Grundlagen des Werkzeugbaues - Department … · Folgeschneidwerkzeug für Rotor- und Statorbleche...

Grundlage des Tief- und Karosserieziehens1

DGM SeminarTiefziehen

DGM Fortbildungsseminar15./16. November 2006

Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel

Grundlagen des Werkzeugbaues



Inhalt

Werkzeugarten

Grundsätzlicher Aufbau von Werkzeugen

Gestaltung von Niederhalterflächen

Tryout



Werkstückgeometrie in der Umformtechnik ist ganz oder teilweise durch die Werkzeuggeometrie gegeben.→ im Gegensatz zur Zerspantechnik wesentlich größere Werkzeuge und damit höhere Kräfte

Umformwerkzeuge

Werkzeugarten

Gewicht 3800kg



PlatinenschnittTiefzug

Beschnitt1

Prägeschritt

Beschnitt 2

BördelnLochen

Oft erfolgt die Fertigung nicht in einem Schritt sondern durch eine Folge von Operationen bei denen in der Regel Umformen und Schneiden immer kombiniert vorkommen. In der Konstruktionsphase werden die Arbeitsschritte in einem s.g. Methodenplan festgelegt.

Ziel:

Minimierung der

Werkzeuge

Werkzeugarten

Fertigungsschritte - Methodenplan

Fertigungsschritte bei der Herstellung einer Ölwanne



1 2

3 4

Fertigungsschritte - Methodenplan

Werkzeugarten

1. Stanzform zur Fertigung von Rohlingen aus Bandcoil

2. Tiefziehen3. Beschnitt überflüssiges

Material4. Biegen für Umbördelung5. Bördeln

5



Werkzeugarten

Einzel-werkzeuge

Maßgeblich Teilegröße

und Stückzahl

Stufenwerk-zeuge

Folge-werkzeuge

Folgeverbund-werkzeuge

Sonder-werkzeuge

Großlächige Teileauf

Großpressenoder Pressenlinien

Transport:Vakuumtransfer

Feeder oderRoboter

Hohe Stückzahlenkleine bis

mittelgroße Teile

Transport:Transfer

Schneiden inmehrererenStufen ohne

Umformoperation

Transport:durch Coil oder

Blechstreifen

Kleinere BlechteileMit Schneid-und Umform-operationen

Transport:durch Coil oder Blechstreifen mit

Hebeleiste

z.B. Bördel-werkzeuge

Einteilung der Werkzeuge

Werkzeugarten



Großwerkzeuge in einer Großteilstufenpresse – Transport durch Saugerbalkentransfer. Fertigung als links-rechts Teil (Türe)

Werkzeugarten

Einzelwerkzeuge


DGM SeminarTiefziehenStufenwerkzeugsatz zur Fertigung eines Pkw - Automatikgetriebebauteils

Werkzeugarten

Stufenwerkzeuge

… auf einer Platte verbundene Einzelwerkzeuge.Zuführung des Bleches als Platine (Platinenlader) einzeln und Einzeltransport von Werkzeug zu Werkzeug über z.B. Balkentransfer


DGM SeminarTiefziehenElektrischer Transfer an einer Großteil-Transferpresse mit

Greiferschienentransfer

Stufenwerkzeuge

Werkzeugarten



…auch Folgeschneidwerkzeuge zum Schneiden von Blechteilen in mehreren Stufen. Zuführung durch Blechstreifen oder Coil.

Transport durch kompletten Streifen.Im letzten Schnitt wird Bauteil aus Blechstreifen geschnitten.

Folgeschneidwerkzeug für Rotor- und Statorbleche

Folgewerkzeug

Werkzeugarten



Umform- und Schneidoperationen im Folgeverbund. Zuführung durch Blechstreifen oder Coil.

Transport durch kompletten Streifen.Im letzten Schnitt wird Bauteil aus Blechstreifen geschnitten.

Im Folgeverbund hergestellter Streifen eines Pkw-Verstärkungsteils

Folgeverbundwerkzeug

Werkzeugarten



Bördelwerkzeug

Folgeverbundwerkzeug

Werkzeugarten



Randbedingungen zur Konstruktion von Werkzeugen:

Normen und Bauvorschriften des Kunden (Standardisierung)Einbausituation – oft in unterschiedliche Pressen (Tryout, Serie, Ersatzpresse)

Einbausituation bestimmt Lage der Werkzeugspannelemente, Druckbolzen und Abfallschächte

Freigängigkeitskurve für Greifer und Transferelemente beschreibt Bauraum

Führungselemente von Werkzeugober- zu –unterteil muss auftretende Schubkräfte aufnehmen

Grundsätzlicher Werkzeugaufbau

Werkzeugentwicklung - Werkzeugkonstruktion


DGM SeminarTiefziehenPrinzipieller Aufbau von Tiefziehwerkzeugen

einfachwirkend mit/ohne Niederhalter

zweifachwirkend mit Niederhalter

dreifachwirkend

Werkzeugentwicklung




Prototypenziehwerkzeug aus Aluminiumlegierung zur Herstellungeines Pkw-Daches

Bereitstellung von Bauteilen zur frühren Absicherung der Montage und der Crashauswertung.

