[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen eines Blechteiles mit einem axialen
Hinterschnitt mittels Pressenwerkzeug, bei welchem durch eine Umformbewegung in einer
axialen Hubrichtung ein Ausgangsteil zu dem Blechteil umgeformt wird. Die Erfindung
betrifft weiterhin ein Blechteil mit einem axialen Hinterschnitt, bei dem der axiale
Hinterschnitt mittels Werkzeugteil auf einer Presse geformt ist.
[0002] Eine der häufigsten Arten der Blechumformung erfolgt mittels Pressenwerkzeug auf
Pressen. Mit derartigen Pressenwerkzeugen können Tiefzieh-, Biege-, Stauch- oder Stanzvorgänge
durchgeführt werden, so dass ein Blechteil mit einer komplexen Struktur geformt werden
kann. Dabei weist das Pressenwerkzeug ein Werkzeugoberteil und ein Werkzeugunterteil
auf, welche in einer axialen Hubrichtung zueinander verfahrbar sind.
[0003] Problematisch ist jedoch bei dieser Umformung mittels Pressenwerkzeug das Ausbilden
eines axialen Hinterschnittes in Hubrichtung. Zum Formen derartiger Hinterschnitte
ist es bekannt, an einem der Werkzeugteile bewegliche Schieberelemente vorzusehen.
Diese werden zum Ausformen des Hinterschnittes quer zur axialen Hubrichtung in eine
vorstehende Position ausgefahren. Um dieses ausgefahrene Schieberelement kann dann
der Hinterschnitt ausgeformt werden. Anschließend wird das Schieberelement wieder
in der Querrichtung zurückgezogen, so dass das Blechteil in axialer Richtung von dem
Pressenwerkzeug abgenommen werden kann.
[0004] Pressenwerkzeuge mit derartigen bewegbaren Schieberelementen verursachen jedoch relativ
hohe Werkzeugkosten. Zudem sind die bewegbar gelagerten Schieberelemente aufgrund
der hohen Umformkräfte innerhalb des Pressenwerkzeuges einem relativ hohen Verschleiß
ausgesetzt, so dass sich ein entsprechend hoher Wartungsaufwand ergibt. Zudem besteht
bei der Ausbildung rotationssymmetrischer Körper mit einem axial umlaufenden axialen
Hinterschnitt die Notwendigkeit, eine Vielzahl derartiger Schieberelemente am Pressenwerkzeug
vorzusehen, um einen ringförmigen axialen Hinterschnitt zu erzeugen. Bei Einsatz von
mehreren zusammenwirkenden Schieberelementen treten aufgrund der sich ergebenden Stoßfugen
am Blechteil kleine Grate auf. Für einige Anwendungen, etwa die Aufnahme empfindlicher
Elastomerdichtringe, sind derartige Grate störend und müssen gegebenenfalls in einem
separaten Bearbeitungsschritt entfernt werden.
[0005] Der Erfindung liegt die
Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Formen eines Blechteiles mit einem axialen Hinterschnitt
und ein entsprechend hergestelltes Blechteil anzugeben, bei welchem trotz Fertigung
mittels Pressenwerkzeugen ein besonders gut ausgeformter axialer Hinterschnitt erreicht
ist.
[0006] Nach der Erfindung wird die Aufgabe einerseits durch ein Verfahren zum Formen eines
Blechteiles mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und andererseits durch ein Blechteil
mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
[0007] Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines ersten
Werkzeugteiles mit einem quer zur Hubrichtung gerichteten Vorsprung eine Zwischenform
mit einem Absatz und einem axialen Steg gebildet wird und dass anschließend der axiale
Steg axial gestaucht und an den Vorsprung des ersten Werkzeugteiles zum Bilden des
axialen Hinterschnitts ein Materialwulst in Querrichtung geformt wird. Der axiale
Hinterschnitt wird also in zwei Stufen erzeugt. Zunächst werden ein quergerichteter
Absatz und ein axialer Steg ausgeformt, welche einen ersten Teil des axialen Hinterschnitts
bilden. Anschließend wird an dem Vorsprung, welcher fest an dem ersten Werkzeugteil
angeordnet ist, durch Stauchen des axialen Steges ein Materialwulst als zweiter Absatz
zum Vervollständigen des axialen Hinterschnittes in Querrichtung entsprechend dem
ersten Absatz ausgeformt.
