DE102005024378B4

DE102005024378B4 - Verfahren zur inkrementellen Umformung von dünnwandigen Werkstücken sowie Vorrichtung

Info

Publication number: DE102005024378B4
Application number: DE102005024378.9A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Schäfer Timo
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2005-05-27
Publication date: 2016-02-18
Anticipated expiration: 2025-05-28
Also published as: DE102005024378A1

Abstract

Verfahren zur inkrementellen Umformung von dünnwandigen Werkstücken, insbesondere von Blechen, bei dem das Werkstück (12) in einer Vielzahl von Umformschritten mit einem nicht formgebundenen Stempel (5, 14) in eine gewünschte Endkontur gehämmert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformschritte mit einer Stanzmaschine (1) durchgeführt werden.

Description

Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur inkrementellen Umformung von dünnwandigen Werkstücken, insbesondere von Blechen, bei dem das Werkstück in einer Vielzahl von Umformschritten mit einem nicht formgebundenen Stempel in eine gewünschte Endkontur gehämmert wird sowie eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.
Inkrementelle Umformverfahren zeichnen sich dadurch aus, dass die Endgeometrie des Bauteils durch eine große Zahl kleiner Umformschritte unter Anwendung einfacher, universell nutzbarer Werkzeuge schrittweise erzeugt wird. Die Endgeometrie der Bauteile entsteht dabei nicht durch eine Abbildung der Werkzeugkontur, sondern durch die Abfolge von lokalen Einwirkungen des geometrisch einfachen Werkzeuges auf das Werkstück.
Ein technisches Anwendungsgebiet des vorliegenden Verfahrens ist die Herstellung von Blechteilen mit umgeformten Bereichen, wie sie heutzutage in der Regel mit Stanzmaschinen erfolgt, bspw. die Herstellung von Gehäusen oder Abdeckungen. Die Umformungen können hierbei den unterschiedlichsten Zwecken dienen, bspw. der Erzeugung von Kühlrippen, der Erzeugung von Gewinden, der Erzeugung von Vertiefungen zur Verlegung von Kabeln, der Erzeugung von Befestigungen, der Einbringungen von Schriftzügen oder speziellen Formen, der Stabilisierung des Gehäuses, der Erzeugung konstruktionstechnischer Aussparungen oder der Erzeugung eines speziellen Designs.
Stand der Technik
Bisher werden für die lokale Umformung von Blechen für obige Zwecke Stanzmaschinen eingesetzt, wie sie bspw. aus der DE 85 26 360 U1 bekannt sind. Derartige Stanzmaschinen weisen einen Stanzkopf mit einer Werkzeugaufnahme für einen Stempel und eine gegenüberliegende Werkzeugaufnahme für eine Matrize auf. Das Werkstück wird über eine gesteuerte Verschiebeeinrichtung in die gewünschte Lage unter dem Stempel verschoben.
Beim Stanzen handelt es sich um ein Umformverfahren mit formgebundener Gestalterzeugung. Bei derartigen Umformverfahren ist die Endkontur des umgeformten Bereiches durch die Geometrie des Werkzeugpaares, d. h. von Stempel und Matrize, festgelegt. Zur Umformung unterschiedlicher Geometrien werden daher unterschiedliche Stempel- und Matrizengeometrien benötigt.
Zur Umformung von dünnwandigen Werkstücken sind auch inkrementelle Umformverfahren bekannt, bei denen nicht formgebundene Werkzeuge, insbesondere nicht formgebundene Stempel, für die schrittweise Umformung der Werkstücke eingesetzt werden. Die Erzeugung der Endkontur erfolgt dabei durch eine geregelte Bewegung zwischen Werkstück und Werkzeug, wobei die Geometriedaten für die Endkontur in einer Steuereinheit zur Steuerung der Bewegung abgelegt sind. Die DE 102 31 430 B4 oder die DE 103 17 880 B3 zeigen Beispiele für derartige inkrementelle Umformverfahren, bei denen der Stempel oder das Werkstück mit einem Roboterarm geführt werden.
Die DE 103 24 244 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung individualisierter Außenhautblechteile für die Automobilindustrie. Dabei wird ein dornartiges Umformwerkzeug von einer Seite gegen ein Serienaußenhautteil gedrückt und dabei gleichzeitig relativ zu dem Serienaußenhautteil verschoben, so dass eine dreidimensionale Kontur in das Serienaußenhautteil eingeprägt wird. Das Umformwerkzeug kann dabei als Bearbeitungswerkzeug einer CNC-Werkzeugmaschine ausgebildet oder an einem Arm eines entsprechend programmierbaren Bearbeitungsroboters angeordnet sein.
