DD233036A3

DD233036A3 - Verfahren und werkzeug zum tiefziehen von blechformteilen

Info

Publication number: DD233036A3
Application number: DD24455882A
Authority: DD
Inventors: Heinz-Guenter Nagel; Karlheinz Beyrich; Frieder Kraus; Siegmund Colditz
Original assignee: Fz F Umform U Plastverarbeitun
Priority date: 1982-11-04
Filing date: 1982-11-04
Publication date: 1986-02-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Werkzeug zum Tiefziehen von Blechformteilen, insbesondere von Dosen, in zwei Zuegen innerhalb desselben Pressenhubes, wobei die Ziehkraft des ersten Zuges als Niederhalterkraft benutzt wird. Es ist das Ziel der Erfindung, bei der Herstellung von in zwei Zuegen tiefgezogenen Blechformteilen Werkstoffe auch mit relativ grosser Anisotropie (Walztextur) und damit entstehender Zipfelbildung verarbeiten zu koennen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein Werkzeug mit Beeinflussbarkeit der Verfahrensparameter im zweiten Zug zu schaffen. Geloest wird diese Aufgabe, indem man die Niederhalterkraft vom Beginn des zweiten Zuges an progressiv verlaufend reduziert, mit Eintritt des Ziehteilrandes zwischen die Niederhalterflaechen des Werkzeuges und damit die Bildung eines Ziehteilflansches durch die Niederhalterkraft eine Faltenbildung wenigstens noch unterdrueckt, die Niederhalterkraft beim weiteren Tiefziehen entsprechend der Verkleinerung der Flaechen des Ziehteilflansches weiter verringert, die Niederhalterkraft vor dem Ende des zweiten Zuges voellig aufhebt und den Restflansch hochstellt. Dem Werkzeug zur Durchfuehrung des Verfahrens sind mehrere Entlastungsfedern und Entlastungsbolzen im Umkreis um den Ziehstempel fuer den ersten Zug zugeordnet. Fig. 3

Description

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Titel der Erfindung

Verfahren und Werkzeug zum Tiefziehen von Blechformteilen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Tiefziehen von Blechformteilen, insbesondere Dosen, bei dem sich dem ersten Zug der zweite Zug innerhalb desselben Pressenhubes in gleicher Richtung anschließt, wobei die Ziehkraft des ersten Zuges als Niederhalterkraft des zweiten Zuges benutzt und mit fortschreitender Ziehtiefe reduziert wird sowie ein Werkzeug zur Ausführung des Verfahrens»

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In der Zeitschrift "Feinwerktechnik" 59 (1955) 2, S. 72-73 ist ein Ziehwerkzeug für den Anschlagzug beschrieben, bei dem die Niederhalterkraft mittels Federdruckapparat erzeugt wird« Zwecks Erhaltung eines konstanten Niederhalterdruckes wird die Niederhalterkraft durch Entspannen der Druckfedern mit fortschreitender Ziehtiefe verringert. Ein konstanter Nxederhalterdruck ist auf diese Art und Weise jedoch nicht zu gewährleisten, da die Reduzierung der Flanschfläche gemäß einer quadratischen Funktion, die der Niederhalterkraft aber gemäß der Federkennlinie linear erfolgt.

