß, wie bereits erwähnt, während cbr Bearbeitung nicht verändert werden, er wird aber vorzugsweise auf den an den Stellen größter Verformungswirkung erforderlichen Maximalwert voreingestellt, so daß diese Stellen größter Wanddicke bzw. stärkster Krümmung des Werkstücks unbeschichtet bleiben können und die Dämmschicht lediglich nach Maßgabe der erforderlichen Schwankungsbreite der Verformungsstöße bemessen werden muß. Diese Vorwahl des dem Schlagstempel geweils durch einen Schlagkolben erteilten Bewegungsimpulses erfolgt gemäß Anspruch 5 vorzugsweise dadurch, daß die Stempelführung vom Führungszylinder des Schlagkolbens einen veränderlichen Abstand aufweist, der um so größer vorgewählt wird, je größer die maximal erforderliche Verformungswirkung des Schlagstempels ist, was gegenüber der sonst zur Vorwahl des Bewegungsimpulses üblichen Arbeitsdruck- oder -hubeinstellung des Schlagkolbens eine weitere wesentliche Vereinfachung erbringt.

[0010] Die Erfindung wird nunmehr in Verbindung mit den Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein plattenförmiges, mit einer Dämmschicht versehenes Werkstück während der Bearbeitung mit einem Schlagstempel in teilweise gebrochener, perspektivischer Darstellung;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der zugehörigen Bearbeitungsmaschine; und

_Fig. 3 eine teilweise geschnittene Vorderansicht des Schlagstempels und der Schlagstempelführung der in Fig. 2 gezeigten Bearbeitungsmaschine.

[0011] Das zu verformende Werkstück 2 ist eine zunächst ebene Blechplatte, die auf der Oberseite durch einen hammerschlagartig repetierend einwirkenden, länglichen Schlagstempel_4 bearbeitet wird, welcher mit gleichförmiger Vorschubgeschwindigkeit quer zur gewünschten Verformungsrichtung der Blechplatte 2 über die Werkstückoberfläche hin- und herbewegt wird, wobei die Blechplatte 2 nach jedem Durchlauf des Schlagstempels 4 quer zu dessen Vorschubrichtung um einen Bewegungsschritt weitergerückt wird, so daß die in Figur 1 in gestrichelten Linien angedeutete, zeilenförmige Schlagspur entsteht, deren Schlagstoßdichte in Bewegungsrichtung des Schlagstempels 4 bei konstanter Schlagfrequenz durch die gewählte Vorschubgeschwindigkeit des Schlagstempels 4 und deren Zeilenabstand durch die Größe des quer zur Schlagstempel-Vorschubrichtung verlaufenden Bewegungsschritts des Werkstücks 2 auf einen veränderlich einstellbaren, während der Bearbeitung aber konstant bleibenden Wert gebracht wird. Auch der dem Schlagstempel 4 für jeden Aufschlagstoß erteilte Bewegungsimpuls bleibt während des Bearbeitungsvorgangs auf einem vorgewählten Konstantwert.

[0012] Hingegen hat die zu verformende Blechplatte 2 eine sich ändernde Wanddicke und wird mit unterschiedlich starken Krümmungen verformt, wie dies in Figur 1 durch das Werkstück-Flächensegment A erhöhter Wanddicke sowie durch das Flächensegment B, für das ein kleinerer Krümmungsradius R, als für die Restfläche des Werkstücks 2 (Krümmungsradius R₂) vorgesehen ist, dargestellt ist. Demgemäß ist die notwendige örtliche Verformungswirkung, also die durch die stoßartige Beaufschlagung durch den Schlagstempel 4 bewirkte, örtliche Streckung der oberen Randzonen des Werkstücks 2, in dem überlappungsbereich der beiden Flächensegmente A und B, also an der Teilfläche C mit der größten Wanddicke und der stärksten Krümmung, am höchsten, während im Restteil des Flächensegments A, wo die Wanddicke zwar noch gleichgroß, die Krümmung aber geringer ist, sowie im restlichen, zwar stark gekrümmten, aber dünnwandigen Teil des Flächensegments B eine schwächere örtliche Verformungswirkung und in allen anderen Flächenbereichen des Werkstücks 2 ,wo sowohl die vorhandene Wanddicke als auch die geforderte Krümmung am kleinsten sind, die niedrigste örtliche Verformungswirkung aufgebracht werden muß.