[0008] Insbesondere bei ringförmigen insbesondere rotationssymmetrischen Teilen kann der
Hinterschnittbereich so ohne einen Grat, insbesondere am Grund des nutartigen axialen
Hinterschnitts, gefertigt werden.
[0009] Besonders vorteilhaft ist es dabei nach der Erfindung, dass das Blechteil von dem
ersten Werkzeugteil axial abgezogen wird, wobei das Blechteil zum Lösen des angeformten
Hinterschnitts axial verformt wird. Auf diese Weise können aufwändige bewegbare Schieberelemente
am Pressenwerkzeug entfallen.
[0010] Besonders bevorzugt ist es nach der Erfindung, dass zum Ausbilden der elastischen
Verformbarkeit an dem Blechteil mindestens eine Auslenkstelle mit definiert verminderter
Biegesteifigkeit ausgebildet wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass keine
unkontrollierte Verformung oder gar Beschädigung des Blechteiles beim Lösen aus dem
Pressenwerkzeug erfolgt. Vielmehr wird an einer geeigneten Position des Blechteiles
eine Auslenkstelle vorgesehen, an welcher die Biegesteifigkeit in Bezug auf ein axiales
Herausziehen des Blechteiles mit dem axialen Hinterschnitt von dem ersten Werkzeugteil
mit Vorsprung gegeben ist. Diese verminderte Biegesteifigkeit bezieht sich auf die
angrenzenden weiteren Bereiche des Blechteiles, welche gegenüber der Auslenkstelle
eine höhere, insbesondere weitgehend konstante, Biegesteifigkeit aufweisen. Gegenüber
diesen Bereichen beträgt die Verminderung der Biegesteifigkeit vorzugsweise zwischen
30% und 70%.
[0011] Die Auslenkstelle wird vorzugsweise an einer Position des Blechteiles ausgebildet,
an welcher die Herabsetzung der Festigkeit für die Funktion des Bauteiles nicht wesentlich
ist. Dies kann insbesondere ein Bereich des Bauteiles sein, welcher bei einer späteren
Montage an dieser Stelle durch andere Bauteile gestützt und damit verstärkt wird.
[0012] Grundsätzlich kann die Auslenkstelle etwa durch die konstruktive Gestaltung eines
Absatzes mit relativ langem Hebelarm ausgebildet sein. Nach der Erfindung ist es besonders
zweckmäßig, dass die Auslenkstelle durch eine Wandstärkenverminderung gebildet wird.
Hier kann ein sehr genauer Gelenkpunkt oder eine Gelenklinie definiert werden, so
dass der Grat der elastischen Verformung beim Lösen des Blechteiles sehr gut bestimmbar
ist.
[0013] Dabei besteht eine bevorzugte Ausführungsform darin, dass die Auslenkstelle durch
Einprägen einer Nut mit gerundetem Nutgrund gebildet wird. Durch das spanlose Einformen
einer Nut mit gerundetem Nutgrund wird zwar die Materialstärke und damit die lokale
Biegesteifigkeit vermindert, jedoch erfolgt durch das spanlose Einformen eine Oberflächenverfestigung
und Verminderung der Oberflächenrauigkeit, so dass an dieser Stelle die Gefahr einer
Spannungsrissbildung entlang von Oberflächenrauigkeiten vermindert ist.
[0014] Weiterhin ist es nach der Erfindung bevorzugt, dass der axiale Steg mit einer Materialfaltung
ausgebildet wird. Der axiale Steg, welcher sich an den gebildeten ersten Absatz anschließt
und einen Teil des Grundes des axialen Hinterschnitts bildet, ist somit zumindest
bereichsweise durch die Materialfaltung mit einer doppelten Wandstärke ausgebildet.