In der US 6 216 508 B1 wird eine Vorrichtung beschrieben, mit der flächige, dünne Werkstücke unter Anwendung der „Dieless-Forming-Technologie” zu unterschiedlichen Endgeometrien geformt werden können.
Die US 6 151 938 A beschreibt eine Vorrichtung zur Umformung von Blechen, die ohne den Einsatz einer Matrize auskommt. Hierzu wird auf einer Seite des Bleches ein Elastomer angeordnet und das Blech dann von der anderen Seite durch Einwirkung mehrerer Dornen verformt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur lokalen Umformung von dünnwandigen Werkstücken anzugeben, das die Erzeugung umgeformter Bereiche unterschiedlicher Endgeometrie ohne Werkzeugwechsel ermöglicht und sich kostengünstig umsetzen lässt.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie der Vorrichtung gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen entnehmen.
Beim vorliegenden Verfahren wird die Technik der inkrementellen Umformung eingesetzt, bei der das Werkstück in einer Vielzahl von Umformschritten mit einem nicht formgebundenen Stempel in eine gewünschte Endkontur gehämmert wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Umformschritte mit einer Stanzmaschine durchgeführt werden.
Hierbei wurde erkannt, dass sich Stanzmaschinen, die bisher nur mit formgebundenen Werkzeugen arbeiten, aufgrund ihrer schnellen Hubfolge von derzeit bis zu 50 Hz auch für eine inkrementelle Umformung eignen. Vorhandene Stanzmaschinen mit einer x-y-Verschiebeeinrichtung müssen in der einfachsten Ausbaustufe nur mit einem geeigneten, nicht formgebundenen Stempel ausgestattet werden, bspw. in Form eines einfachen Dorns, und zur inkrementellen Umformung des Werkstücks mit diesem Stempel angesteuert werden. Dies erfordert lediglich den Austausch des Steuerprogramms in der Steuereinheit der Stanzmaschine. Das Steuerprogramm muss während der hämmernden Bearbeitung eine Bewegung des Werkstücks relativ zum Stempel mit der x-y-Verschiebeeinrichtung derart steuern, dass die gewünschte Endkontur durch eine Vielzahl von inkrementellen Umformschritten erreicht wird.
Vorzugsweise wird bei dem vorliegenden Verfahren das Werkstück während der Umformung mit der x-y-Verschiebeeinrichtung der Stanzmaschine in einer Ebene (x-y-Ebene) senkrecht zur Stanzrichtung (z-Richtung) geführt, um die gewünschte Endkontur zu erreichen. Das Werkstück kann dabei an einer, zwei oder an allen vier Seiten in einer mit der Verschiebeeinrichtung verbundenen Einspanneinrichtung eingespannt sein. Eine Stanzmaschine, wie sie aus der in der Beschreibungseinleitung genannten DE 8526360 U1 bekannt ist, verfügt bereits über die erforderlichen Komponenten und muss lediglich mit dem geeigneten Stempel und Steuerungsprogramm ausgestattet werden. Selbstverständlich kann es sich bei der Verschiebeeinrichtung der Stanzmaschine auch um eine x-y-z-Verschiebeeinrichtung handeln.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht somit eine flexible Umformung von Blechteilen mit einer Stanzmaschine. Insbesondere lassen sich hierbei mit einem Werkzeugsatz, insbesondere einem einzigen Stempel, sehr viele unterschiedliche Endkonturen in den Werkstücken erzeugen. Eine Matrize ist bei dem vorliegenden Verfahren nicht unbedingt erforderlich, wie aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen ersichtlich ist. Gegenüber dem konventionellen Einsatz von Stanzmaschinen wird somit eine erhöhte Flexibilität bei der Umformung von Blechbereichen erreicht. Durch Verzicht auf formgebende Umformwerkzeuge reduzieren sich die Kosten speziell bei kleinen Losgrößen oder Prototypen. Neue Endkonturen können ohne die bisher erforderliche Anfertigung eines geeigneten Werkzeugpaars schnell getestet werden, um Verfahrensgrenzen frühzeitig zu erkennen. Dies reduziert die Entwicklungs- und Produktionszeiten neuer Blechformteile. Durch den Einsatz einer Stanzmaschine lassen sich inkrementelle Umformtechniken mit dem Einsatz von Schneidwerkzeugen abwechseln, so dass eine weitere Erhöhung der Geometrievielfalt herzustellender Blechteile erreicht wird. Die inkrementelle Umformung erlaubt bspw. auch die Erzeugung von Schriftzügen in den Blechteilen ohne speziell dafür gefertigte Form.
