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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs zum Umformen und/oder Schneiden eines Blechmaterials, wobei dieses Werkzeug wenigstens einen Stempel und wenigstens eine korrespondierende Matrize aufweist, die in einer geradlinigen Arbeitsrichtung relativ zueinander bewegbar sind.
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Ein derartiges Werkzeug ist insbesondere ein Tiefziehwerkzeug mit wenigstens einem Ziehstempel und wenigstens einer korrespondierenden Ziehmatrize (bei Folgewerkzeugen auch als Niederhalter bezeichnet) zur Herstellung komplexer Blechformteile. Ein derartiges Werkzeug kann jedoch auch ein Schneidwerkzeug mit wenigstens einem Schneidstempel und wenigstens einer korrespondierenden Schneidmatrize (Schneidniederhalter) zum Beschneiden und/oder Lochen von komplexen Blechformteilen sein. Ebenso kann es sich auch um ein kombiniertes Tiefzieh- und Schneidwerkzeug handeln.
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Eine übliche Verfahrensweise bei der Herstellung derartiger Werkzeuge ist, dass zunächst die Stempelkontur erstellt wird. Ausgehend von dieser Stempelkontur (Nullgeometrie) wird anschließend die korrespondierende Matrizenkontur durch einen konstanten Offset, der in etwa der Blechdicke des zu bearbeitenden Blechmaterials entspricht, erstellt. Das Erstellen der Stempelkontur und der Matrizenkontur erfolgt typischerweise in CAD-Programmen. Zuweilen wird insbesondere die Matrizenkontur auch direkt an einer NC-Fertigungsmaschine aus der Nullgeometrie erstellt. Der Stempel und die Matrize können nachfolgend mit den erstellten Konturen ausgebildet bzw. angefertigt werden.
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Beim Umformen des Blechmaterials kommt es typischerweise über der Blechformteilgeometrie verteilt zu unterschiedlichen Ausdünnungen bzw. Abstreckungen und/oder Aufdickungen des Blechmaterials. In der Folge ergibt sich bei einem geschlossenen Werkzeug eine ungleichmäßige Anlage von Stempel und Matrize am Blechmaterial. Um eine gleichmäßige Anlage von Stempel und Matrize am Blechmaterial zu erhalten, muss die Matrize (ggf. auch der Stempel) so lange durch lokale spanabhebende Bearbeitung manuell nachbearbeitet werden, bis die erwünschte Anlage am Blechmaterial erreicht ist. Dieses auch als Tuschieren oder Einarbeiten bezeichnete Nacharbeiten des Werkzeugs und insbesondere der Matrize ist äußerst aufwändig. Ferner sind bei der Ausbildung der Matrize so genannte Tuschieraufmaße vorzusehen, die beim Einarbeiten des Werkzeugs abgetragen werden.
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Aus der
DE 10 2004 054 679 B4 derselben Anmelderin ist ein Verfahren zur Herstellung eines Umformwerkzeugs bekannt, bei dem die ausgebildete Matrize lokal unterschiedliche Abstandsmaße zum Stempel aufweist, entsprechend den unterschiedlichen Ausdünnungen und/oder Aufdickungen des Blechmaterials, was durch Tiefziehsimulation ermittelt wird. Das Erstellen der Matrizenkontur erfolgt demnach nicht mit einem konstanten Offset auf die Stempelkontur, wie oben beschrieben, sondern vielmehr mit einem über der Blechformteilgeometrie unterschiedlichen bzw. variablen Offset gemäß den Ergebnissen aus der Tiefziehsimulation.
