Presse zum Aussenhochdruckformen

Abstract

 Es wird eine Umformpresse für das Außenhochdruckumformen vorgeschlagen, bei der der Flüssigkeitskasten (10) stationär angeordnet ist. Arbeitszylinder (6) sind zur Erzielung einer kompakten Bauform im Stößel (2) intergriert und die Blechhalter- und Schließkraft wird von Kurzhubzylinder (7) aufgebracht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Presse, insbesondere eine Umformpresse die nach dem Verfahren der Außenhochdruckumformung arbeitet, 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.

Stand der Technik:

[0002] 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

[0003] 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.

Aufgabe und Vorteil der Erfindung:

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] 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.

[0008] 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

[0009] 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.

[0010] 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.

[0011] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung

[0012] 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

Beschreibung der Umformpresse:

[0013] 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.

[0014] 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.

[0015] Zur Erreichung der gewünschten Umformergebnisse kann jeder Kurzhubzylinder 7 einzeln geregelt werden oder in Gruppen zusammengeschlossen sein.

[0016] Im weiteren Prozeßablauf fahren die im Stößel 2 integrierten Arbeitezylinder 6 mit dem Werkzeug 9 gegen das im Flüssigkeitskasten 10 befindliche Flüssigkeitspolster. Eine nicht näher dargestellte Druckregeleinrichtung regelt den erforderlichen Druck des Flüssigkeitspolsters ein.

[0017] 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.

[0018] 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.

[0019] 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.

[0020] 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

Ansprüche

1. Presse zum Außenhochdruckumformen mit einem auf- und abbewegbaren, verriegelbaren Stößel (2) und Blechhalter (3), mit Blechhaltezylinder (7), mit Druckmedium (14), aufnehmenden druckgeregelten Flüssigkeitskasten (10) und mit Arbeitszylinder (6) zur Umformung, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechhalterzylinder (7) als Kurzhubzylinder ausgebildet sind und die das Werkzeug (9) tragenden Arbeitszylinder (6) im Stößel (2) intergriert sind.

2. Presse zum Außenhochdruckumformen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stößel (2) und Blechhalter (3) durch einen gemeinsamen Fahrzylinder (5) antreibbar sind.

3. Presse zum Außenhochdruckumformen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kurzhubzylinder (7) in Anordnung und/oder Zahl frei wählbar sind.

4. Presse zum Außenhochdruckumformen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß am Stößel (2) Fluidkupplungen(16) vorgesehen sind.

5. Presse zum Außenhochdruckumformen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kurzhubzylinder (7) einzeln oder in Gruppen regelbar sind.

6. Presse zum Außenhochdruckumformen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kurzhubzylinder (7) nach vorgegebenen Sollkurven für die Blechhaltekraft druckregelbar sind.

7. Presse zum Außenhochdruckumformen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kurzhubzylinder (7) so druckbeaufschlagbar sind, daß Platine (11) einspannbar ist.

8. Presse zum Außenhochdruckumformen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Werkzeug (9) über Werkzeugdistanzen (12) verriegelbar ist.

Zeichnung