Die Stanzmaschine lässt sich beim vorliegenden Verfahren für unterschiedliche Umformtechniken der inkrementellen Umformung einsetzen. In jedem Falle wird hierbei ein nicht formgebundener Stempel, insbesondere ein Dorn, eingesetzt, mit dem das dünnwandige Werkstück hämmernd schrittweise umgeformt wird. Die Umformung kann gegen eine konkave oder konvexe Gegenform erfolgen, die gegenüber dem Stempel in der Stanzmaschine befestigt ist. Für die Befestigung eignet sich die ohnehin vorhandene Werkzeughalterung für die Matrize. Weiterhin kann auch eine Umformung gegen einen einfachen Gegenhalter erfolgen, der ebenfalls in der Werkzeughalterung für die Matrize befestigt werden kann. In einer weiteren möglichen Verfahrensvariante kann das Werkstück auch in eine Schablone gehämmert werden, auf der das Werkstück aufliegt. Schließlich sind auch konstruktive Modifikationen bekannter Stanzmaschinen möglich, um zusätzliche Vorteile bei der Bearbeitung zu erzielen. Bei einer derartigen Modifikation wird ein zusätzlicher Hilfsstempel eingesetzt, der in Gegenrichtung des Hauptstempels zur Ausführung einer hämmernden Bewegung angetrieben wird. Dieser Hilfsstempel ist vorzugsweise in x- und/oder y-Richtung leicht versetzt gegenüber dem Hauptstempel angeordnet. Die hämmernde Bewegung erfolgt hierbei synchron mit der hämmernden Bewegung des Hauptstempels. Auch eine alleinige Bearbeitung des Werkstücks mit dem Hilfsstempel ist möglich, falls eine Verformung des Werkstücks nach oben, d. h. entgegen der üblichen Bearbeitungsrichtung des Hauptstempels, erfolgen soll.
Für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens wird eine Stanzmaschine vorgeschlagen, die einen Stanzkopf mit einer Werkstückaufnahme für einen Stempel, eine x-y- oder x-y-z-Verschiebeeinrichtung mit einer Einspanneinrichtung für ein Werkstück und eine Steuereinheit zur Steuerung des Stanzkopfes sowie der Verschiebeeinrichtung aufweist. Die Steuereinheit ist bei der vorliegenden Erfindung mit einem Steuerprogramm ausgestattet, das die Verschiebeeinrichtung und den Stanzkopf zur inkrementellen hämmernden Umformung des Werkstücks derart ansteuert, dass eine im Steuerprogramm festgelegte Endkontur des Werkstücks bzw. des umgeformten Bereiches des Werkstücks erreicht wird. Die hierfür erforderlichen Bearbeitungsstrategien, die insbesondere die Bewegungsbahnen umfassen, auf denen das Werkstück während der hämmernden Bearbeitung durch die Verschiebeeinrichtung geführt wird, können in unterschiedlicher Weise gewählt werden. Hierfür wird auf die in der Beschreibungseinleitung genannten Druckschriften zur inkrementellen Umformung gemäß dem Stand der Technik hingewiesen, die Beispiele für derartige Strategien zeigen.
Die vorgeschlagene Stanzmaschine kann mit zusätzlichen Einrichtungen, bspw. der Aufnahme und dem Antrieb für einen Hilfsstempel, versehen werden, um besonderen Anforderungen gerecht zu werden. Beispiele für unterschiedliche vorteilhafte Ausgestaltungen von Stanzmaschinen können den nachfolgenden Ausführungsbeispielen entnommen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Das vorliegende Verfahren sowie die zughörige Stanzmaschine werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des durch die Patentansprüche vorgegebenen Schutzbereiches nochmals näher erläutert.