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In der DE-OS 25 19 521 werden Verfahren und Ziehpresse mit Werkzeug zum Weiterziehen von Hohlkörpern beschrieben. Dabei wird der Niederhalterdruck für den Weiterschlag pneumatisch erzeugt. Um eine Beschädigung des Ziehteilrandes zu vermeiden, wird über einen Niederhalteranschlag zwischen Niederhalter und Ziehring ein fester Spalt eingestellt. Dieser Spalt soll gleich oder geringfügig kleiner als die Materialdicke sein. Es wird dabei von der Annahme einer konstanten Materialdicke ausgegangen Es ist aber bekannt, daß dies in einem Ziehteil nicht der Fall ist. Bedingt durch den Spannungszustand und den dadurch hervorgerufenen Werkstofffluß tritt im unteren Bereich des Ziehteiles eine Dickenreduzierung auf. Die Wanddicke nimmt dann nahezu linear zu und kann am oberen Ziehteilrand bis zu 30 % dicker sein als die Ausgangsblechdicke. Für das praktische Wirken der in der DE-OS 25 19 521 beschriebenen Art bedeutet dies, daß eine Einstellung des Spaltes auf die größte Blechdicke zu Beginn des zweiten Zuges Faltenbildung ermöglicht. Eine Verkleinerung des Spaltes auf die minimale Blechdicke führt dazu, daß mit dem Eintreten des dickeren Bleches der Niederhalter vom Anschlag wieder abgehoben und der volle Niederhalterdruck erreicht wird. Mit dem Eintritt des Ziehteilrandes in die Niederhalterschräge steigt dann entsprechend der Flächenverkleinerung der Niederhalterdruck an. Dies führt zum Abquetschen des Randes. Also gerade zu der Erscheinung, die mit dieser Methode vermieden werden sollte.

Besonders nachteilig wirken sich die bislang bekannten und eingangs beschriebenen Methoden der Steuerung der Nxederhalterkraft beim Tiefziehen von mit starker Textur behafteten Blechen aus. Die dabei im Flansch unvermeidlich entstehenden Zipfel werden zum Ende de;; Tiefzuges hin mit einem wesentlich zu großen Niederhalterdruck beaufschlagt und dadurch teilweise oder ganz abgerissen. Diese abgerissenen Werkstückpartikel verbleiben im Werkzeug und führen beim Ziehen von nachfolgenden Teilen zum Versagensfall.

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WP B 21 D/244 558/4

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin/ bei der Herstellung von in zwei Zügen tiefgezogenen Blechformteilen Werkstoffe auch mit relativ großer Anisotropie (Walztextur) und damit entstehender Zipfelbildung verarbeiten zu können.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art mit Beeinflußbarkeit der Verfahrensparameter im zweiten Zug zu schaffen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Niederhalterkraft vom Beginn des zweiten Zuges an progressiv verlaufend reduziert und vor Beendigung des zweiten Zuges völlig aufgehoben wird.

Das Tiefziehwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus Ziehringen für den ersten und zweiten Zug, Blechabstreifer und Ziehteilabstreifer im Unterwerkzeug, Schneidring, Niederhalter und Ziehstempel für den ersten und zweiten Zug im Oberwerkzeug, wobei der Ziehstempel des ersten Zuges im zweiten Zug als Niederhalter wirkt und der Ziehstempel des zweiten Zuges in ihm geführt ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Fuß des Ziehstempels für den ersten Zug großflächig ausgebildet ist_; «,.

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zwischen diesem Fuß und dem separat angetriebenen Schneidstößel im Umkreis um den Ziehstempel für den ersten Zug an der Stempelführung mehrere Entlastungsfedern und Entlastungsbolzen angeordnet sind und daß der Ziehstempel für den zweiten Zug einen Freistich aufweist, der in seiner Breite im wesentlichen symmetrisch zur mittleren Ziehteilhöhe angeordnet ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel für die Herstellung von Dosen näher erläutert:

Es zeigen

Fig. 1 das Tiefziehwerkzeug im oberen Totpunkt im Schnitt,

Fig. 2 den Schnitt durch das Tiefziehwerkzeug am Ende des ersten Zuges,

Fig. 3 den Schnitt durch das Tiefziehwerkzeug in der Endphase des zweiten Zuges,

Fig. 4 Diagramm des Verlaufes der Niederhalterkraft in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel der Presse und damit von den Werkzeugbewegungen,

Fig. 5 Teilansicht des Ziehstempels für den zweiten Zug,

Fig. 6 Zipfeliger, verdickter Ziehteilrand beim Durchziehen und

Fig. 7 aufgefederter, verdickter Ziehteilrand nach dem Durchziehen.

Die Herstellung der Blechformteile, insbesondere Dosen mit einem Gesamttiefziehverhältnis ß> 2,0, muß in zwei Stufen erfolgen. Für die Produktion, von sehr großen Stückzahlen, wie sie bei der Herstellung von Dosen in jedem Fall vorliegen, eignet sich besonders ein Verfahren, bei dem innerhalb desselben Pressenhubes der zweite Zug nach dem ersten in derselben Richtung ausgeführt wird (DE-PS 11 23 11).

