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Dokumentenidentifikation DE10063287B4 03.05.2007
Titel Verfahren zum Umformen eines Metallbleches
Anmelder Airbus Deutschland GmbH, 21129 Hamburg, DE
Erfinder Juhl, Knut, Dipl.-Ing.(FH), 28279 Bremen, DE
DE-Anmeldedatum 19.12.2000
DE-Aktenzeichen 10063287
Offenlegungstag 04.07.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 03.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.05.2007
IPC-Hauptklasse B21D 25/02(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B21D 37/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Umformen eines Metallbleches gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Mit ihr wird ein Metallblech, das einer Auflagefläche nahezu reibungsfrei aufliegt, plastisch formverändert. Das Verfahren wird sich auch für die Umformung von großflächigen Blechstrukturen eignen, wobei auf weitere Verfahrensschritte, die der gesonderten Zwischen- und/oder Nachbehandlung des Metallbleches zweckdienlich sind, verzichtet wird.

Bekannte Technologien unterziehen ein Metallblech, auf das durch mechanische Umformung eine Wölbung übertragen wird, einem Streck-Zieh-Prozeß. Vor der Durchführung dieser Prozedur besteht die Notwendigkeit, dass das umzuformende Metallblech vor dem randseitlichen Strecken oder Ziehen auf der (über die) Oberfläche eines geeigneten Streck-Zug-Mittels entsprechend eingefettet wird, um die Reibung zwischen der (auf das Blech) zu übertragenden (geformten) Kontur der Auflagefläche des Steck-Zug-Mittels, die unter der Bezeichnung „Spannpratze" geläufig ist, und der ihr aufliegenden Blechauflagefläche auf ein vertretbares Maß herabzusetzen, zumindestens günstig zu beeinflussen. Dabei wird traditionell die klassisch bekannte Öl- oder Fettschmierung angewendet. Oftmals besteht auch die Notwendigkeit einer Zwischenglühung des dermaßen vorbehandelten Metallbleches, um letzteres in einem (so genannten) weiteren Kalibrierzug nochmals umzuformen, wodurch eine geringe Rückfederung dieses Metallbleches erhalten wird. Vor dieser eventuellen Zwischenkühlung wird sich eine Entfettung des umgeformten Metallbleches kaum vermeiden lassen. Man kann wahrscheinlich davon ausgehen, dass diese bekannte Vorgehensweise zur Umformung eines Metallbleches nur mit hohem Aufwand bewältigt wird, zumindestens wird der Eindruck vermittelt. Entsprechende Maßnahmen, nach denen mit geeigneten Maßnahmen eine Zwischenbehandlung des Metallbleches während der Umformung des Metallbleches entfallen wird und keine Notwendigkeit der Nachbehandlung des gewölbten Metallbleches bestehen wird, sind nicht bekannt.

Außerdem ist aus der Druckschrift: „DE 749 726 A1" eine Anordnung zum Umformen eines Metallbleches bekannt, deren Aufbau einen sogenannten Formklotz (einen Holzklotz), der einer Streckziehform vergleichbar ist, berücksichtigt. Es ist vorgesehen, dass auf dem Formklotz ein Metallblech abgelegt wird, wobei eine in horizontaler Richtung verlaufende Krümmung (nach außen gewölbte Form) einer Auflagefläche (der Oberflächenkontur) jenes Holzklotzes auf das Metallblech übertragen wird. Dabei werden mehrere Bohrungen berücksichtigt, die auf Stellen starker Formklotz-Krümmung beschränkt sowie gleichmäßig verteilt und/oder in der Nähe der Randbereiche jener Auflagefläche in verringertem Abstand angeordnet werden, wobei ebenfalls eine der wechselnden Krümmung angepasste Verteilung der Löcher druckschriftlich erwähnt wird. Jene möglichenfalls berücksichtigten Stellen starker Formklotz-Krümmung sind sogenannten Einsatzstücken ausgenommen.