Hierbei zeigen:
1 sechs mögliche Techniken für eine Umformung nach oben gemäß dem vorliegenden Verfahren;
2 sechs mögliche Techniken für eine Umformung nach unten gemäß dem vorliegenden Verfahren;
3 ein Beispiel für die inkrementelle Umformung mit einem elastischen Stempel;
4 ein erstes Beispiel für die inkrementelle Umformung mit dem vorliegenden Verfahren;
5 ein zweites Beispiel für die inkrementelle Umformung mit dem vorliegenden Verfahren;
6 ein drittes Beispiel für die inkrementelle Umformung mit dem vorliegenden Verfahren;
7 ein viertes Beispiel für die inkrementelle Umformung mit dem vorliegenden Verfahren;
8 ein fünftes Beispiel für die inkrementelle Umformung mit dem vorliegenden Verfahren;
9 ein sechstes Beispiel für die inkrementelle Umformung mit dem vorliegenden Verfahren;
10 ein siebtes Beispiel für die inkrementelle Umformung mit dem vorliegenden Verfahren;
11 ein achtes Beispiel für die inkrementelle Umformung mit dem vorliegenden Verfahren;
12 ein neuntes Beispiel für die inkrementelle Umformung mit dem vorliegenden Verfahren;
13 ein zehntes Beispiel für die inkrementelle Umformung mit dem vorliegenden Verfahren;
14 ein elftes Beispiel für die inkrementelle Umformung mit dem vorliegenden Verfahren;
15 ein zwölftes Beispiel für die inkrementelle Umformung mit dem vorliegenden Verfahren; und
16 ein dreizehntes Beispiel für die inkrementelle Umformung mit dem vorliegenden Verfahren.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Die 1 und 2 zeigen schematisch unterschiedliche Techniken für die inkrementelle Umformung mit dem vorliegenden Verfahren. Der umformende Stempel 5 ist dabei in schwarz dargestellt. Die umzuformende Blechtafel 12 ist in der entsprechenden Einspanneinrichtung 3 der Stanzmaschine eingespannt. Bei der ersten Technik der 1 wird eine konvexe Gegenform 30 eingesetzt, die während der Bearbeitung mit dem umformenden Stempel 5 in Pfeilrichtung nach oben bewegt wird. Bei der zweiten Technik wird ein einfacher Gegenhalter 31 während der Bearbeitung ebenfalls in Pfeilrichtung nach oben bewegt, um eine konvexe Form zu erzeugen. Die dritte Technik sieht den Einsatz eines zusätzlichen passiven Umformstempels 17 vor, im Folgenden auch als Hilfsstempel bezeichnet, der sich ebenfalls während der Bearbeitung in Pfeilrichtung nach oben bewegt. Bei der vierten Technik wird eine konkave Gegenform 32 eingesetzt, in die der umformende Stempel 5 das Blech der Blechtafel 12 von unten hämmert. Die fünfte Technik sieht den Einsatz einer nicht dargestellten Schablone vor, auf der die Blechtafel 12 aufliegt. Der umformende Stempel 5 hämmert das Blech der Blechtafel 12 von unten in die Öffnung dieser Schablone. Bei der sechsten Technik wird ebenfalls ein zusätzlicher passiver Umformstempel 17 eingesetzt, wobei in diesem Fall der aktive Umformstempel 5 das Blechteil ebenfalls von unten nach oben hämmert.
Die in der 1 dargestellten Techniken haben den Vorteil, dass die Umformung nach oben ausgeführt wird. Dadurch kann die Blechtafel 12 nach der Umformung problemlos auf dem Bürstentisch der Stanzmaschine gleiten. Allerdings kann bei den Varianten vier bis sechs, bei denen der umformende Stempel 5 von unten angreift, die Stempelaufnahme der Stanzmaschine nicht verwendet werden. Hier ist ein Einsatz einer Zusatzkonstruktion an Stanzmaschine erforderlich.
Bei den in 2 dargestellten Varianten, die vom Prinzip den Techniken der 1 entsprechen, erfolgt die Umformung nach unten. Dadurch können evtl. Kollisionen der umgeformten Bereiche beim Weitertransport der Blechtafeln mit der Stanzmaschine auftreten. Auch hier bieten die Varianten, bei denen der umformende Stempel 5 von oben angreift, den Vorteil, dass dafür die Stempelaufnahme der Stanzmaschine verwendet werden kann. Dies ermöglicht eine Integration der inkrementellen Umformtechnik ohne größeren technischen Aufwand in vorhandene Stanzmaschinen.
Neben den in den 1 und 2 dargestellten Verfahrensvarianten ist es auch möglich, eine in 3 dargestellte Variante einzusetzen. Diese Variante zeichnet sich durch die Verwendung eines elastischen Stempels 5, bspw. eines Gummistempels, und eines zusätzlichen passiven Umformstempels 17 unterhalb der Blechtafel 12 aus. Bei dieser Variante kann eine Umformung nach oben durchgeführt werden, auch wenn der Stempel 5 von oben an der Blechtafel 12 angreift. Der aktive Stempel 5 formt das Blech um den Hilfsstempel 17 herum, während dieser sich Stück für Stück nach oben bewegt, bis die gewünschte Umformung erreicht ist. Bei dieser Ausgestaltung werden die Vorteile der Umformung nach oben und der Nutzung der Stempelaufnahme der Stanzmaschine verknüpft.