Auswahl des Werkstoffes ist abhängig von:

BlechwerkstoffKomplexität d. BauteilesAusführung Ziehanlagegeometr. Daten – Schwindung, Überbombierungprozeßabh. Größe – Schmierung, Blechhalterktaft, Arbeitsrichtung


Werkzeugentwicklung - Prototypen



Werkzeugentwicklung - Serie



DGM SeminarTiefziehenPrinzipieller Aufbau von Schneidwerkzeugen




DGM SeminarTiefziehenPrinzipieller Aufbau von Nachschlagwerkzeugen




DGM SeminarTiefziehenPrinzipieller Aufbau eines Bördelwerkzeuges





Aufgaben des Niederhalters (NH):gleichbleibenden Spalt zwischen NH und Matrize gewährleistenNH-Kraft soll Faltenbildung verhindern Fixierung der Platine beim ersten Kontakt für Umformvorgang. Positionierung in für Umformung optimale Lage besonders bei starken Wölbungen oder Krümmungen

Spannen des Bleches zu Beginn der Umformung in einen Streckvorgang

Entscheidend für eine hohe Fertigungssicherheit ist die Anlage der Niederhalterfläche


Aufgabe der Niederhalterflächen



Anforderungen an die Niederhalterflächesie muss abwickelbar sein – nur so kann die Platine ohne Faltenbildung,

Dehnung, Stauchung oder gar Rissbildung nur durch Biegen in jedem Flächenpunkt an die Niederhalterfläche angelegt werden

weitgehende Anpassung an das Fertigteil, um zu hohen Werkstoffverbrauch zu minimieren

Nach Möglichkeit soll NH keine zu großen Steigungen bzw. Neigungen aufweisen

Sie soll eine gleichmäßige Ziehtiefe oder falls das nicht möglich ist, eine gleichmäßige Zunahme der Kontaktfläche zwischen Stempel und Platine gewährleisten

Anforderung an Niederhalterflächen




Auftreffen des Stempels bei unterschiedlichen Formen des Niederhaltersa.) geneigte NH-Fläche: gewährleistet gleiche Ziehtiefe → ist immer vorzuziehen, weil an Stellen, an denen Stempel nicht sofort aufsetzt Faltengefahr bestehtb.) geneigte ebene Niederhalterfläche c.) konvex gewölbte Niederhalterfläche und konkaver Stempel d.) konvex gewölbter Niederhalterfläche und konvexer Stempel e.) konkaver Stempel und ebener Niederhalter f.) konkave Niederhalterfläche und konkaver Stempel





Ziehmatrize mit unterschiedlichen Niederhalterflächena.) eben b.) geradlinig gewölbt c.) allseitig gewölbt d.) unregelmäßig e.) Längsschnitt durch eine unregelmäßige Niederhalterfläche





Abwickelbare FlächenDarstellung abwickelbarer Flächen: a.) Zylinderfläche b.) Kegelflächec.) Tangentenfläche

Abwickelbar: Eine Fläche läßt sich auf ein ebenes Flächenstück abbilden, nur durch Verbiegung, ohne daß ein Teil von ihr gedehnt wird





Abwickelbare FlächenZusammensetzung aus Kegel-, Zylinderfläche und Torsen





Randbedingungen zur Auswahl von Werkzeugwerkstoffen:

Der Trend in der Automobilindustrie geht zu höher festen Stählen.(Definition: Standard 200 MPa, hochfest 300-500 MPa, höchstfest 500-1500 MPa)Dies führt zu höheren Presskräften und erhöhtem Werkzeugverschleiß.→ gehärtete oder beschichtete Werkzeugwerkstoffe.

Werkzeugentwicklung – Werkstoffe




Anforderungen der Tiefziehtechnik durch Gussausführung gut erfüllt.

Jedes Werkzeug ist Einzelteil → Gießen in verlorenen Formen mit verlorenen Modellen

Styropormodell

Werkzeugbau - Gusswerkzeuge



DGM SeminarTiefziehenVerfahrensablauf beim Gießen

Bereitstellung der Gussform

mit Kernen

Bereitstellung der Schmelze

Abguss Erstarrung EntformenNachbe-

handlung

Modelle und Formkästen

Gießen in verlorenen Formen




Gießen in verlorenen Formen




Einarbeitungspressen aus Gründen derReduktion der Stillstandzeit von ProduktionsanlagenOptimierung der Werkzeuggeometrie/Nebengeometrie

Arbeiten am WerkzeugTragbild einschleifenAbtragen bzw. Herausarbeiten von Werkzeugmaterial aufgrund

Verdickungen des Bleches beim Ziehen – unerwünschtes KlemmenGeometrieänderung durch Nachschleifen und Umformen

Tryout

Tryoutpressen



Wenden des Stößels bei einer hydraulischen Tryoutpresse

Beschleunigung der Einarbeitungszeit durch Wendemöglichkeit des Oberwerkzeuges.

Tryoutpressen

Tryout

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