Diese Einsatzstücke sind dann randseitlich dem Formklotz eingepasst, wobei deren gewölbte Oberfläche, die dem Randbereich jener Auflagefläche zugeordnet ist, lochperforiert ausgeführt wird. Die Löcher münden in einen Verteilerraum der Einsatzstücke, dem eine Druckmittelquelle angeschlossen wird. Diese Druckmittelquelle wird eine ausreichende Versorgung mit einem als Druckmittel verwendeten flüssigkeits- oder gasförmigen Stoff sicherstellen, das durch die Löcher gedrückt wird. Sofern nun der Auflagefläche jenes Formklotzes das Metallblech aufgelegt wird, um eine der Oberflächenkontur des Formklotzes angepasste Blechumformung durch Streckziehen des Bleches umzusetzen, wird beispielsweise durch die Löcher eine Druckluft eingeblasen, um zwischen dem umzuformenden Blech und der Auflagefläche jenes Formklotzes ein Luftkissen aufzubauen. Damit wird angestrebt, dass das Metallblech auf dem Luftkissen reibungsfrei umgeformt werden kann. Weil als Druckmittel druckschriftlich auch die Verwendung eines Öls vorgeschlagen wird, wird ein Fachmann allgemein die Absicht erkennen, dass man zwischen den sich berührenden Flächen des Formklotzes und des Bleches eine Flüssigkeits- oder auch Gasschicht herstellen wird oder anderenfalls eine trockene oder halbtrockene Reibung zwischen diesen Flächen vermeiden will. Jener Fachmann wird auch den druckschriftlich gegebenen Hinweis aufgreifen können, nach dem man in der gesamten Auflagefläche allgemein mehrere Ausnehmungen berücksichtigen kann, um beispielsweise jene erwähnte Lochperforierung zu realisieren, um somit in Korrelation dieser Maßnahme beispielsweise im gesamten Umformbereich ein Luftkissen aufzubauen, sofern die Druckmittelzufuhr mit Druckluft geschehen wird.

Weiterhin ist aus der Druckschrift: „US 2,752,982 A" eine Vorrichtung zum Streckziehen von Blechen aus Magnesium oder Aluminium für Teile von Flugzeughüllen bekannt, bei der die Bleche auf eine nach außen gewölbte Form aufgelegt werden, an deren Randbereichen eingespannt und durch eine Relativbewegung zwischen der Form und den Einspannelementen streckgezogen werden. Die umzuformenden Bleche werden dabei im Bereich der Umformung, aber nicht im Einspannbereich, durch Heizelemente bis auf eine Temperatur von etwa 350°F (175°C) erwärmt, um das gewünschte Fließverhalten des Materials zu erreichen.

Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Umformen eines Metallbleches vorzuschlagen, bei dem während der Umformphase(n) auf eine Verbesserung der Plastizität des Werkstoffes durch Wärmebehandlung und auf eine Schmierung des Umformteiles, das einer Auflagefläche aufliegen wird, verzichtet wird, wobei das Umformen des Metallbleches nahezu reibungsfrei und rationell geschehen soll.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. In den weiteren Unteransprüchen 2 bis 7 sind zweckmäßige Ausgestaltungen dieser Maßnahmen angegeben.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Dazu zeigt die

1 eine Anordnung zum Umformen eines Metallbleches mit dessen Luftkissenauflage;

2 die Anordnung zum Umformen eines Metallbleches und dessen mechanische Befestigung an einem Streck-Zug-Mittel;

3 eine Darstellung von Diagrammen des Umformprozesses, welche die Luftdruck-, Temperatur- und Weg-Veränderungen zeitabhängig veranschaulichen.