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Durch die in der
DE 10 2004 054 679 B4 vorgeschlagene Verfahrensweise kann der Aufwand für die Einarbeitung des hergestellten Werkzeugs zwar erheblich reduziert werden. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass der Einarbeitungsaufwand dennoch sehr hoch sein kann, zumal die verwendeten Ergebnisse aus der Tiefziehsimulation nach heutigem Stand der Technik nur eine Annäherung an die realen Gegebenheiten darstellen.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Möglichkeit aufzuzeigen, wie bei einem Werkzeug der eingangs genannten Art der Einarbeitungsaufwand reduziert werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß dem nebengeordneten Anspruch erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch auf ein computerlesbares Medium, das ein Computerprogramm-Produkt zur Anwendung auf einem Computer aufweist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- – Erstellen oder Bereitstellen einer Stempelkontur;
- – Erstellen einer zur Stempelkontur korrespondierenden Matrizenkontur durch einen Offset auf die Stempelkontur, wobei lokal unterschiedliche Ausdünnungen und/oder Aufdickungen des Blechmaterials durch lokal unterschiedliche Offsetmaße berücksichtigt werden;
- – Anpassen der erstellten Matrizenkontur durch lineares Verschieben dieser Matrizenkontur oder durch lineares Verschieben wenigstens einer Teilfläche dieser Matrizenkontur in Arbeitsrichtung (dies ist die Bewegungsrichtung des Stempels und/oder der Matrize) zur Erzeugung wenigstens eines Tuschieraufmaßes; und
- – Ausbilden bzw. Anfertigen des wenigstens einen Stempels mit der Stempelkontur und Ausbilden bzw. Anfertigen der wenigstens einen Matrize mit der angepassten Matrizenkontur.
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Bei dem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellenden Werkzeug handelt es sich insbesondere um ein Tiefziehwerkzeug und/oder Schneidwerkzeug zur Herstellung und/oder Bearbeitung komplexer Blechformteile.
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Unter der Stempelkontur und der Matrizenkontur werden die Oberflächenverläufe der jeweiligen Werkzeugwirkfläche verstanden. Beim Erstellen bzw. Bilden der Stempelkontur und der Matrizenkontur werden beschreibbare und/oder darstellbare Abbildungen dieser Oberflächenverläufe erstellt bzw. gebildet. Das Erstellen einer Stempelkontur erfolgt bevorzugt durch identische Abbildung einer vorgebgegebenen Blechformteilgeometrie. Der Offset auf diese Stempelkontur erfolgt in Flächennormalenrichtung, wobei ein variabler Offset vorgesehen ist und Ergebnisse aus einer Tiefziehsimulation berücksichtigt werden, wie in der
DE 10 2004 054 679 B4 beschrieben. Die Stempelkontur und die Matrizenkontur werden bevorzugt in einem CAD-Programm erstellt. Alternativ ist denkbar, dass insbesondere die Matrizenkontur auch direkt an einer NC-Fertigungsmaschine erstellt wird.
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Erfindungsgemäß wird das für die Einarbeitung zweckmäßige Tuschieraufmaß nicht durch einen Offset auf die erstellte Matrizenkontur, sondern durch ein Verschieben der Matrizenkontur oder durch Verschieben wenigstens einer Teilfläche dieser Matrizenkontur in der Arbeitsrichtung des Werkzeugs erzeugt, was zu einer Anpassung bzw. Veränderung der erstellten Matrizenkontur führt und woraus eine angepasste bzw. veränderte Matrizenkontur resultiert. Die Matrize kann mit dieser angepassten Matrizenkontur, d. h. einschließlich der erzeugten Tuschieraufmaße, ausgebildet bzw. angefertigt werden, was typischerweise auf NC-Fertigungsmaschinen erfolgt. Die angepasste Matrizenkontur wird also der Anfertigung der Matrize und genau genommen der Matrizenwirkfläche zugrunde gelegt.