Vorteilhafterweise wird noch das Schneiden der Ronde im Werkzeug vorgenommen, so daß das Verfahren in den Stufen Schnitt Zug - Zug erfolgt. Das Band oder der Streifen 10 wird in Höhe des Ziehringes 7 eingeführt (Fig. 1). Durch eine phasenversetzte Bewegung (Fig. 4) erfolgt zuerst das Schneiden der Ronde durch den Hub des Schneidstößels 2, wobei die Ronde gleichzeitig zwischen Ziehring 7 und Niederhalter 12 gehalten wird. Nach erfolgtem Schnitt wird der erste Zug durch die Hubbewegung des Ziehstempels für den ersten Zug 14 ausgeführt.

Die Ziehkraft F₂₁ für diesen ersten Zug wird durch einen im Pressenstößel 3 befindlichen Luftzylinder erzeugt und über die Druckbolzen 18 auf den Ziehstempel 14 übertragen. Mit dem in Fig. 2 dargestellten Stadium ist der erste Zug beendet und der zweite Zug beginnt. Kennzeichnend ist, daß dabei das Ziehteil 23 zwischen der Niederhalterschräge ara Ziehstempel für den ersten Zug 21 und der Niederhalterschräge am Ziehring für den zweiten Zug 22 eingespannt wird. Der Ziehstempel für den ersten Zug 14 wird damit zum Niederhalter für den zweiten Zug. Diese am Beginn des zweiten Zuges vorhandene Niederhalterkraft entspricht der eingestellten Ziehkraft für den ersten Zug. Dies entspricht in Fig. 4 der Größe F-. bzw. dem Verlauf zwischen den Punkten VI - VII. Die Kraft F^₁ ist weitaus größer als die für den zweiten Zug erforderliche Niederhalterkraft F^₂ , siehe Fig. 4, Linie III - IV. Beim weiteren Stößelniedergang tritt der Ziehstempel für den zweiten Zug 15 aus dem Ziehstempel für den ersten Zug 14 heraus und formt das Ziehteil 23 weiter um. Von diesem Zeitpunkt an erfolgt eine progressive Reduzierung der Niederhalterkraft F^_{2 vo}_# indem, die Aufwärtsbewegung des Schneidstößels 2 ausnutzend, Entlastungsfedern 17 zusammengepreßt werden, deren Kraft der Ziehkraft für den ersten Zug entgecengerichtet ist und somit entlastend auf die niedergehaltene Fläche des Ziehteiles wirkt. Diese Entlastung erfolgt derart, daß mit dem Eintritt des Ziehteilrandes zwischen die Niederhalterschrägen an Ziehstempel 21 und Ziehring 22 die Niederhalterkraft eine Faltenbildung wenigstens noch unterdrückt. Dieses Stadium wird im Diagramm der Fig. 4 durch die Kurve VII - IX charakterisiert.

Die Verkleinerung der Niederhalterkraft wird entsprechend der Verkleinerung des Ziehteilflansches fortgesetzt bis zu einem Zeitpunkt, bei dem gerade noch ein geschlossener Flansch zwischen den Niederhalterschrägen des Ziehstempels 21 und des Ziehringes 22 besteht, Fig. 4, Kurve IX-X. Dieser Restflansch 25 am Ziehteil in der Endphase des zweiten Zuges 24 muß einerseits so groß sein, daß die vorhandene Niederhalterkraft noch übertragen werden kann, aber andererseits muß er so klein sein, daß ohne störende Faltenbildung ein Hochstellen ohne Niederhalterwirkung möglich ist. Dieser Zeitpunkt des zweiten Zuges ist in Fig. 3 dargestellt und entspricht in Fig. 4 dem Punkt X. Zu diesem Zeitpunkt wird die Niederhalterkraft völlig aufgehoben, indem die Entlastungsbolzen 20 auf den Fuß des Ziehstempels für den ersten Zug 19 treffen und den Ziehsterapel 15 anheben« Der vorhandene Restflansch 25 wird dann ohne störende Faltenbildung mit fortschreitendem Stempelhub senkrecht hochgestellt, ohne daß vorhandene Zipfel dabei abreißen. Beim weiteren Durchziehen durch den Ziehring für den zweiten Zug 8 weicht der zipfelige, verdickte Ziehteilrand 27, Fig. 6, nach innen elastisch in den Freistich 26 aus, um schließlich nach dem Durchziehen wieder nach außen aufzufedern, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Nach Durchlaufen des unteren Totpunktes wird beim Hochgehen des Ziehstempels für den zweiten Zug 15 die gezogene Dose durch den Ziehteilabstreifer 5 abgestreift und mittels Druckluft (nicht dargestellt) aus dem Werkzeug ausgeblasen.