Mit einem Blick auf die 1 wird dem Betrachter der prinzipielle Aufbau einer Anordnung 1 zum Umformen eines Metallbleches 2 vermittelt, mit welcher das später angegebene Verfahren zum Umformen des Metallbleches 2 realisiert wird. Danach wird eine Streckziehform 5 eingesetzt, deren so genannte Streckziehform-Auflagefläche 8 eine gekrümmte Form aufweist. Diese Streckziehform-Auflagefläche 8 ist in horizontaler Richtung nach außen gewölbt, wobei beabsichtigt wird, deren Kontur auf das Metallblech 2 zu übertragen. Auf dieser Streckziehform-Auflagefläche 8 wird (mit geeigneten Maßnahmen) das Metallblech 2 abgelegt, welches (nach dieser Darstellung und auch mit einem Vorgriff auf später geschilderte Verfahrensschritte nach der 3) sich in einem (mit Hilfe eines Streck-Zug-Mittels 3 nach der 2) blechrandseitlich vorgespannten und in einem auf ein Vorbiegeniveau gestreckten Zustand befindet. Die Streckziehform 5 verfügt über mehrere Bohrungen 4, die vertikal austretend der Streckziehform-Auflagefläche 8 angeordnet sind. Durch diese Bohrungen 4 wird in einen Zwischenraum, den die Streckziehform-Auflagefläche 8 und die Metallblech-Auflagefläche 11 einschließen, Druckluft 6 geblasen, innerhalb dem – durch die lokalisierte(n) Druckluftmenge(n) – sich ein (zwischen) räumlich ausgebreitetes Luftkissen 7 bildet.

Es ist vorgesehen, dass unterhalb der Metallblech-Auflagefläche 11 eine weitestgehend vollständig perforierte Streckziehform-Auflagefläche 8 mit einer weitestgehend einheitlichen Bohrloch-Architektur der Bohrungen 4 angeordnet ist. Dabei wird auch beachtet, dass unterhalb dieser Metallblech-Auflagefläche 11 nur bestimmte Teilbereiche der Streckziehform-Auflagefläche 8 mit Bohrungen 4 ausgestattet sind, womit man einen partiellen Aufbau des Luftkissens 7 realisiert. Um eine nahezu reibungsfreie Bewegung des Metallbleches 2 während des Umformprozesses oberhalb der Streckziehform-Auflagefläche 8 zu gewährleisten, ist ein Luftkissen 7 mit ausreichend konstantem Umformluftdruck P3 (nach 3) aufzubauen, auf dem das Metallblech 2 während des Umformens schwebt. Deshalb werden die erwähnten Bohrungen 4 mit zylindrischen oder nicht zylindrischen Bohrlöchern realisiert, deren Lochachse lotrecht zur Streckziehform-Auflagefläche 8 angeordnet ist. Welche Bohrloch-Geometrie man für zweckmäßig erachtet wird, bleibt dem Einzelfall überlassen. Dabei wird bedacht, dass der Bohrloch-Querschnitt der nicht zylindrisch gestalteten Bohrlöcher 4 an der Streckziehform-Auflagefläche 8 größer demjenigen ist, der an einer ihm vertikal vorgeordneten Eintrittsstelle der Druckluft 6 in die einzelne Bohrung 4 gelegen ist.

Wie dem auch sei, ein nicht zylindrischer Bohrlochaustritt an der Streckziehform-Auflagefläche 8 wird allerdings wenigstens den Vorteil von besserer Reinigung der Bohrungen 4 genießen. Die (figurlich nicht gezeigte) Druckluftquelle, von welcher die Bohrlöcher 4 mit Druckluft 6 gespeist wird, ist in- oder extern der Streckziehform 5 (je nach Zweckmäßigkeit) angeordnet. Außerdem wird ergänzt, dass die Druckluft 6 eine Drucklufttemperatur von bis zu 350 Grad Celsius aufweisen wird. Auf diesen Lufttemperaturwert wird die (das Luftkissens 7 aufbauende) Druckluft aufgeheizt, die später mit Aufheiztemperatur T2 bezeichnet wird. Dieser aufgeheizte Temperaturwert (der Aufheiztemperatur T2) wird während der eigentlichen Umformung des Metallbleches 2 konstant gehalten, den man beispielsweise mit einer (nicht gezeigten) regelbaren Heizquelle, welche die Druckluft 6 (vor ihrem Austritt an der Streckziehform-Auflagefläche 8) passieren wird, umsetzt. Weiter wird ergänzt, dass das Metallblech 2 aus einem Werkstoff besteht, der beispielsweise mit einer bei Raumtemperatur T1 umformbaren Aluminium-Legierung ausgeführt ist, welche sich durch die Erwärmung und dadurch einhergehender Verringerung der Fließspannung während deren Belastung umformen lässt. Dabei wird sich der Werkstoff des Metallblechs 2 in der Hauptsache auf eine aushärtbare oder nicht aushärtbare Aluminium-Legierung beziehen, die weitestgehend im Flugzeugbau eingesetzt wird. Prinzipiell lässt sich ein (später näher beschriebenes) Verfahren mit jedem Metallblech 2) realisieren, da nahezu alle Metalle bei Erwärmung an Festigkeit verlieren. Auch wird man in der Praxis entsprechend geartete Metallbleche 2 umformen, die nicht immer ein ebenflächiges Aussehen aufweisen. Die vorgestellte Anordnung wird auch dazu fähig sein, entsprechende Metallbleche 2, die mit einer regellosen Oberflächenkrümmung versehen sind, umzuformen. Anderenfalls besitzen diese Metallbleche 2 eine genau spezifizierte Oberflächenkrümmung. Unter dem regelloses Aussehen wird im ungünstigen Fall eine knittrig geartete Blechoberfläche verstanden.

