DE19957076B4

DE19957076B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Lochen von Blechformteilen aus einem Aluminiumwerkstoff

Info

Publication number: DE19957076B4
Application number: DE1999157076
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. Söllner; Jürgen Breer
Original assignee: Vereinigte Aluminium Werke AG; Vaw Aluminium AG
Current assignee: Vereinigte Aluminium Werke AG; Vaw Aluminium AG
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2019-11-27
Also published as: DE50012075D1; ES2257256T3; DE19957076A1; EP1103317A3; EP1103317B1; PT1103317E; EP1103317A2

Abstract

Verfahren zum Lochen von Blechformteilen aus einem Aluminiumwerkstoff, bei welchem in den Flanschbereichen Löcher hergestellt werden, entlang des Lochumfanges eine Aufdickung durch eine Vorverformung hergestellt wird, das Blechformteil beim Vorverformen zwischen einem Niederhalter und einer Matrize gehalten wird, bei der Vorverformung durch einen Stempel das Material aus dem Lochbereich in die Matrize verdrängt wird und das nach der Verformung im Lochbereich verbliebene Material durch Scherschneiden entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung und das Scherschneiden in einem Arbeitshub erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lochen von Blechformteilen aus einem Aluminiumwerkstoff, bei welchem in den Flanschbereichen Löcher hergestellt werden, entlang des Lochumfanges eine Aufdickung durch Vorverformung hergestellt wird, das Blechformteil beim Vorverformen zwischen einem Niederhalter und einer Matrize gehalten wird, bei der Vorverformung durch einen Stempel das Material aus dem Lochbereich in die Matrize verdrängt wird und das nach der Verformung im Lochbereich verbliebene Material durch Scherschneiden entfernt wird sowie eine Vorrichtung zum Lochen von Blechformteilen aus Aluminiumwerkstoffen mit einem Niederhalter, einer Matrize und einem Stempel zur Verdrängung des Materials aus dem Lochbereich in die Matrize.

In den Flanschbereichen von Blechformteilen sind häufig Löcher vorgesehen, die zur Verschraubung dieser Blechformteile mit einer Gesamtkonstruktion dienen. Die mechanische Belastbarkeit von diese Löcher nutzenden Verschraubungen ist zum einen dadurch gering, daß die Flanschbereiche beim Tiefzug und der Kalibrierung der Blechformteile kaum verformt werden und somit der Aluminiumwerkstoff in der Umgebung der Löcher aufgrund einer fehlenden Kaltverfestigung relativ weich ist. Zum anderen ist bislang kein Verfahren bzw. keine Vorrichtung bekannt, mit der in der unmittelbaren Umgebung der Löcher in den Flanschbereichen Aufdickungen für den Einsatz von Unterlegscheiben hergestellt werden können. Derartige Aufdickungen erhöhen die mechanische Belastbarkeit der Verschraubungen durch die höhere Materialstärke im Bereich der Krafteinleitung.

Es sind Versuche unternommen worden, die beschriebenen Aufdickungen durch ein Aushalsen des Aluminiumwerkstoffes im Bereich der Löcher mit anschließendem Rückdrücken der Aushalsung herzustellen. Diese Versuche haben jedoch nicht zu den gewünschten Ergebnissen geführt.

Aus der deutschen Patentschrift DE 841 436 C ist ein Verfahren zum Lochen von Blechen bekannt, bei welchem zwei Arbeitsschritte zum Lochen und Einbringen einer Verdickung in das Blech benötigt werden.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 25 36 611 A1 offenbart dagegen ein Verfahren zum spanlosen Lochen von Blechen mit Hilfe eines hitzebeständigen Dorns. Die Festigkeit der Aushalsung ist jedoch zu gering.

Ausgehend von dem zuvor beschriebenen Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstigeres und schnelleres Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Lochen von Blechformteilen aus einem Aluminiumwerkstoff zur Verfügung zu stellen, mit dem die mechanische Belastbarkeit von Löchern, insbesondere in den Flanschbereichen von Blechformteilen deutlich verbessert wird.

Bei einem Verfahren gemäß einer ersten Lehre der Erfindung ist die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe in Verbindung mit den merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Vorverformung und das Scherschneiden in einem Arbeitshub eines Werkzeugs erfolgt.

Die erste Lehre der Erfindung gewährleistet die Herstellung einer bereits an sich durch die größere Materialstärke erhöhten mechanischen Belastbarkeit im Bereich des Loches. Diese wird dadurch weiter erhöht, daß bei der Verdrängung des Aluminiumwerkstoffes aus dem Lochbereich in die Matrize eine Kaltverfestigung stattfindet.