Die folgenden Beispiele zeigen konkrete Ausgestaltungen von Stanzmaschinen in Verbindung mit den damit eingesetzten Umformtechniken in schematisierter Darstellung. Die Figuren zeigen hierbei jeweils die Stanzmaschine 1 mit einer in der Einspanneinrichtung 3 eingespannten Blechtafel 12, die der lokalen Umformung unterzogen werden soll. Die möglichen Verschieberichtungen 2, 4 der eingespannten Blechtafel 12 sind mit den Pfeilen angedeutet. Die zugehörige Verschiebeeinrichtung ist nicht dargestellt. Der Pfeil 6 gibt die Bewegungsrichtung des jeweils aktiven Umformstempels der Stanzmaschine an.
Im ersten Ausführungsbeispiel der 4 wird mittels des hämmernden Umformstempels 5 die Blechtafel 12 lokal nach unten umgeformt. Der Umformstempel 5 ist dabei in der vorhandenen Stempelaufnahme der Stanzmaschine 1 eingesetzt. Die Begrenzung des nach unten umgeformten Umformbereichs 7 wird durch die Schablone 8 gebildet, die an der Unterseite der Blechtafel 12 anliegt. Die Schablone 8 kann nach der Umformung weiter abgesenkt werden, um die Blechtafel 12 frei bewegen zu können. Bei einer erneuten Umformung wird die Schablone wieder hochgefahren, bis sie erneut an der Blechtafel anliegt. Die horizontale Bewegung der Blechtafel 12 wird durch die bei Stanzmaschinen übliche Verschiebeeinrichtung durchgeführt. Die Blechtafel 12 gleitet bei der Verschiebung auf Bürsten 10 und/oder Kugelrollen 9, die am Maschinentisch 11 unterhalb der Blechtafel 12 befestigt sind. Für den Einsatz dieser Stanzmaschine zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens ist somit nur der Einsatz eines nicht formgebundenen Stempels 5, einer Schablone 8 sowie eines geeigneten Steuerprogramms zur Steuerung der Stanzmaschine 1 erforderlich.
5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem auf den Einsatz einer Schablone verzichtet werden kann. Bei diesem Beispiel wird die Blechtafel 12 mittels eines separat angeordneten aktiven Umformstempels 14 nach oben umgeformt, der unterhalb der Blechtafel 12 angeordnet ist. Hierfür ist eine zusätzliche Konstruktion 15 an der Stanzmaschine 1 erforderlich. Der nach oben umgeformte Umformbereich 13 wird dabei nicht von einer zusätzlichen Schablone begrenzt. Die Umformung erfolgt hämmernd. Der aktive Umformstempel 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel mittels der zusätzlichen Konstruktion 15 außerhalb des Bereichs der normalen Stempelaufnahme der Stanzmaschine angebracht, wie aus der 5 ersichtlich ist. Der aktive Umformstempel 14 kann von der Blechtafel 12 weg bewegt werden, um die Bewegung der Blechtafel 12 nicht einzuschränken. Die Umformung erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel ausschließlich mit dem separat angeordneten aktiven Umformstempel 14, um die gewünschte Endkontur zu erreichen.
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens. In diesem Beispiel wird als Hauptumformstempel 5 ein Gummistempel in die Werkzeugaufnahme am Stanzkopf der Stanzmaschine 1 eingesetzt. Die Umformung erfolgt hierbei von unten nach oben, indem ein zusätzlicher passiver Umformstempel 17 unterhalb der Blechtafel 12 angeordnet wird. Der Hauptumformstempel 5 ist elastisch verformbar, wodurch trotz der aktiven Bearbeitung von oben die Blechtafel 12 ebenfalls nach oben umgeformt wird. Die Umformung erfolgt wiederum hämmernd. Der zusätzliche Umformstempel 17 unterhalb der Blechtafel 12 kann von der Blechtafel weg bewegt werden, um die Bewegung der Blechtafeln beim Weitertransport nicht einzuschränken. Der Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass zum einen die Blechtafel 12 weiterhin ungehindert auf den Bürsten 10 und Rollen 9 gleiten kann und zum anderen keine aufwendigen konstruktiven Umbauten an der Stanzmaschine 1 durchgeführt werden müssen.
Im vierten Ausführungsbeispiel der 7 erfolgt die Umformung von oben. Die Blechtafel 12 wird hierbei durch den Hauptumformstempel 5, der in der normalen Stempelaufnahme der Stanzmaschine 1 eingesetzt ist, nach unten umgeformt, wie durch den nach unten umgeformten Umformbereich 7 in der 7 angedeutet ist. Die Umformung wird durch einen zusätzlichen passiven Umformstempel 17 unterhalb der Blechtafel 12 unterstützt, der gegenüber dem Hauptumformstempel 5 in x- oder y-Richtung bzw. radial versetzt ist. Der zusätzliche Umformstempel 17 unterhalb der Blechtafel 12 kann von der Blechtafel 12 weg bewegt werden, um die Bewegung der Blechtafel 12 beim Weitertransport nicht einzuschränken.