In der 2 wird nun die (hinsichtlich der 1 vorgestellte) Anordnung 1 zum Umformen des Metallbleches 2, die mit einem (angedeuteten) Streck-Zug-Mittel 3 erweitert ist. Letzteres wird benötigt, um die Seitenränder 9, 10 des (der Streckziehform-Auflagefläche 8 horizontal aufliegenden) Metallbleches 2 ausgangsseitig der (nach dem Beispiel: konvexen) Wölbung zu befestigen. Dabei wird die Streckziehform 5 das Metallblech 2 zu beiden Blechseiten an diesen (sich gegenüberstehenden) Seitenrändern 9, 10 jeweils mit einer Zugkraft F21 oder F22 angreifen, sofern das Metallblech 2 randseitlich dem Streck-Zug-Mittel 3 auf geeignete Art und Weise mechanisch befestigt ist. Anknüpfend an vorher erwähnte Betrachtungen wird man den einzelnen Seitenrand 9, 10 zwischen den Einspannflächen einer (vertikal absenkbaren) Einspannvorrichtung, die unter der Bezeichnung „Spannpratze" bekannt ist, einspannen. In dieser Darstellung wird das (hinsichtlich der 1 erwähnte) Luftkissen 7 und die Perforierung der Streckziehform-Auflagefläche 8 mit den in die Streckziehform 5 eingearbeiteten (kleinen) Bohrungen 4 nicht gezeigt. Weil die 2 auf die prinzipielle Erläuterung des Streckziehens abzielt, wird weiter ergänzt, dass mit dem Angreifen der Zugkräfte F21, F22 das Metallblech 2 zunächst über die (horizontale) Blechlänge oberhalb der Streckziehform-Auflagefläche 8 einer Streckung unterzogen wird, wodurch auf das Metallblech 2 (auch unterstützt durch dessen Streckung) die Oberflächenkontur der Streckziehform 5 übertragen wird.

Sofern die randseitlich befestigten Seitenränder 9, 10 des Metallbleches 2 auf der Streckziehform-Auflagefläche 8 bei Einwirkung von Raumtemperatur (T1) und atmosphärischem Umgebungsluftdruck P1 bis zum Ablauf von einer definierten Vorspannzeit (t1) vorgespannt werden, wird man beobachten, dass das Metallblech 2 (gemäß einem später angegebenen Verfahrensschritt) infolge der blechrandseitlichen mechanischen Vorspannung aus einer Ruhelage auf das Vorbiegeniveau eines Vorspannweges s1 gestreckt wird.

In der 3 wird nun eine Darstellung von (zueinander korrelierenden) Diagrammen des Umformprozesses dargestellt, welche die Luftdruck-, Temperatur- und Weg-Veränderungen zeitabhängig veranschaulichen.

Diese Diagramme werden zur Vorstellung des Verfahrens mit der vorbeschriebenen Anordnung 1 zum Umformen des nehmlichen Metallbleches 2 verwendet, wobei das Verfahren mit der (hinsichtlich den 1 und 2 vorgestellten) Anordnung 1 umgesetzt wird. Wie erwähnt – wird das Metallblech 2 einer Streck-Zieh-Prozedur unterzogen, um eine einfach oder doppelt gekrümmte und konvexe oder konkave Wölbung (Krümmung) auf das Metallblech 2 zu übertragen. Um zu dem beabsichtigten Zweck erfolgversprechend zu handeln, werden die nachfolgend angegeben Verfahrensschritte mit der Anordnung 1 und inclusive den auch zusätzlich installierten Komponenten, welche sich auf die (vorher angegebene) Wärmequelle und einen regelbaren Druckübersetzer, mit dem der Volumenstrom der eingespeisten Druckluft 6 druckabgestimmt wird, beziehen, in der angegebenen Reihenfolge realisiert. Diese Komponenten werden in den 1 und 2 nicht gezeigt.