Mit dem Verfahren gemäß der ersten Lehre der Erfindung lassen sich Aufdickungen mit einem an den Einsatz von Unterlegscheiben angepaßten Durchmesser von etwa dem 1,8-fachen des Lochdurchmessers herstellen, die etwa 35-40% der Materialstärke des nicht gelochten Blechformteiles bei einer erhöhten Festigkeit durch Kaltverfestigung von etwa 25-30% aufweisen.

Aus fertigungstechnischen Gründen und aus Gründen der mechanischen Belastbarkeit ist es von Vorteil, daß das nach der Vorverformung im Lachbereich verbleibende Material durch Scherschneiden entfernt wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht im Gegensatz zu dem Aushalsen mit anschließenden Entgraten die Fertigstellung des Loches in einem Arbeitsschritt und stellt zum anderen sicher, daß das Loch saubere Schnittkanten aufweist, die einer Rißbildung entgegenwirken.

Gemäß einer zweiten Lehre betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Lochen von Blechformteilen aus Aluminiumwerkstoffen, insbesondere zur Verwirklichung eines Verfahrens nach der ersten Lehre der Erfindung. Für eine derartige Vorrichtung ist die oben hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe in Verbindung mit den merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 2 dadurch gelöst, daß der Stempel zur Verdrängung des Materials als Schneidstempel ausgebildet ist und dass die Matrize im Lochbereich einen mit einer Rückzugsmechanik verbundenen, verschiebbaren Abschlusstempel aufweist, durch den nach der Verdrängung des Materials aus dem Lochbereich in die Matrize Schneidkanten der Matrize freigebbar sind.

Eine derartige Vorrichtung gemäß der zweiten Lehre der Erfindung ermöglicht die Herstellung eines Loches in den Flanschbereichen von Blechformteilen aus Aluminiumwerkstoffen in einem Arbeitshub, wobei die Blechformteile zwischen dem Niederhalter und der Matrize eingespannt sind und der Stempel das überschüssige Material im Lochbereich in die Form der Aufdickung vorgebende Matrize verdrängt. Diese Vorrichtung ermöglicht somit die Herstellung von Löchern in Blechformteilen, die, wie bereits im Hinblick auf die erste Lehre der Erfindung ausgeführt worden ist, eine deutlich höhere mechanische Belastbarkeit der Verschraubungspunkte zwischen den Blechformteilen mit einer Gesamtkonstruktion gewährleisten.

Dadurch, daß in der Vorrichtung zusätzlich ein Schneidstempel und eine Schneidplatte vorgesehen ist, läßt sich mit einer derart ausgestalteten Vorrichtung das im Lochbereich nach der Vorverformung angrenzend zur Matrize stehengebliebene Material durch Scherschneiden entfernen, wodurch die bereits oben angesprochenen Vorteile verwirklicht sind.

Eine Vereinfachung der Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der zweiten Lehre der Erfindung wird dadurch erreicht, daß der Stempel zur Verdrängung des Materials als Schneidstempel ausgebildet ist, so daß dieser nach der Verdrängung des Materials in die Matrize zusammen mit einer Schneidplatte die Vollendung der Lochung durch Scherschneiden ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist gemäß der zweiten Lehre der Erfindung die Matrize im Lochbereich einen mit einer Rückzugmechanik verbundenen, verschiebbaren Abschlußstempel auf. Die Rückzugsmechanik sorgt nach Abschluß der Verdrängung des Aluminiumwerkstoffes in die Matrize durch die Öffnung der Matrize im Lochbereich dafür, daß der Stempel zur Verdrängung des Materials mit dem verbleibenden Teil der Matrize als Schneidstempel und Schneidplatte zusammenwirken.