Im fünften Ausführungsbeispiel der 8 erfolgt die Umformung durch einen separat angeordneten aktiven Umformstempel 14 unterhalb der Blechtafel 12. Der nach oben umgeformte Umformbereich 13 wird dabei durch eine Schablone 19 oberhalb der Blechtafel 12 begrenzt. Die Schablone 19 kann von der Blechtafel 12 weg bewegt werden, um die Bewegung der Blechtafel 12 beim Weitertransport nicht einzuschränken. Für den aktiven Umformstempel 14 und die Aufnahme der Schablone 19 oberhalb der Blechtafel 12 sind zwei zusätzliche Konstruktionen 15, 18 an der Stanzmaschine 1 erforderlich, wie dies in der 8 angedeutet ist. Die Stempelaufnahme der Stanzmaschine 1 mit dem in dieser Figur angedeuteten Stempel 5 wird bei diesem Ausführungsbeispiel nicht benutzt.
Eine ähnliche Ausgestaltung zeigt das Ausführungsbeispiel der 9, bei dem anstelle der Schablone ein passiver Umformstempel 20 oberhalb der Blechtafel 12 eingesetzt wird. Die Umformung erfolgt auch hier durch den aktiven Umformstempel 14 unterhalb der Blechtafel 12. Die Umformung wird durch den passiven Umformstempel 20 oberhalb der Blechtafel 12 unterstützt. Der passive Umformstempel 12 kann von der Blechtafel 12 weg bewegt werden, um die Bewegung der Blechtafel 12 beim Weitertransport nicht einzuschränken. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich ein nach oben umgeformter Umformbereich 13. Weiterhin sich auch hier zusätzliche Konstruktionen 15, 18 für die Aufnahme und/oder den Antrieb der Umformstempel 14, 20 an der Stanzmaschine 1 erforderlich.
10 zeigt das siebte Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens bzw. der zugehörigen Stanzmaschine 1. Die Umformung erfolgt hierbei durch einen separat angeordneten aktiven Umformstempel 14 unterhalb der Blechtafel 12. Die Umformung wird durch Bürsten 21 oberhalb der Blechtafel 12 unterstützt. Einerseits wird durch die Bürsten 12 das Blech gestützt, so dass es zu keiner ungewollten Verformung der Blechtafel 12 kommt. Andererseits werden Schwingungen der Blechtafel 12 bei der Bearbeitung reduziert. Auch hier ergibt sich ein nach oben umgeformter Umformbereich 13. Die Bürsten 21 können von der Blechtafel 12 weg bewegt werden, um die Bewegung der Blechtafel nicht einzuschränken. Alternativ zu den Bürsten 21 können auch andere elastische Elemente, bspw. elastische Matten wie Gummimatten oder Filztuch, verwendet werden. Auch für diese Ausgestaltung sind zusätzliche Konstruktionen 15 bzw. 18 zur Aufnahme des aktiven Umformstempels 14 und der Bürsten 21 erforderlich.
11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Umformung durch den Hauptumformstempel 5 der Stanzmaschine 1 von oben erfolgt. Unterhalb der Blechtafel 12 befindet sich in diesem Beispiel ein mit Flüssigkeit gefüllter Behälter 22. Die Flüssigkeit wird mit Druck oder Unterdruck beaufschlagt, um einerseits die Blechtafel 12 während der Umformung zu unterstützen und andererseits Vibrationen der Blechtafel 12 zu reduzieren. Alternativ zu einer Flüssigkeit kann ebenso einer unter Druck stehendes Gas eingesetzt werden.
Ein neuntes Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens bzw. der zugehörigen Stanzmaschine 1 ist in 12 dargestellt. Die Umformung erfolgt hierbei durch einen separat angeordneten aktiven Umformstempel 14 von unten. Oberhalb der Blechtafel 12 befindet sich ein mit Flüssigkeit gefüllter Behälter 22. Die Flüssigkeit wird mit Druck oder Unterdruck beaufschlagt, um einerseits die Blechtafel 12 während der Umformung zu unterstützen und andererseits die Vibrationen der Blechtafel 12 zu reduzieren. Die Flüssigkeit muss vor der Umformung in den Behälter 22 gefüllt und nach der Umformung wieder abgesaugt werden. Alternativ zu einer Flüssigkeit kann ebenso ein unter Druck stehendes Gas verwendet werden. Diese Ausgestaltung erfordert jedoch zusätzliche Konstruktionen 15, 18 an der Stanzmaschine 1, wie aus der 12 ersichtlich ist.