Die nachfolgend angegebenen Schritte werden deutlich, sofern man die Angaben mit den Darstellungen der Diagramme vergleicht. Danach werden folgende Schritte verfahrensmäßig umgesetzt:

Das nehmliche Metallblech 2 wird zunächst über der Streckziehform 5 positioniert und danach auf der gekrümmten Streckziehform-Auflagefläche 8 abgelegt. Daraufhin werden die in horizontaler Ebene sich gegenüberliegenden Seitenränder 9, 10 des Metallblechs 2 randseitlich der Streckziehform 5 [also nahe dem Beginn der konvex geformten Wölbung der so gekrümmten Streckziehform-Auflagefläche 8] dem Zug-Streck-Mittel (3) befestigt, vorzugsweise eingespannt, und danach auf dessen gekrümmten Streckziehform-Auflagefläche 8 bei Einwirkung von Raumtemperatur T1 und atmosphärischem Umgebungsluftdruck P1 bis zum Ablauf von einer definierten Vorspannzeit t1 vorgespannt, wobei das Metallblech 2 infolge der blechrandseitlichen mechanischen Vorspannung aus einer Ruhelage auf das Vorbiegeniveau eines Vorspannweges s1 gestreckt wird. Dann wird über die Bohrungen 4 der Streckziehform 5 mit einem konstanten Aufheizluftdruck P2 eine temperierte Druckluft 6, die nach dem Ablauf einer Aufheizzeit t2 eine Aufheiztemperatur T2 erreichen wird, geleitet. Diese Druckluft 6 wird sich danach zwischen der Streckziehform-Auflagefläche 8 und der Metallblech-Auflagefläche 11 ausbreiten, wodurch zwischen diesen beiden Auflageflächen ein Luftkissen 7 gebildet wird. Dabei wird während der Aufheizphase (t2 – t1) das unter Vorspannung befindliche Metallblech (2) die Wärme der Aufheiztemperatur (T2) aufnehmen wird, aber keine Veränderungen des Vorbiegeniveaus erfahren.

Dann werden die gegenüberliegenden Seitenränder 9, 10 des Metallblechs 2 bis zum Ablauf einer Umformzeit t3 mit einem konstanten Umformluftdruck P3 gespannt. Gleichzeitig wird das Metallblech 2 mit Horizontalbewegungsrichtung über dem Luftkissen 7 schwebend nahezu reibungsfrei bewegt, wodurch das Metallblech (2), dessen Blechtemperatur auf Aufheiztemperatur (T2) konstant gehalten wird. Infolge der Blechbewegung wird das Metallblech 2 nach dem Ablauf der Umformzeit t3 (durch dessen randseitlichen Zugbelastung mit nachfolgender Streckung des Metallblech-Profils) eine der Oberflächenkontur der Streckziehform 5 angepasste (bspw. konvexe) Wölbung annehmen, die sich innerhalb der Umformphase t3 – t2 iterativ auf das Umformniveau eines Umformweg s2 verändern wird. Dann wird das dermaßen formveränderte Metallblech 2 durch eine bis zum Ablauf einer Abkühlzeit t4 auf die Raumtemperatur T1 abgekühlte Druckluft 6 mit einen konstanten Abkühlluft-druck, der dem Niveau des Aufheizdruckes P2 entspricht, abgekühlt. Diese abgekühlte Druckluft wird ebenfalls über die Bohrungen 4 der Streckziehform 5 an das geformte Metallblech 2 geführt, wobei das formveränderte Metallblech 2 während der Abkühlphase t4 – t3 keine Veränderungen des Umformniveaus erfahren wird.