Durch die Reduzierung der Niederhalterkraft auf eine Größe, die nur geringfügig größer als die erforderliche ist und durch das niederhalterlose Hochstellen des Restflansches wird sicher vermieden, daß insbesondere bei sehr anisotropem Werkstoff die Zipfel in der Schlußphase des zweiten Zuges völlig oder teilweise abgerissen werden und bei nachfolgenden Ziehteilen zum Versagensfall führen, da sie im Werkzeug verbleiben. Ein weiterer Vorteil besteht beim weiteren Durchziehen darin, daß der zipfelige, verdickte und unter Umständen leicht faltige Rand elastisch nach innen ausweichen kann.

Dadurch wird vermieden, daß im Ziehspalt Werkstoff in Form kleiner Partikel abgequetscht wird und zur Verschmutzung führt, die Ursache auftretender Versagensfälle ist. Der aufgefederte verdickte Rand 28, Fig. 7, stellt eine sehr stabile Kante zum Abstreifen von Ziehteilen aus dünnem Blech dar·

Aufbau und Wirkungsweise des Werkzeuges

Wie aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich ist, führt das Werkzeug eine Schneid-Zieh-Zieh-Operation aus. Das Werkzeugunterteil ist auf der Grundplatte 1 befestigt und besteht aus dem Grundkörper 4, in dem unterhalb der Ziehringe für den ersten Zug und dem zweiten Zug 8 der Ziehteilabstreifer 5 aufgenommen ist. Der Spannring 6, an dem der Blechabstreifer 9 beweglich befestigt ist, verspannt die Ziehringe 7 und 8 mit dem Grundkörper 4. Der Ziehring für den ersten Zug 7 ist in seiner Außenkontur als Schneidstempel ausgebildet. Oberhalb des Ziehringes für den ersten Zug 7 und des Blechabstreifers befindet sich der zu verarbeitende Werkstoff 10 in Bandoder Streifenform. Am separat angetriebenen Schneidstößel 2 sind der Schneidring 11 mit dem Niederhalter für den ersten Zug 12 und die Stempelführung 13 befestigt. Zwischen dem Niederhalter für den ersten Zug 12 und der Stempelführung sind kreisförmig die Niederhalterfedern 16 angeordnet. Auf der oberen Seite der Stempelführung 13 befinden sich ebenfalls kreisförmig angeordnet die Entlastungsfedern 17 und die Entlastungsbolzen 20, Durch diese Anordnung befinden sich Entlastungsfedern 17 und Entlastungsbolzen 20 zwischen dem Schneidstößel 2 und dem Fuß des Ziehstempels für den ersten Zug 19 und können somit eine Wirkverbindung zwischen diesen beiden Teilen herstellen.

In der Sterapelführung 13 gleitet der durch einen Pneumatikzylinder (in den Fig. 1 bis 3 nicht dargestellt) über die Druckbolzen 18 beaufschlagte Ziehstempel für den ersten Zug 14, der im zweiten Zug als Niederhalter wirkt, indem das Blech

zwischen der Niederhalterschräge 21 an diesem Ziehstempel und der Niederhalterschräge 22 am Ziehring für den zweiten Zug mit Druck beaufschlagt wird. Der Ziehstempel für den zweiten Zug 15 ist am Pressenstößel 3 befestigt und wird im Ziehstempel für den ersten Zug 14 geführt, er weist einen Freistich 26 auf, der mittig zur mittleren Ziehteilhöhe h liegt, Fig. 5.