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Die Arbeitsrichtung ist die Bewegungsrichtung des Stempels und/oder der Matrize. Zumeist ist dies die vertikale Richtung. Die Orientierung einer Verschiebung zum Erzeugen eines Tuschieraufmaßes ist selbsterklärend stets auf die korrespondierende Stempelkontur (bzw. allgemein auf die korrespondierende Gegenkontur) gerichtet. Die erfindungsgemäße Verfahrensweise führt faktisch dazu, dass die vorrangig einzuarbeitenden Schrägflächen (dies sind die zur Arbeitsrichtung geneigten Flächenabschnitte) mit einem geringeren Offset als die zur Arbeitsrichtung senkrechten Flächenabschnitte versehen werden. Dies wird nachfolgend im Zusammenhang mit der 2 noch näher erläutert. Der Einarbeitungsaufwand für das hergestellte Werkzeug fällt hierdurch sehr gering aus und wird gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahrensweisen erheblich reduziert.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass beim Anpassen der erstellten Matrizenkontur nur im Bereich von Teilflächen (damit ist wenigstens eine Teilfläche der erstellten Matrizenkontur gemeint) Tuschieraufmaße erzeugt werden, wozu die betreffenden Teilflächen mit einem gleichen Maß oder mit unterschiedlichen Maßen linear in der Arbeitsrichtung des Werkzeugs verschoben werden. Diese Teilflächen repräsentieren Werkzeugfunktionsflächen, in denen das Blechmaterial lokal zwischen der Matrize und dem Stempel eingeklemmt werden soll. Einem solchen Werkzeugaufbau liegt die Idee zugrunde, dass nur in bestimmten Bereichen zwischen dem Stempel und der Matrize eine Klemmwirkung (gleichmäßige Anlage von Stempel und Matrize am Blechmaterial) erzielt werden muss, um eine geforderte Tiefzieh- und/oder Schnittqualität zu erhalten. Diese Bereiche können z. B. nur 10 bis 20% einer Werkzeugwirkfläche ausmachen. Der Aufwand für die Einarbeitung des Werkzeugs wird durch die Beschränkung auf Werkzeugfunktionsflächen erheblich reduziert. Durch das Vorsehen unterschiedlicher Tuschieraufmaße für verschiedene Teilflächen kann der Einarbeitungsaufwand weiter reduziert werden.
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Bei den mit einem Tuschieraufmaß zu versehenden Teilflächen der erstellten Matrizenkontur handelt es sich vorrangig um komplexe Flächengeometrien. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die mit einem Tuschieraufmaß zu versehenden Teilflächen jeweils wenigstens einen zur Arbeitsrichtung geneigten Flächenabschnitt (nachfolgend auch als Schrägfläche bezeichnet) aufweisen. Ein solcher geneigter Flächenabschnitt kann auch eine nahezu in Arbeitrichtung verlaufende Schrägfläche oder ein räumlich gekrümmter Flächenabschnitt sein.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Teilflächen der erstellten Matrizenkontur, die mit einem gleichen Maß in der Arbeitsrichtung verschoben werden sollen, vor dem Verschieben zusammengefasst werden. Dieses Zusammenfassen der Teilflächen erfolgt bevorzugt in einem CAD-Programm, wobei die betreffenden Teilflächen z. B. miteinander verbunden werden.
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Bevorzugt ist ferner vorgesehen, dass beim Anpassen die erstellte Matrizenkontur oder wenigstens eine Teilfläche dieser Matrizenkontur um bis zu 0,3 mm, bevorzugt um bis zu 0,2 mm und insbesondere um bis zu 0,15 mm in der Arbeitsrichtung verschoben wird, um ein entsprechendes Tuschieraufmaß zu erzeugen.
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Bevorzugt ist zudem vorgesehen, dass zumindest das Erstellen der Matrizenkontur und das Anpassen dieser Matrizenkontur zur Erzeugung wenigstens eines Tuschieraufmaßes an dieser Matrizenkontur im Wesentlichen automatisiert ausgeführt werden. Mit „im Wesentlichen” ist gemeint, dass ggf. diverse Einstellungen manuell vorgenommen werden können. Insbesondere ist vorgesehen, dass das automatisierte Erstellen der Matrizenkontur und das Anpassen dieser Matrizenkontur zur Erzeugung wenigstens eines Tuschieraufmaßes in einem CAD-Programm erfolgt, wozu in dem CAD-Programm eine entsprechende Routine ausgeführt wird. Unter einer Routine wird vorrangig ein ausführbares Computerprogramm verstanden. Mit dem nebengeordneten Anspruch wird für ein computerlesbares Medium, das ein entsprechendes Computerprogramm-Produkt aufweist, gesondert Schutz beansprucht.