Außerdem wäre eine geringfügige Abänderung der vorgestellten Verfahrensschritte anfänglich derweise denkbar, wonach zunächst die in horizontaler Ebene sich gegenüberliegenden Seitenränder 9, 10 des Metallblechs 2 randseitlich der Streckziehform 5 dem Zug-Streck-Mittel (3) befestigt, vorzugsweise eingespannt werden. Darauffolgend wird das randseitlich befestigte Metallblech 2 über der Streckziehform 5 positioniert, das anschließend vertikal soweit abgesenkt wird, bis das es auf der gekrümmten Streckziehform-Auflagefläche 8 abgelegt wird. Daraufhin werden die randseitlich befestigten Seitenränder 9, 10 des Metallblechs 2 auf der Streckziehform-Auflagefläche 8 bei Einwirkung von Raumtemperatur T1 und atmosphärischem Umgebungsluftdruck P1 bis zum Ablauf von einer definierten Vorspannzeit t1 vorgespannt, wobei das Metallblech 2 infolge der blechrandseitlichen mechanischen Vorspannung aus einer Ruhelage auf das Vorbiegeniveau eines Vorspannweges s1 gestreckt wird. Erst dann wird über die Bohrungen 4 der Streckziehform 5 mit einem konstanten Aufheizluftdruck P2 eine temperierte Druckluft 6, die nach dem Ablauf einer Aufheizzeit t2 eine Aufheiztemperatur T2 erreichen wird, geleitet. Diese Druckluft wird sich danach zwischen der Streckziehform-Auflagefläche 8 und der Metallblech-Auflagefläche 11 ausbreiten, wodurch zwischen diesen beiden Auflageflächen ein Luftkissen 7 gebildet wird. Dabei wird während der Aufheizphase t2 – t1 das unter Vorspannung befindliche Metallblech 2) die Wärme der Aufheiztemperatur T2 aufnehmen, aber keine Veränderungen des Vorbiegeniveaus erfahren.

Anschließend des Schrittes der Abkühlung des formveränderten Metallbleches 2 wäre denkbar, dass dieses Metallblech 2 bei Einwirkung von Raumtemperatur T1 bis zum Ablauf einer Abschlusszeit t5 kalibriert [also auf ein genaues Maß gebracht] wird, wobei dieses Metallblech 2 während der Kalibrierphase t5 – t4 eine Veränderung [des Umformniveaus] auf das Kalibrierniveau eines Kalibrierweges s3 erfahren wird.

Dem wird ergänzend hinzu gefügt, dass die gegenüberliegenden Seitenränder 9, 10 des Metallbleches 2 nahe dem Beginn der Wölbung der gekrümmten Streckziehform-Auflagefläche 8 dem Zug-Streck-Mittel 3 befestigt werden. Dabei wird man den betreffenden Seitenrand 9, 10 des Metallbleches 2 einem in vertikaler Richtung positionsveränderlichen Greifmittel des Zug-Streck-Mittels 3 einspannen.

Ferner wird hinzu gefügt, dass während der Umformphase t3 – t2 eine Flächenpressung von bis zu 200 bar/cm2 und ein Zustrom von temperierter Druckluft 6 mit einer Aufheiztemperatur T2 von bis zu 350°C umgesetzt wird Auch wird letztlich erwähnt, dass die Metallblech-Auflagefläche 11 wenigstens während der Umformphase t3 – t2 von der Streckziehform-Auflagefläche 8 infolge des vorhandenen Luftkissens 7 abheben wird.