Somit steht auch für den anschließenden Stauchvorgang ausreichend Material am axialen
Steg zur Verfügung, um den Materialwulst zum Schließen des axialen Hinterschnittes
zu bilden. Selbstverständlich kann die Materialfaltung auch mehrfach vorgesehen sein,
so dass entsprechend mehr Material am axialen Steg vorliegt.
[0015] Weiter ist nach der Erfindung vorgesehen, dass das axiale Stauchen des axialen Steges
durch ein zweites Werkzeugteil durchgeführt wird, welches relativ zum ersten Werkzeugteil
verfahrbar ist. Die Verfahrbarkeit ist dabei ebenfalls parallel zur Hubrichtung gegeben,
so dass dies ohne größeren konstruktiven Aufwand in einer Presse erreichbar ist. Durch
dieses zweite Werkzeugteil, welches insbesondere zwischen dem ersten Werkzeugteil
und einem dritten Werkzeugteil gelagert sein kann, erfolgt eine definierte Stauchung
und damit Verlagerung des Materials des axialen Steges gegen den Vorsprung des ersten
Werkzeugteiles, so dass der Materialwulst als zweiter Absatz den axialen Hinterschnitt
abschließt.
[0016] Eine weitere bevorzugte Variante der Erfindung besteht darin, dass eine Festigkeit
der Auslenkstelle nach dem Lösen des Blechteiles von dem ersten Werkzeugteil wieder
erhöht wird. Die Erhöhung kann beispielsweise durch das zusätzliche Einbringen von
Einprägungen im Nahbereich der Auslenkstelle sein. Hierdurch erfolgt eine definierte
Kaltverfestigung des gesamten Bereiches um die Auslenkstelle, so dass insgesamt die
Festigkeit und damit auch die Biegefestigkeit in dem Bereich der Auslenkstelle wieder
erhöht wird. Grundsätzlich sind auch andere Mittel und Verfahren zur Festigkeitserhöhung
möglich. Beispielsweise könnte eine Festigkeitserhöhung durch Auftragsschweißen oder
durch Kugelstrahlen erfolgen.
[0017] Weiterhin ist bevorzugt, dass zumindest an dem Materialwulst eine Schräge zum Grund
des axialen Hinterschnitts ausgebildet ist und/oder dass der Materialwulst gegenüber
dem Grund des Hinterschnitts in Querrichtung um einen Betrag vorsteht, der kleiner
als die Wandstärke des Ausgangsbleches ist. Insbesondere kann der Betrag, um welchen
der Materialwulst in Querrichtung vorsteht, zwischen 0,1 mm bis 2 mm, vorzugsweise
zwischen 0,4 mm und 0,8 mm, betragen. Die Schräge weist vorzugsweise gegenüber der
Axialrichtung einen Winkel zwischen 15° und 75° auf. Die Kantenübergänge sind vorzugsweise
gerundet.
[0018] Weiterhin ist bevorzugt, dass das Blechteil rotationssymmetrisch zu einer Mittenachse
ausgeformt wird. Auf diese Weise kann auf einer herkömmlichen Presse ein rotationssymmetrisches
Blechteil mit einem axialen Hinterschnitt geformt werden. Das Ausgangsteil kann ein
ebenes Blechstück oder ein vorgeformter Blechkörper sein. Als Blech wird ein Umformmetall,
insbesondere Umformstahl, vorgesehen.
[0019] Das erfindungsgemäße Blechteil ist dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Hinterschnitt
mittels Pressenwerkzeug an einem Vorsprung eines ersten Werkzeugteiles geformt ist
und dass an dem Blechteil eine Auslenkstelle mit definiert verminderter Biegesteifigkeit
ausgebildet ist, an welcher das Blechteil zum axialen Abziehen von einem quergerichteten
Vorsprung des Werkzeugteiles elastisch auslenkbar ist.