[0013] Um die örtliche Verformungswirkung derart veränderlich zu steuern, ohne daß der Vorschub des Schlagstempels 4 oder der diesem erteilte Bewegungsimpuls während des Bearbeitungsvorgangs verändert werden muß, wird das Werkstück 2 vor der Bearbeitung mit einer in den verschiedenen Flächensegmenten nach Maßgabe der jeweils erforderlichen örtlichen Verformungswirkung unterschiedlich stark stoßmindernd ausgebildeten Dämmschicht 6 belegt, etwa mit einer Elastomerlackschicht, deren Schichtdicke in der gezeigten Weise gegenläufig zur geforderten örtlichen Verformungswirkung abnimmt, wobei die am stärksten zu krümmenden Flächenbereiche mit der zugleich größten Wanddicke, also der Flächenbereich C des Werkstücks 2, unbeschichtet bleiben. Ein solcher Aufbau der Dämmschicht 6 läßt sich am einfachsten durch eine Mehrfachlackierung erreichen, bei der vor den einzelnen Lackiergängen jeweils Abdeckmasken entsprechenden Zuschnitts auf die nicht mehr dicker zu beschichtenden Flächenbereiche des Werkstücks 2 bzw. der Dämmschicht 6 aufgebracht werden. Wahlweise kann die Dämmschicht 6 auch aus entsprechend abgestuft zugeschnittenen, mehrlagig übereinander geklebten Einzelfolien aufgebaut werden, so daß sie sich nach der Bearbeitung von der Werkstückoberfläche entfernen und nochmals für weitere Werkstücke verwenden läßt.

[0014] Aufgrund der sich ändernden Schichtdicke der Dämmschicht 6 wird der Aufschlag des Schlagstempels 4 mehr oder weniger stark gedämpft und abgefedert, so daß die Größe des auf die Werkstückoberfläche einwirkenden Verformungsstoßes mit Hife der Dämmschicht 6 während der Bearbeitung in vorgegebener Weise variabel gesteuert wird. Die Wanddicke und die Dickenverhältnisse der Dämmschicht 6 sind ebenso wie die Krümmungsradien des Werkstücks 2 in den Figuren der Deutlichkeit halber stark übertrieben dargestellt.

[0015] Auf der Unterseite wird das Werkstück 2 mit einem nachgiebigen Material, das die Wandstärkenunterschiede ausgleicht, zum Beispiel Hartschaum-Platten 8, vollflächig ausgefüttert und während der Bearbeitung unterhalb der Vorschubbahn des Schlagstempels 4 an einem rohrförmigen Stützkörper 10 zur Auflage gebracht.

[0016] Die in den Figuren 2 und 3 gezeigte Bearbeitungsmaschine enthält neben dem Schlagstempel4 als Hauptbestandteile einen Werkzeugschlitten 12, der auf Führungen 14 in Vorschubrichtung des Schlagstempels 4 hin- und herlaufend angetrieben wird, einen über Führungsbolzen 16 und Elastomerfedern 18 am Werkzeugschlitten 12 senkrecht verschieblich gelagerten Schlagzylinder 20 einschließlich einer Druckluftzufuhr 22 und eines nach Art eines Niethammers mit konstanter Schlagfrequenz periodisch betätigten Schlagkolbens 24, sowie einen mit Rollen 26 versehenen Führungsschuh 28, über den die Schlagkolben - Zylindereinheit 20, 24 auf der Werkstückoberfläche bzw. der Dämmschicht 6 abgestützt wird. In einer schlitzförmigen Ausnehmung 30 des Führungsschuhs 28 ist der Schlagstempel 4 verdrehsicher senkrecht verschieblich geführt. Er enthält eine längliche, ballig ausgebildete Wirkfläche 32, deren Krümmung vom Mittelpunkt sowohl zu den Längs- als auch zu den Schmalseiten der Wirkfläche 32 hin zunimmt. Zwischen einem Ringbund 34 des Schlagstempels 4 und dem Führungsschuh 28 sitzt eine Rückholfeder 36, die den Schlagstempel 4 in die gezeigte, von der Werkstückoberfläche bzw. der Dämmschicht 6 abgehobene Rückhubposition drückt.