Zusammenfassend lässt sich folgendes resümieren. Mit dem angegebenen Verfahren wird mit Hilfe der angegebenen Vorrichtung die Umformung von insbesondere großflächigen Strukturen, die im Fahrzeugbau keine Seltenheit darstellen, umgesetzt, deren Herstellung gegenwärtig nur unter Verwendung von bekannten Schmierverfahren und teilweise nur mit Zwischenglühungen möglich wird. Mit der vorgeschlagenen Lösung wird die Umformung derartiger (großflächiger) Metallbleche (Metalllegierungen, vorzugsweise Aluminiumlegierungen) reibungsfrei auf einem Luftkissen 7 erfolgen. Letzteres wird zwischen der Streckziehform 5 und dem Metallblech 2 mittels (kleiner) Bohrungen in der Streckziehform 5 aufgebaut. Durch eine geschaffene Möglichkeit, die eingeblasene Druckluft 6 zu erwärmen, werden sich auch schwer umformbare Metalllegierungen und andere (bei Raumlufttemperatur formbare) Werkstoffe durch die Verringerung der Fliessspannung des Metall(blech)s umformen lassen. Am Ende des Formvorganges wird die Streckziehform 5 und das Metallblech 2 durch eingebrachte Kaltluft wieder abgekühlt. Diese Maßnahme wirkt sich positiv auf die Rückfederung und die Konturengenauigkeit des formveränderten Metallbleches 2 aus. Durch die Benutzung der vorgestellten Lösung werden (im Vergleich mit bekannten Lösungen) Einsparungen von Streckziehzügen erreicht. Auch werden die aufwendigen Schmiervorgänge (Öl- und Fettschmierung) sowie deren Beseitigung (vor einer eventuellen Zwischenglühung) gänzlich entfallen.

1
Anordnung zum Umformen eines Metallbleches
2
Metallblech
3
Zug-Streck-Mittel
4
Bohrung
5
Streckziehform
6
Druckluft
7
Luftkissen
8
Streckziehform-Auflagefläche
9
Seitenrand (des Metallbleches 2)
10
Seitenrand (des Metallbleches 2)
11
Metallblech-Auflagefläche
FZ1, FZ2
Zugkraft
P1
atmosphärischer Umgebungsluftdruck
P2
Vorheizluftdruck
P3
Umformluftdruck
T1
Raumtemperatur
T2
Aufheiztemperatur
t1
Vorspannzeit
t2
Aufheizzeit
t3
Umformzeit
t4
Abkühlzeit
t5
Abschlusszeit
t2 – t1
Aufheizphase
t3 – t2
Umformphase
t4 – t3
Abkühlphase
t5 – t4
Kalibrierphase
s1
Vorspannweg
s2
Umformweg
s3
Kalibrierweg


Anspruch[de]
Verfahren zum Umformen eines Metallbleches, das mit einer Anordnung realisiert wird, deren Aufbau eine Streckziehform (5), der mehrere Bohrungen (4) ausgenommen sind, die vertikal austretend einer Streckziehform-Auflagefläche (8) angeordnet sind, und ein Zug-Streck-Mittel (3) berücksichtigen wird,

bei dem das Metallblech (2) einer Streck-Zieh-Prozedur unterzogen wird, um eine einfach oder doppelt gekrümmte und konvexe oder konkave Wölbung auf das Metallblech (2) zu übertragen, das folgende Schritte umfasst, nach denen:

a) ein Metallblech (2) über der Streckziehform (5) positioniert und danach auf der gekrümmten Streckziehform-Auflagefläche (8) abgelegt wird,

b) daraufhin die in horizontaler Ebene sich gegenüberliegenden Seitenränder (9, 10) des Metallblechs (2) randseitlich der Streckziehform (5) dem Zug-Streck-Mittel (3) befestigt und danach auf dessen gekrümmten Streckziehform-Auflagefläche (8) bei Einwirkung von Raumtemperatur (T1) und atmosphärischem Umgebungsluftdruck (P1) bis zum Ablauf von einer definierten Vorspannzeit (t1) vorgespannt werden, wobei das Metallblech (2) infolge der blechrandseitlichen mechanischen Vorspannung aus einer Ruhelage auf das Vorbiegeniveau eines Vorspannweges (s1) gestreckt wird,

c) dann über die Bohrungen (4) der Streckziehform (5) eine Druckluft (6) geleitet wird, welche sich danach zwischen der Streckziehform-Auflagefläche (8) und der Metallblech-Auflagefläche (11) ausbreiten wird, wodurch zwischen diesen beiden Auflageflächen ein Luftkissen (7) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt c) mit einem konstanten Aufheizluftdruck (P2) einer temperierten Druckluft (6), die nach dem Ablauf einer Aufheizzeit (t2) eine Aufheiztemperatur (T2) erreichen wird, durchgeführt wird, wobei während der Aufheizphase (t2 – t1) das unter Vorspannung befindliche Metallblech (2) die Wärme der Aufheiztemperatur (T2) aufnehmen wird, aber keine Veränderungen des Vorbiegeniveaus erfahren wird, dann