[0020] Das Blechteil mit axialem Hinterschnitt kann so auf einer Presse in besonders kostengünstiger
Weise hergestellt werden, wobei Grate, wie sie durch Schieberelemente an Pressenwerkzeugen
verursacht werden, vermieden sind.
[0021] Weitere Ausgestaltungen des Blechteiles ergeben sich aus der vorausgegangenen Beschreibung
des Verfahrens.
[0022] Die Erfindung wird weiter anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben,
welche schematisch in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen
zeigen:
- Fig. 1
- eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht eines Blechteiles vor dem Anformen des Hinterschnitts;
- Fig. 2
- eine Ansicht gemäß Fig. 1 nach dem Anformen des axialen Hinterschnitts;
- Fig. 3
- eine Teilquerschnittsansicht gemäß Fig. 2 mit Werkzeugteilen beim Anformen des axialen
Hinterschnitts; und
- Fig. 4
- eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Blechteiles.
[0023] Zum Bilden eines erfindungsgemäßen Blechteiles 10 zeigt Fig. 1 eine Zwischenform
5, welche aus einem Ausgangsblech mit der Wandstärke 6 in einem oder mehreren Stanz-
und Biegeschritten auf einer Presse gefertigt worden ist. Die Zwischenform 5 ist rotationssymmetrisch
zu einer Mittenachse 11 aufgebaut, um welche sich eine trommelförmige Umfangswand
25 erstreckt. An der Umfangswand 25 sind neben weiteren Abkantungen ein erster Absatz
14 und ein axialer Steg 6 ausgebildet. Der axiale Steg 6 erstreckt sich zylindrisch
und koaxial zur Mittenachse 11, wobei ein Teil der Außenfläche des axialen Steges
6 den Grund des anzuformenden axialen Hinterschnittes 12 darstellt. Zur Erhöhung der
Materialdichte am axialen Steg 6 ist durch eine Umstülpung eine Materialfaltung 7
ausgebildet. Daran anschließend erstreckt sich eine radial zur Mittenachse 11 gerichtete
Nabe 26.
[0024] Weiterhin ist an der Zwischenform 5 am unteren Ende der Umfangswand 25 ein radial
nach außen gerichteter abgekanteter Außensteg 27 vorgesehen. Im Übergangsbereich zwischen
der Umfangswand 25 und dem radialen Außensteg 27 ist eine ringförmige Nut 22 eingeprägt.
Die ringförmige Nut 22 bildet für das erfindungsgemäße Blechteil 10 eine Auslenkstelle
20. Zur Vermeidung von Spannungsspitzen bei der Auslenkung ist ein Nutgrund 23 der
Nut 22 gerundet ausgeformt.
[0025] Die abschließende Formung des axialen Hinterschnitts 12 in einer zweiten Stufe ist
im Zusammenhang mit Fig. 2 erkennbar. Das freie Ende des axialen Steges 6 wird in
axialer Richtung gestaucht, so dass das Material in einer Querrichtung, also radial
zur Mittenachse 11 zur Seite des ersten Absatzes 14 zu einem Materialwulst 16 ausgeformt
wird. Der Materialwulst 16 bildet einen zweiten Absatz 15, so dass der axiale Hinterschnitt
12 nunmehr zu beiden axialen Seiten abgeschlossen ist. Zwischen dem unteren ersten
Absatz 14 und dem oberen zweiten Absatz 15 des axialen Hinterschnitts 12 erstreckt
sich der umlaufende Grund 18.
[0026] An dem zweiten Absatz 15 ist eine Schräge 17 ausgebildet, welche etwa in einem 45°
Winkel zur Mittenachse 11 angeordnet ist. Eine entsprechende Schräge kann auch an
dem ersten Absatz 14 vorgesehen sein, wobei dies jedoch nicht zwingend der Fall sein
muss.