Ist der verschiebbare Abschlußstempel darüber hinaus noch mit einer Auswurfmechanik verbunden, so ist gewährleistet, daß mit Hilfe des verschiebbaren Abschlußstempels nach dem Scherschneiden des Bodens ein Auswerfen der Lochbutze erfolgt.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Lochen von Blechformteilen aus Aluminiumwerkstoffen auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird beispielsweise verwiesen auf die Beschreibung von erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
1 schematisch den Aufbau einer Vorrichtung aus dem Stand der Technik,
2 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und
3 im Schnitt den Flanschbereich eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gelochten Blechformteils.
Die in 1 schematisch dargestellte, aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zum Lochen von Blechteilen weist einen Niederhalter 1 und eine Matrize 2 zur Fixierung eines Blechformteiles 3 auf. Die Matrize 2 wiederum weist eine Ausnehmung 4 auf, in die das Material des Blechformteiles von einem Stempel 5 aus dem Lochbereich 6 verdrängt wird und nach dieser Verdrängung die Aufdickung 7 bildet.
Bei der Verdrängung fließt der Aluminiumwerkstoff aus dem Lochbereich 6 in die Umgebung des Umfangs des Lochbereiches 6 wodurch sich die Aufdickung 7 mit relativ gleichmäßiger, kaltverfestigter Materialstruktur bildet.
Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Lochen von Blechformteilen aus Aluminiumwerkstoffen weist einen Werkzeugrahmen 8 auf, an dem ein Niederhalter 9, eine Matrize 10 und ein Stempel 11 angeordnet sind.
2 zeigt das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in geöffnetem Zustand mit auf die Matrize 10 aufgelegtem Blechformteil 12.
Die Matrize 10 weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel im Lochbereich einen mit einer im einzelnen nicht dargestellten Rückzugsmechanik und einer ebenfalls im einzelnen nicht dargestellten Auswurfmechanik verbundenen, verschiebbaren Abschlußstempel 13 auf.
Der verschiebbare Abschlußstempel 13 ermöglicht die Verdrängung des Aluminiumwerkstoffes aus dem Lochbereich durch den Stempel und das anschließende Scherschneiden des stehengebliebenen Restes des Materials im Lochbereich zwischen dem Stempel 11 und dem Grundkörper 14 der Matrize 10 in einem Arbeitszug des Stempels 11. Hierzu wird der verschiebbare Abschlußstempel 13 nach der Verdrängung des Materials aus dem Lochbereich in die Aufdickung relativ zum Grundkörper 14 der Matrize 10 zurückgezogen, so daß die Schneidkante 15 des Grundkörpers 14 der Matrize 10 freigegeben wird. Anschließend sorgt die nicht dargestellte Auswurfmechanik dafür, daß der verschiebbare Abschlußstempel 13 nach oben aus dem Grundkörper 14 der Matrize 10 verschoben wird, so daß die Lochbutze ausgeworfen wird.
Der in 3 dargestellte Schnitt durch ein erfindungsgemäß hergestelltes Loch im Flanschbereich eines Blechformteils 3 zeigt die Aufdickung 7 entlang des Umfangs des Loches. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung gewährleisten eine Aufdickung 7 mit homogener Materialstruktur und teilweiser Kaltverfestigung bei gleichzeitig sauberen Lochrändern. Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich also insbesondere sowohl für nichtaushärtbare A1-Blechlegierungen, da diese regelmäßig im weichen Zustand umgeformt werden und somit im Flanschbereich oft für eine mechanisch hinreichend belastbare Verschraubung zu weich sind, als auch für aushärtbare Blechwerkstoffe, die im T4-Zustand (kaltausgehärtet) verformt oder eingesetzt werden.

Claims

Verfahren zum Lochen von Blechformteilen aus einem Aluminiumwerkstoff, bei welchem in den Flanschbereichen Löcher hergestellt werden, entlang des Lochumfanges eine Aufdickung durch eine Vorverformung hergestellt wird, das Blechformteil beim Vorverformen zwischen einem Niederhalter und einer Matrize gehalten wird, bei der Vorverformung durch einen Stempel das Material aus dem Lochbereich in die Matrize verdrängt wird und das nach der Verformung im Lochbereich verbliebene Material durch Scherschneiden entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung und das Scherschneiden in einem Arbeitshub erfolgt.
Vorrichtung zum Lochen von Blechformteilen aus Aluminiumwerkstoffen, insbesondere zur Verwirklichung eines Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Niederhalter (9), einer Matrize (10) und einem Stempel (11) zur Verdrängung des Materials aus dem Lochbereich (6) in die Matrize (10), dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (11) zur Verdrängung des Materials als Schneidstempel ausgebildet ist und dass die Matrize (10) im Lochbereich einen mit einer Rückzugsmechanik verbundenen, verschiebbaren Abschlussstempel (13) aufweist, durch den nach der Verdrängung des Materials aus dem Lochbereich in die Matrize (10) Schneidkanten (15) der Matrize (10) freigebbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verschiebbare Abschlußstempel (13) mit einer Auswurfmechanik verbunden ist.