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Bevorzugt ist außerdem vorgesehen, dass in dem CAD-Programm ein maschinenlesbarer Fertigungsdatensatz für die Matrize generiert wird, der ein direktes (d. h. ohne weitere Programmierschritte) Ausbilden bzw. Anfertigen der Matrize auf einer NC-Fertigungsmaschine oder dergleichen ermöglicht.
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Ebenso kann auch ein Fertigungsdatensatz für den Stempel generiert werden.
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Gemäß den vorausgehenden Erläuterungen wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Matrizenkontur ausgehend von einer Stempelkontur gebildet. Erfindungsgemäß ist es jedoch ebenso möglich, dass ausgehend von einer Matrizenkontur in analoger Verfahrensweise die Stempelkontur gebildet wird.
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Mit dem nebengeordneten Anspruch wird ferner auch ein computerlesbares Medium beansprucht, das ein Computerprogramm-Produkt zur Anwendung auf einem Computer aufweist, wobei das Computerprogramm-Produkt Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen zumindest das Erstellen der Matrizenkontur (alternativ der Stempelkontur) und das Anpassen dieser Matrizenkontur zur Erzeugung wenigstens eines Tuschieraufmaßes an dieser Matrizenkontur, gemäß einer vorausgehend erläuterten Verfahrensweise, automatisiert ausgeführt werden, wenn das Computerprogramm-Produkt auf einem Computer läuft bzw. angewendet wird. Insbesondere kann das Computerprogramm-Produkt auch hierin nicht näher erläuterte Zwischenschritte (bspw. das Glätten von Flächenübergängen) ausführen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass mit dem Computerprogramm-Produkt auch die Stempelkontur automatisiert erstellt werden kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft und in nicht einschränkender Weise anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch:
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1 den Teilschnitt durch ein Werkzeug, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde;
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2 die Verfahrensweise zum Bilden einer Matrizenkontur für das Werkzeug der 1; und
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3 eine Draufsicht auf die Matrize des Werkzeugs der 1.
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1 zeigt einen Teilschnitt durch ein Werkzeug 10, wobei es sich beispielhaft um ein Tiefziehwerkzeug zum Umformen von Blechmaterial handelt. Die nachfolgenden Erläuterungen gelten analog jedoch auch für ein Schneidwerkzeug.
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Das Werkzeug 10 weist einen erhabenen Stempel (Unterwerkzeug) 20 und eine mit einer Kavität ausgebildete Matrize (Oberwerkzeug) 30 auf, zwischen denen das umzuformende Blechmaterial 40 umgeformt wird. Der Stempel 20 ist mit einer mit dem Blechmaterial 40 in Berührung kommenden Stempelwirkfläche 21 ausgebildet, die eine entsprechende Stempelkontur (21a) aufweist. Die Matrize 30 ist mit einer mit dem Blechmaterial 40 in Berührung kommenden Matrizenwirkfläche 31 ausgebildet, die eine entsprechende Matrizenkontur (31a) aufweist. 1 zeigt das Werkzeug 10 in geschlossenem Zustand, bei dem die Stempelwirkfläche 21 und die Matrizenwirkfläche 31 gleichmäßig am Blechmaterial 40 anliegen. Um diesen geschlossenen Zustand zu erreichen, wird die Matrize 30 (alternativ auch der Stempel 20) aus einer das Werkzeug 10 öffnenden Position geradlinig in der angegebenen Arbeitsrichtung D auf den Stempel 20 zubewegt, wozu das Werkzeug 10 typischerweise in einer Presse eingebaut ist.