Die Entlastungsfedern 17 werden entsprechend den Ziehteilabmessungen und dem zu verarbeitenden Werkstoff nach Art und Größe so gewählt, daß eine Reduzierung der vorhandenen Ziehkraft im ersten Zug F₇,. , ausgeübt durch den Ziehsterapel 14, auf die erforderliche Niederhalterkraft im zweiten Zug F_N2e' die im allgemeinen weniger als die Hälfte der benötigten Ziehkraft des ersten Zuges beträgt, erfolgen kann. So wird z. B.

bei der erfindungsgeraäßen Herstellung einer Dose vom Durch-?

messer 73 mm aus legiertem Aluminiumblech einer Dicke von 0,3 mm die benötigte Ziehkraft für den ersten Zug von 18 kN auf die erforderliche Niederhalterkraft von 6 1<N während des Ablaufes des zweiten Zuges reduziert. Die zeitlichen Zusammenhänge dazu sind in Fig. 4 dargestellt.

Nachdem der Materialvorschub erfolgt ist, bewegen sich Ziehstößel 3 und Schneidstößel 2 phasenverschoben gemäß Diagramm in Fig. 4 vom oberen Totpunkt aus abwärts. Die weiteren Erläuterungen sind in Verbindung mit den Fig. 1 bis 3 zu verstehen.

Im Punkt A setzt der Schneidring 11 auf das Blech 10 auf und der Schneidvorgang setzt ein. Im Punkt B beginnt mit dem Auftreffen der Ziehstempel 14 und 15 auf das Blech 10 der Ziehvorgang. Der erste Zug endet mit dem Aufsetzen der Niederhalterfläche 21 des Ziehstempels vom ersten Zug 14 auf die Nitclerhalterflache 22 vom Ziehring 8 für den zweiten Zug mit dem dazwischen befindlichen Teil des Ziehteiles 23. Diese Phase des Ziehvorganges ist in Fig. 2 dargestellt und entspricht dem Punkt C im Diagramm in Fig. 4. Die Ziehkraft

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für den ersten Zug F^₁ wird von einem im Pressenstößel 3 befindlichen nicht dargestellten Pneumatikzylinder erzeugt und über die Druckbolzen 18 auf den Fuß 19 des Ziehstempels übertragen. Der im Pneumatikzylinder vorhandene Druck bleibt während des gesamten Hubes konstant. Beim weiteren Hub verringert sich der Abstand zwischen dem Fuß des Ziehstempels und dem Pressenstößel 3, da der Schneidstößel 2 sich schon im Rücklauf befindet. Ober die Druckbolzen 18 wird die Relativbewegung zwischen den beiden Ziehstempeln 14 und 15 auf den KolbeYi des Pneumatikzylinders übertragen. Dieser Vorgang setzt gemäß Fig. 4 im Punkt C ein und stellt den Beginn des zweiten Zuges dar. Für den zweiten Zug wird eine Niederhalterkraft benötigt, die in Fig. 4 dem Verlauf der Kurve in den Punkten III - IV - V entspricht. Durch die notwendige Ziehkraft während des ersten Zuges, die dem Verlauf zwischen den Punkten VI und VII entspricht, ist aber eine mehr als doppelt große Niederhalterkraft vorhanden, die auch entsprechend dem Kurvenverlauf V-II - VIII durch den Pneumatikzylinder bis zum Ende des Ziehvorganges erzeugt wird. Die zu große Niederhalterkraft würde am Ende des Ziehvorganges zum Abreißen des Ziehteilrandes oder Teile desselben führen. Diese Gefahr ist besonders dann groß, wenn der Werkstoff starke Zipfelung als Folge ebener Anisotropie aufweist.