In dem weiteren Beispiel der 13 erfolgt die Umformung durch den Hauptumformstempel 5 der Stanzmaschine 1. Unterhalb der Blechtafel 12 sind zusätzliche Bürsten 21 vorgesehen, durch die das Blech gestützt wird. Dadurch kann es zu keiner ungewollten Verformung der Blechtafel 12 kommen. Andererseits werden auch Schwingungen der Blechtafel 12 während der Bearbeitung reduziert. Die Bürsten 21 können von der Blechtafel 12 wegbewegt werden, um die Bewegung der Blechtafel 12 beim Weitertransport nicht einzuschränken. Alternativ zu Bürsten können bspw. auch andere elastische Elemente, bspw. elastische Matten wie Gummimatten oder Filztuch, verwendet werden.
Ein elftes Ausführungsbeispiel zeigt 14. Hier wird die Umformung vor dem Maschinentisch 11 der Stanzmaschine 1 mit zwei separat angeordneten Umformstempeln 14, 20 durchgeführt, die an zusätzlichen Konstruktionen 25, 26 an der Stanzmaschine 1 befestigt sind. Der aktive Umformstempel 14 befindet sich unterhalb der Blechtafel 12 und wird von der zusätzlichen Konstruktion 26 getragen. Der zusätzliche passive Umformstempel 20 befindet sich oberhalb der Blechtafel 12 und wird ebenfalls von einer zusätzlichen Konstruktion 25 getragen. Durch die Umformung außerhalb des Maschinentisches 11 kann eine höhere Flexibilität der Umformung erreicht werden, so dass bspw. größere Geometrien geformt werden können. Eine Anordnung, bei der sich der aktive Umformstempel 14 oberhalb der Blechtafel 12 befindet und die Umformung nach unten durchgeführt wird ist ebenso möglich.
Bei einem zwölften Ausführungsbeispiel gemäß 15 wird die Umformung ebenfalls vor dem Maschinentisch 11 durchgeführt. Hierbei wird ein separat angeordneter aktiver Umformstempel 14 unterhalb der Blechtafel 12 eingesetzt, der von einer zusätzlichen Konstruktion 26 getragen wird. Der Umformbereich wird durch eine flexibel einstellbare Schablone 27 begrenzt, die in Geometrie und Größe verändert werden kann. Sie wird ebenfalls durch eine zusätzliche Konstruktion 25 getragen. Auch eine Anordnung, bei der sich die Schablone 27 unterhalb der Blechtafel 12 befindet und die Umformung nach unten durchgeführt wird, ist selbstverständlich in gleicher Weise möglich.
Das letzte Ausführungsbeispiel der 16 zeigt schließlich eine Ausgestaltung, bei der die Blechtafel 12 durch eine zusätzliche Klemmeinrichtung gehalten wird. Diese Klemmeinrichtung besteht aus mehreren Klemmstempeln 29, die von oben und unten gegen die Blechtafel 12 drücken. Am Kopf der Klemmstempel 29 befinden sich Kugelrollen, die ein Gleiten der Blechtafel 12 ermöglichen. Die Klemmrichtung ist mit den Pfeilen 28 dargestellt. Die Klemmung der Blechtafel verhindert ein Abheben der Blechtafel 12 von den Bürsten des Maschinentisches. Desweiteren werden die Vibrationen der Blechtafel 12 reduziert. Die Bearbeitung kann hierbei mit dem Hauptumformstempel 5 in der Werkzeugaufnahme der Stanzmaschine 1 nach unten erfolgen.