[0027] An dem Blechteil 10 erlaubt die ringförmige Auslenkstelle 20 zwischen der Umfangswand
25 und dem Außensteg 27 eine gewisse elastische Auslenkung oder Verformung der Umfangswand
25 in Bezug auf den Außensteg 27 in Richtung des Pfeiles P. Auf diese Weise kann eine
effiziente Herstellung des Blechteiles 10 auf einer Presse erfolgen, wie im Zusammenhang
mit Fig. 3 erläutert ist.
[0028] Dabei wird die Zwischenform 5 mit einem ersten Werkzeugteil 30 und einem dritten
Werkzeugteil 60 eines Pressenwerkzeugoberteiles auf einer Presse in bekannter Weise
durch Verfahren in einer Hubrichtung H gegen ein nicht dargestelltes Pressenwerkzeugunterteil
verfahren. Die Hubrichtung H verläuft parallel zur Mittenachse 11 des Blechteiles
10.
[0029] Das erste Werkzeugteil 30 weist einen radial nach innen vorragenden Vorsprung 32
auf. Der Vorsprung 32 umfasst einen unteren Eckbereich 33 zur Formung des ersten Absatzes
14 und einen oberen Eckbereich 34 zur Formung des zweiten Absatzes 15. In der ersten
Stufe wird jedoch dieser zweite Absatz 15 noch nicht ausgebildet, sondern es wird
die Zwischenform 5 gemäß Fig. 1 mit einer Materialfaltung 7 am Steg 6 geformt. Weiterhin
weist das erste Werkzeugteil 30 an seiner Unterseite einen axial vorspringen Prägevorsatz
36 zum Formen der Nut 22 auf.
[0030] Nach diesem ersten Umformschritt wird zwischen dem ringförmigen ersten Werkzeugteil
30 und dem dritten Werkzeugteil 60 ein zweites ringförmiges Werkzeugteil 50 in Hubrichtung
H zugestellt. Die untere Stirnseite des zweiten Werkzeugteiles 50 weist eine bogenförmige
Stauchfläche 52 auf. Die bogenförmige Stauchfläche 52 kontaktiert den axial vorspringenden
Steg 6 und staucht dessen axiale Länge. Dabei wird Material in einer Querrichtung
radial nach außen zu einem Materialwulst 16 verdrängt. Dabei wird das verdrängte Material
gegen den oberen Eckbereich 34 des radial nach innen gerichteten Vorsprunges 32 geformt,
so dass sich der zweite Absatz 15 mit einer definierten Schräge 17 ausbildet. Dabei
erstreckt sich die Höhe des zweiten Absatzes 15 um den Betrag a radial nach außen
gegenüber dem Grund 18.
[0031] Zum Lösen des so geformten Blechteiles 10 mit dem axialen Hinterschnitt 12 wird zunächst
das zweite Werkzeugteil 50 in Hubrichtung H vom Blechteil 10 weggefahren. Entsprechendes
erfolgt mit dem dritten Werkzeugteil 60. Nunmehr verbleibt das Blechteil 10 aufgrund
des angeformten axialen Hinterschnittes 12 am Vorsprung 32 des ringförmigen ersten
Werkzeugteiles 30. Das Blechteil 10 kann nach der Erfindung jedoch abgezogen werden,
da mittels der im Ausführungsbeispiel dargestellten ringförmigen Nut 22 als Auslenkstelle
20 die Umfangswand 25 gegenüber dem radialen Außensteg 27 elastisch radial nach innen
ausweichen kann. Das Abziehen wird dabei durch die angeformte Schräge 17 am zweiten
Absatz 15 des Blechteiles 10 unterstützt. Nachdem der Materialwulst 16 den unteren
Eckbereich 33 des quergerichteten Vorsprunges 32 passiert hat, gelangt die Umfangswand
25 wieder zurück in ihre ursprüngliche Ausgangslage und das Blechteil 10 kann nunmehr
ohne weiteres aus dem Pressenwerkzeug entnommen werden. Zum Abziehen kann ein Ausstoßen
am Pressenwerkzeug vorgesehen sein.