Eine zu große Niederhalterkraft zwingt auch dazu, das Ziehverhältnis im zweiten Zug zu reduzieren und verhindert somit unter optimalen technologischen Bedingungen arbeiten zu können. Zur Vermeidung dieser Nachteile sind die Entlastungsfedern im Umkreis um die Ziehstempel 14 und 15 an der Stempelführung so angeordnet, daß im Punkt C des Diagrarames der Fig. 4 über diese Federn eine Wirkverbindung zwischen dem Schneidstößel 2 und dem Fuß des Ziehstempels für den ersten Zug 19 hergestellt wird. Etwa im Punkt C hat der Schnexdstößel 2 seinen unteren Totpunkt erreicht und der Rückhub beginnt. Damit verringert sich der Abstand zwischen dem Fuß des Ziehstempels für den ersten Zug 19 und der Stempelführung 13, die Entlastungsfedern

werden gespannt und die entstehende Kraft ist der über die Druckbolzen 18 auf den Ziehstempel 14 anliegenden Kraft entgegengerichtet, so daß die als Differenz sich ergebende Kraft die Niederhalterkraft darstellt und einen Verlauf gemäß der Kurve in den Punkten VII - V annimmt. Anzahl und Größe der Entlastungsfedern 17 sind dabei so zu wählen, daß eine möglichst große Annäherung an den Kurvenverlauf zwischen den Punkten IV-V erreicht wird. Kurz vor Ende des Ziehvorganges wird durch das Aufsetzen des Fußes des Ziehsterapels für den ersten Zug 19 auf die Entlastungsbolzen 20 die Niederhalterkraft völlig aufgehoben. Diese Phase des Ziehvorganges ist in Fig. 3 dargestellt. Der Zeitpunkt des Aufhebens der Niederhalterkraft muß so gewählt werden, daß die Größe des Restflansches es erlaubt, diesen niederhalterlos ohne störende Faltenbildung hochzustellen und kann somit nur zwischen den Punkten D Eintritt des Ziehteilrandes in die Niederhalterschrägen 21 und 22 - und E - Ende des Ziehvorganges - liegen und entspricht Punkt X in Fig. 4

Der zipfelige und verdickte Ziehteilrand 27, Fig. 6, mit eventuell vorhandenen Schneidgrat kann beim Durchziehen elastisch in den Freistich 26 ausweichen. Im Verlauf des weiteren Hubes gelangt der zurückgefederte Ziehteilrand 29, Fig. 7, unter den Ziehteilabstreifer 5, durch den im Aufwärtshub das Ziehteil 23 vom Ziehsterapel 15 abgestreift und ausgeworfen wird.

Claims

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1. Verfahren zum Tiefziehen von Blechformteilen, insbesondere Dosen, bei dem sich dem ersten Zug der zweite Zug innerhalb desselben Pressenhubes in gleicher Richtung anschließt, wobei die Ziehkraft des ersten Zuges als Niederhalterkraft des zweiten Zuges benutzt und mit fortschreitender Ziehtiefe reduziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederhalterkraft vom Beginn des zweiten Zuges an progressiv verlaufend reduziert und vor Beendigung der Umformung im zweiten Zug völlig aufgehoben wird.
2. Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Punkt 1, bestehend aus Ziehringen für den ersten und zweiten Zug, Blechabstreifer und Ziehteilabstreifer im Unterwerkzeug, Schneidring, Niederhalter und Ziehstempel für den ersten und zweiten Zug im Oberwerkzeug, wobei der Ziehstempel des ersten Zuges im zweiten Zug als Niederhalter wirkt und der Ziehstempel des zweiten Zuges in ihm geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Fuß (19) des Ziehstempels (14) für den ersten Zug großflächig ausgebildet ist, zwischen dem Fuß (19) und dem separat angetriebenen Schneidstößel (2) im Umkreis in den Ziehstempel (14) für den ersten Zug an der Stempelführung (13) mehrere Entlastungsfedern (17) und Entlastungsbolzen (20) angeordnet sind und^ der Ziehstempel (15) für den zweiten Zug einen Frei-Stich (26) aufweist, der in seiner Breite im wesentlichen symmetrisch zur mittleren Ziehteilhöhe (h_m) verläuft.

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