Bei allen vorgestellten Ausführungsbeispielen können Umformdorne als Stempel verwendet werden, die an ihrer Spitze eine Kugelrolle aufweisen, um die Reibung zwischen Blechtafel und Stempel zu verringern. Ebenso kann die Blechtafel zum gleichen Zweck geschmiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Stanzmaschine
2: mögliche Verschieberichtung
3: Einspanneinrichtung (z. B. Spannzangen)
4: mögliche Verschieberichtung
5: Umformstempel
6: Bewegungsrichtung des aktiven Stempels
7: nach unten umgeformter Umformbereich
8: Schablone unterhalb der Blechtafel
9: Kugelrollen
10: Bürsten
11: Maschinentisch
12: Blechtafel
13: nach oben umgeformter Umformbereich
14: separat angeordneter aktiver Umformstempel
15: zusätzliche Konstruktion
17: zusätzlicher passiver Umformstempel
18: zusätzliche Konstruktion
19: Schablone oberhalb der Blechtafel
20: passiver Umformstempel oberhalb der Blechtafel
21: Bürsten
22: mit Flüssigkeit gefüllter Behälter
25: zusätzliche Konstruktion
26: zusätzliche Konstruktion
27: Schablone mit flexibler Geometrie
28: Klemmrichtung
29: Klemmstempel mit Kugelrollen
30: konvexe Gegenform
31: einfacher Gegenhalter
32: konkave Gegenform

Claims

Verfahren zur inkrementellen Umformung von dünnwandigen Werkstücken, insbesondere von Blechen, bei dem das Werkstück (12) in einer Vielzahl von Umformschritten mit einem nicht formgebundenen Stempel (5, 14) in eine gewünschte Endkontur gehämmert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformschritte mit einer Stanzmaschine (1) durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (12) während der Umformung mit einer x-y-Verschiebeeinrichtung oder x-y-z-Verschiebeeinrichtung der Stanzmaschine (1) in einer Ebene senkrecht zu einer Stanzrichtung geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (12) für die Umformung in einer mit der x-y-Verschiebeeinrichtung oder der x-y-z-Verschiebeeinrichtung verbundenen Einspanneinrichtung (3) eingespannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (5) in einer Werkzeugaufnahme an einem Stanzkopf der Stanzmaschine (1) eingespannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (12) mit dem Stempel (5, 14) gegen eine konvexe Gegenform (30) gehämmert wird, während die konvexe Gegenform (30) in Richtung des Stempels (5, 14) bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (12) mit dem Stempel (5, 14) um einen Gegenhalter (31) zu einer konvexen Form gehämmert wird, während der Gegenhalter (31) in Richtung des Stempels (5, 14) bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (12) mit dem Stempel (5, 14) in eine konkave Gegenform (32) gehämmert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (12) mit dem Stempel (5, 14) zu einer konkaven Form gehämmert wird, während das Werkstück (12) an einer Schablone (8, 19, 27) anliegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (12) mit dem Stempel (5, 14) und einem Hilfsstempel (17, 20) umgeformt wird, der in x- und/oder y-Richtung versetzt zum Stempel (5, 14) an der Stanzmaschine (1) angeordnet ist und in Gegenrichtung der hämmernden Bewegung des Stempels (5, 14) angetrieben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (12) mit dem Stempel (5) aus einem elastischen Material und einem Hilfsstempel (17) umgeformt wird, der dem Stempel (5) gegenüber liegend an der Stanzmaschine (1) angeordnet ist und in Gegenrichtung der hämmernden Bewegung des Stempels (5) angetrieben wird.
Stanzmaschine, die einen Stanzkopf mit einer Werkstückaufnahme für einen Stempel (5), einen dem Stanzkopf gegenüber liegenden Maschinentisch (11), eine x-y- oder x-y-z-Verschiebeeinrichtung mit einer Einspanneinrichtung (3) für ein Werkstück (12) und eine Steuereinheit zur Steuerung des Stanzkopfes sowie der Verschiebeeinrichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit zur Steuerung des Stanzkopfes und der Verschiebeeinrichtung für eine inkrementelle Umformung von dünnwandigen Werkstücken, insbesondere von Blechen, ausgebildet ist, bei der das Werkstück (12) in einer Vielzahl von Umformschritten mit einem nicht formgebundenen Stempel (5, 14) in eine gewünschte Endkontur gehämmert wird.
Stanzmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass am Maschinentisch (11) eine zusätzliche Konstruktion (15, 26) zur Aufnahme eines aktiven Umformstempels (14) angeordnet ist, die einen Antrieb aufweist, mit der der aktive Umformstempel (14) zur hämmernden Bearbeitung des Werkstücks (12) antreibbar ist, wobei der aktive Umformstempel (14) dem nicht formgebundenen Stempel (5, 14) entspricht.
Stanzmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber der Konstruktion (15, 26) für den aktiven Umformstempel (14) am Stanzkopf eine zusätzliche Konstruktion (18, 25) zur Aufnahme eines passiven Umformstempels (17, 20) angeordnet ist, die einen Antrieb aufweist, mit dem der passive Umformstempel in Gegenrichtung zum aktiven Umformstempel (14) antreibbar ist.
Stanzmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber der Konstruktion (15, 26) für den aktiven Umformstempel (14) am Stanzkopf eine zusätzliche Konstruktion (18, 25) zur Aufnahme eines passiven Werkzeugs (8, 19, 21, 22, 27) angeordnet ist.
Stanzmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Klemmeinrichtung mit mehreren Klemmstempeln (28) vorgesehen ist, die beidseitig am Werkstück (12) angreifen und Kugelrollen aufweisen, die eine gleitende Bewegung des Werkstücks (12) in einer durch die Verschiebeeinrichtung vorgegebenen x-y-Ebene ermöglichen.