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2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Verfahrensweise zum Bilden der Matrizenkontur. Ausgehend von einer bereitgestellten oder erstellten Stempelkontur
21a wird durch einen Offset (Flächenoffset in Flächennormalenrichtung) auf diese Stempelkontur
21a eine Matrizenkontur erstellt. Hierbei wird, wie in der
DE 10 2004 054 679 B4 erläutert, ein variabler Offset gemäß den Ergebnissen aus einer Tiefziehsimulation verwendet, um lokal unterschiedliche Ausdünnungen und/oder Aufdickungen des Blechmaterials zu berücksichtigen. Die auf diese Weise erstellte Matrizenkontur ist als Strichpunktlinie dargestellt und mit
31'a bezeichnet.
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Die erstellte Matrizenkontur 31'a wird anschließend mit einem Tuschieraufmaß versehen, wozu diese Matrizenkontur 31'a linear um das Maß x in der Arbeitsrichtung D und zwar in Richtung auf die korrespondierende Stempelkontur 21a verschoben wird. Die auf diese Weise gebildete Matrizenkontur ist als Volllinie dargestellt und mit 31a bezeichnet. Nachfolgend werden die Matrize 30 und der Stempel 20 (genau genommen die Matrizenwirkfläche 31 und die Stempelwirkfläche 21) mit diesen Konturen 31a und 21a ausgebildet, was insbesondere auf einer NC-Fertigungsmaschine erfolgt. Bevorzugt ist vorgesehen, dass zumindest die Matrizenkontur 31a automatisiert in einem CAD-Programm erstellt wird, wobei ein maschinenlesbarer Fertigungsdatensatz generiert wird, der direkt von einer NC-Fertigungsmaschine umgesetzt werden kann.
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Ein bedeutender Vorteil bei der Herstellung des Werkzeugs 10 gemäß der zuvor erläuterten Verfahrensweise ist darin zu sehen, dass das Tuschieraufmaß nicht durch einen Offset (im herkömmlichen Sinne) auf die Matrizenkontur, sondern durch Verschieben der Matrizenkontur 31'a erzeugt wird, wodurch die vorrangig einzuarbeitenden Schrägflächen an der Matrize 30 faktisch mit einem geringeren Offset als die zur Arbeitsrichtung D senkrechten Flächenabschnitte ausgebildet werden. In 2 ist dies anschaulich am Beispiel der linken Schrägfläche 310 dargestellt. Ein herkömmlicher Offset auf den Konturlinienabschnitt 310' um den Betrag x würde zu dem strichliniert dargestellten Konturlinieabschnitt 310'' führen. Dieser Konturlinienabschnitt 310'' müsste dann beim Einarbeiten des Werkzeugs 10 wenigstens bis zu dem Konturlinienabschnitt 310 durch eine manuelle spanabhebende Bearbeitung abgetragen werden. Durch die zuvor erläuterte Verfahrensweise erübrigt sich jedoch dieses Abtragen. Der sich beim Verschieben der Matrizenkontur 31'a faktisch ergebende Offset an Schrägflächen kann im Übrigen anhand von trigonometrischen Zusammenhängen berechnet werden. Ebenso kann ausgehend von einem gewünschten Offset an einer Schrägfläche das Maß für die erforderliche Verschiebung errechnet werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass anstelle der gesamten Matrizenkontur nur Teilflächen der Matrizenkontur mit Tuschieraufmaßen versehen werden. Dies wird nachfolgend anhand der 3 erläutert.
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3 zeigt die Matrize 30 in einer Draufsicht. Bei den schattiert dargestellten Bereichen 311, 312 und 313 handelt es sich um Werkzeugfunktionsflächen an der Matrizenwirkfläche 31, die das Blechmaterial definiert gegen die korrespondierende Stempelwirkfläche drücken, um lokal in diesen Bereichen eine Klemmwirkung zu erzielen, wenn sich das Werkzeug im geschlossenen Zustand befindet. Es ist vorgesehen, dass beim Herstellen des Werkzeugs die Matrizenkontur 31 in der zuvor erläuterten Weise, jedoch nur in den den Bereichen 311, 312 und 313 entsprechenden Teilflächen mit Tuschieraufmaßen versehen wird. insbesondere werden die betreffenden Teilflächen mit unterschiedlichen Maßen verschoben, um je nach Anforderung unterschiedliche Tuschieraufmaße zu erhalten.