[0032] Während das Blechteil 10 gemäß den Figuren 2 und 3 einen axialen Hinterschnitt aufweist,
der an einer radialen Außenseite angeordnet ist, zeigt Fig. 4 eine weitere mögliche
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Blechteiles 10'. Bei dem Blechteil 10' ist
ein axialer Hinterschnitt 12' an einer radialen Innenseite an einer trommelförmigen
Wand 25' zwischen einem ersten Absatz 14' und einem zweiten Absatz 15' ausgebildet.
Der Absatz 15' ist durch eine axiale Stauchbewegung radial nach innen gebogen und
stellt so den quergerichteten Materialwulst oder Materialvorsprung dar. Eine Auslenkstelle
20' ist dabei ebenfalls im Übergangsbereich zwischen der trommelförmigen Umfangswand
25' und einer radial verlaufenden, scheibenförmigen Nabe 26' ausgebildet. Aufgrund
der Auslenkbarkeit um die Auslenkstelle 20' kann das so geformte Blechteil 10' von
einem hier nicht dargestellten Pressenwerkzeug trotz des radial nach innen vorspringenden
zweiten Absatzes 15' elastisch verformbar abgezogen werden.
[0033] Nach der Erfindung sind eine Vielzahl verschiedenster Formgebungen an Blechteilen
gemäß der Erfindung möglich.
1. Verfahren zum Formen eines Blechteiles (10) mit einem axialen Hinterschnitt (12) mittels
Pressenwerkzeug, bei welchem durch eine Umformbewegung in einer axialen Hubrichtung
ein Ausgangsteil zu dem Blechteil (10) umgeformt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass mittels eines ersten Werkzeugteiles (30) mit einem quer zur Hubrichtung gerichteten
Vorsprung (32) eine Zwischenform (5) mit einem Absatz (14) und einem axialen Steg
(7) gebildet wird und
dass anschließend der axiale Steg (7) axial gestaucht und dabei an dem Vorsprung (32)
des ersten Werkzeugteiles (30) zum Bilden des axialen Hinterschnitts (12) ein Materialwulst
(16) in Querrichtung geformt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Blechteil (10) von dem ersten Werkzeugteil (30) axial abgezogen wird, wobei das
Blechteil (10) zum Lösen des angeformten Hinterschnitts (12) elastisch verformt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Ausbilden der elastischen Verformbarkeit an dem Blechteil (10) mindestens eine
Auslenkstelle (20) mit definiert verminderter Biegesteifigkeit ausgebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auslenkstelle (20) durch eine Wandstärkenverminderung gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Auslenkstelle (20) durch Einprägen einer Nut (22) mit gerundetem Nutgrund (23)
gebildet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der axiale Steg (7) mit einer Materialfaltung (8) ausgebildet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass das axiale Stauchen des axialen Steges (7) durch ein zweites Werkzeugteil (50) durchgeführt
wird, welches relativ zum ersten Werkzeugteil (30) verfahrbar ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Festigkeit der Auslenkstelle (20) nach dem Lösen des Blechteiles (10) von dem
ersten Werkzeugteil (30) wieder erhöht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüchen 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest an dem Materialwulst (16) eine Schräge (17) zum Grund (18) des axialen
Hinterschnitts (12) ausgebildet ist und/oder
dass der Materialwulst (16) gegenüber dem Grund (18) des Hinterschnitts (12) in Querrichtung
um einen Betrag vorsteht, der kleiner als die Wandstärke (6) eines Ausgangsbleches
des Ausgangsteiles ist.
10. Blechteil mit einem axialen Hinterschnitt (12), insbesondere hergestellt nach einem
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
bei dem der axiale Hinterschnitt (12) mittels Werkzeugteil auf einer Presse geformt
ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass an dem Blechteil (10) eine Auslenkstelle (20) mit definiert verminderter Biegesteifigkeit
ausgebildet ist, an welcher das Blechteil (10) zum axialen Abziehen von einem quergerichteten
Vorsprung (32) des Werkzeugteiles (30) elastisch auslenkbar ist.