[0017] Die gezeigte Bearbeitungsmaschine bietet eine einfache Möglichkeit einer veränderlichen Vorwahl des dem Schlagstempel 4 vom Schlagkolben 24 jeweils erteilten Bewegungsimpulses, um verschiedenartige Werkstücke, die unterschiedlich große Maximalwerte der Verformungsstöße, also an den unbeschichteten Flächensegmenten verschiedengroße Verformungswirkungen verlangen, bearbeiten zu können. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Zylinder 20 und dem Führungsschuh 28 eine höhenverstellbare Langloch-Schraubverbindung 38 vorgesehen, durch die sich der Abstand zwischen dem Schlagzylinder 20 und dem Führungsschuh 28 vor der Bearbeitung veränderlich einstellen läßt. Wird dieser Abstand größer vorgewählt, so vergrößert sich die Freiflugstrecke des Schlagkolbens 24 zwischen dessen voller Rückhublage und dem Auftreffen auf den Schlagstempel 4 und dementsprechend auch der diesem bei jedem Arbeitstakt des Schlagkolbens 24 erteilte Bewegungsimpuls. Umgekehrt nimmt der Bewegungsimpuls, mit dem der Schlagstempel 4 gegen die Werkstückoberfläche bzw. die Dämmschicht 6 läuft ab, wenn ein kleinerer Abstand zwischen dem Schlagzylinder 20 und dem Führungsschuh 28 vorgewählt wird.

[0018] In der Praxis wird mit dem beschriebenen Verfahren ein großflächiges Bauteil, das auf der Unterseite vielfach abgestuft ist und große relative Wanddickenänderungen aufweist, in eine einfach gekrümmte Kontur gebracht, wobei nach dem Entfernen der Dämmschicht 6 auf der Werkstückoberseite eine zwar deutlich sichtbare, gewünschtenfalls aber leicht abschleifbare Bearbeitungsspur verbleibt.

Ansprüche

1. Verfahren zur Formänderung eines plattenförmigen Werkstücks, insbesondere eines Blechteils, bei dem das Werkstück einseitig mit einem oder mehrenen, jeweils stoßartig örtlich begrenzt auf die Werkstückoberfläche einwirkenden Schlagkörpern beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück vor der Beaufschlagung mit einer nach Maßgabe der gewünschten örtlichen Verformung des Schlagkörpers unterschiedlich stark stoßmindernd ausgebildeten Dämmschicht belegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dämmschicht eine Elastomerschicht in einer nach Maßgabe der gewünschten, örtlichen Verformungswirkung bemessenen Schichtdicke aufgetragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als Schlagkörper ein periodisch beaufschlagter Schlagstempel mit einer länglichen Wirkfläche längs einer Schlagspur richtungsstabil über die Werkstückoberfläche geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Stempelführung rollend auf der Dämmschicht abgestützt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagstempel durch eine zwischen Stempel und Führung wirkende Federkraft entgegen der Beaufschlagungsrichtung in eine von der Werkstückoberfläche bzw. Dämmschicht abgehobene Rückhublage gedrückt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Schlagstempel durch einen pulsierend betätigten Schlagkolben periodisch beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorwahl des dem Schlagstempel jeweils vom Schlagkolben erteilten Bewegungsimpulses die Schlagstempelführung und der Führungszylinder des Schlagkolbens zueinander veränderlich einstellbar auf Abstand gehalten werden.

Zeichnung