d) die gegenüberliegenden Seitenränder des Metallblechs (2) bis zum Ablauf einer Umformzeit (t3) mit einem konstanten Umformluftdruck (P3) gespannt werden, gleichzeitig das Metallblech (2) mit Horizontalbewegungsrichtung über dem Luftkissen (7) schwebend nahezu reibungsfrei bewegt wird, wodurch das Metallblech (2), dessen Blechtemperatur auf Aufheiztemperatur (T2) konstant gehalten wird, infolge der Blechbewegung nach dem Ablauf der Umformzeit (t3) durch dessen randseitlichen Zugbelastung mit nachfolgender Streckung des Metallblech-Profils eine der Oberflächenkontur der Streckziehform (5) angepasste Wölbung annehmen wird, die sich innerhalb der Umformphase (t3 – t2) iterativ auf das Umformniveau eines Umformweg (s2) verändern wird, dann

e) das dermaßen formveränderte Metallblech (2) durch eine bis zum Ablauf einer Abkühlzeit (t4) auf die Raumtemperatur (T1) abgekühlte Druckluft (6) mit einen konstanten Abkühlluftdruck, der dem Niveau des Aufheizdruckes (P2) entspricht, abgekühlt wird, die ebenfalls über die Bohrungen (4) der Streckziehform (5) an das geformte Metallblech (2) geführt wird, wobei das formveränderte Metallblech (2) während der Abkühlphase (t4 – t3) keine Veränderungen des Umformniveaus erfahren wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet duch die folgenden Schritte, nach denen

f) anfänglich die in horizontaler Ebene sich gegenüberliegenden Seitenränder (9, 10) des Metallblechs (2) randseitlich der Streckziehform (5) dem Zug-Streck-Mittel (3) befestigt und darauffolgend das randseitlich befestigte Metallblech (2) über der Streckziehform (5) positioniert werden, das anschließend vertikal soweit abgesenkt wird, bis das es auf der gekrümmten Streckziehform-Auflagefläche (8) abgelegt wird, und

g) daraufhin die randseitlich befestigten Seitenränder (9, 10) des Metallblechs (2) auf der Streckziehform-Auflagefläche (8) bei Einwirkung von Raumtemperatur (T1) und atmosphärischem Umgebungsluftdruck (P1) bis zum Ablauf von einer definierten Vorspannzeit (t1) vorgespannt werden, wobei das Metallblech (2) infolge der blechrandseitlichen mechanischen Vorspannung aus einer Ruhelage auf das Vorbiegeniveau eines Vorspannweges (s1) gestreckt wird, und dann die Schritte c bis e in der angegebenen alphabetischen Reihenfolge umgesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nachfolgend dem Schritt e) das im abkühlten Zustand befindliche vorveränderte Metallblech (2) bei Einwirkung von Raumtemperatur (T1) bis zum Ablauf einer Abschlusszeit (t5) kalibriert [auf genaues Maß bringen] wird, wobei dieses Metallblech (2) während der Kalibrierphase (t5 – t4) eine Veränderung [des Umformniveaus] auf das Kalibrierniveau eines Kalibrierweges (s3) erfahren wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegenden Seitenränder (9, 10) des Metallbleches (2) nahe dem Beginn der Wölbung der gekrümmten Streckziehform-Auflagefläche (8) dem Zug-Streck-Mittel (3) befestigt werden. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der betreffende Seitenrand (9, 10) des Metallbleches (2) einem in vertikaler Richtung positionsveränderlichen Greifmittel des Zug-Streck-Mittels (3) eingespannt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Umformphase (t3 – t2) ine Flächenpressung von bis zu 200 bar und ein Zustrom von temperierter Druckluft (6) mit einer Aufheiztemperatur (T2) von bis zu 350°C umgesetzt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallblech-Auflagefläche (11) wenigstens während der Umformphase (t3 – t2) von der Streckziehform-Auflagefläche (8) infolge des vorhandenen Luftkissens (7) abheben wird.






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