DE10056610A1 - Vorrichtung zur Innenhochdruck-Umformung von Hohlkörpern - Google Patents

Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Innenhochdruck-Umformung von Hohlkörpern, umfassend ein mindestens zweiteiliges Werkzeug und diesem an beiden Seiten zugeordnete Axialzylinder, die mit Dichtstempeln die Enden des in den Konturraum des Werkzeugs eingelegten Hohlkörpers verschließen, wobei zumindest ein Dichtstempel eine an eine Druckmittelquelle angeschlossene Hochdruckbohrung aufweist, ist der Dichtstempel mit einem von vorne lösbaren Dichtkopf versehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Innenhochdruck-Umformung von Hohl­ körpern, umfassend ein mindestens zweiteiliges Werkzeug und diesem an beiden Seiten zugeordnete Axialzylinder, die mit Dichtstempeln die Enden des in den Konturraum des Werkzeugs eingelegten Hohlkörpers verschließen, wobei zumin­ dest ein Dichtstempel eine an eine Druckmittelquelle angeschlossene Hochdruck­ bohrung aufweist.

Das Innenhochdruck-Umformen ist im Stand der Technik bekannt und in der ein­ schlägigen Literatur beschrieben (vgl. DE-Z "Werkstattechnik 79 (1989)", VDI- Fortschrittsberichte, Reihe 2, Nr. 142, VDI-Verlag 1987). Es wird vorzugsweise zum Herstellen unterschiedlich geformter Hohlkörper aus einem Halbzeug, bei­ spielsweise ein rohrförmiges Werkstück, angewendet. Wie bekannt, wird dabei ein Rohrabschnitt, z. B. aus Stahl oder Kupfer, in ein mehrteiliges Innenhochdruck- Umformwerkzeug ohne feste Innenmatrize mit von Axialzylindern betätigten Dicht­ stempeln bzw. Umformstößeln eingelegt. Nach dem Verschließen der Enden des Rohrabschnitts durch die Dichtstempel wird der Rohrabschnitt mit Hilfe eines ge­ eigneten Druckmittels mit hohem Innendruck beaufschlagt und unter gleichzeitiger Beaufschlagung mit axialem Druck (durch die Dichtstempel) auf die Rohrwandung umgeformt. Der Axialdruck und der Innendruck bewirken, daß sich der Rohrab­ schnitt an die die endgültige Form des Hohlkörpers aufweisende Innenkontur bzw. -wandung des Konturraums des Umformwerkzeugs anlegt. Beim Innenhochdruck- Umformen wird der Werkstoff in den plastischen Zustand versetzt, der während des gesamten Umformvorgangs unter Berücksichtigung von Werkstoffverfestigung und etwaiger Werkzeugkräfte aufrechterhalten wird.

Bei jedem neu umzuformenden Rohrabschnitt bzw. Hohlkörper kommt es zu einer Relativbewegung zwischen dem Dichtstempel und der Innenwandung des umzu­ formenden Werkstückes. Der damit unvermeidlich einhergehende Verschleiß an den Dichtstempeln erfordert den Austausch dieser Bauteile der Axialzylinder, was mit einem hohen Montageaufwand und dem Austausch des gesamten Stempels verbunden ist. Ein solcher Austausch der Dichtstempel ist auch dann notwendig, wenn bei einem Programmwechsel Hohlkörper bzw. Rohrabschnitte mit gegen­ über dem vorhergehenden Programm abweichender Rohrdicke oder unterschied­ lichen Durchmessern umgeformt werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der ein­ gangs genannten Art eine variablere Betriebsweise der Axialzylinder zu ermögli­ chen, insbesondere die Bauweise des Dichtstempels zu verbessern.

Diese Aufgabe wird in verblüffend einfacher Weise erfindungsgemäß dadurch ge­ löst, daß der Dichtstempel mit einem von vorne lösbaren Dichtkopf versehen ist. Damit läßt sich erreichen, daß bei Verschleiß oder einem Programmwechsel nicht mehr der gesamte Dichtstempel, sondern nur noch der einfach durch eine Hoch­ druck-Zylinderschraube befestigte Dichtkopf ausgetauscht zu werden braucht. Dies kann ohne Montage an dem Axialzylinder selbst aus dem vollen Werkzeug­ zustand und damit sehr schnell geschehen, denn nach dem Zurückziehen der Dichtstempel liegt deren lösbarer Dichtkopf von vorne ungehindert zugänglich frei, und dies unabhängig von der jeweiligen Bauweise des Werkzeugs.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, daß der Dichtkopf minde­ stens zweiteilig ist und aus einem voreilend angeordneten, mit einer Einlaufschrä­ ge ausgebildetem Einführstück sowie einer sich anschließenden Führungsaufnahme besteht. Die Konturgebung des zuerst in das Rohrende eingreifenden Ab­ schnitts des Dichtkopfes mit einem nach vorne hin abfallenden bzw. abnehmen­ den Verlauf wie aufgrund der Einlaufschräge, unterstützt das sichere Einfahren der Dichtstempel in die Rohrenden, und die weitere Führung übernimmt danach die Führungsaufnahme.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Einführstück und der Führungsaufnahme ein Anschlag angeordnet. Diese Bauteile bilden durch eine geeignete Verschraubung eine zusammenhängende Einheit.

Wenn in Weiterbildung der Erfindung der Anschlag eine Dichtkante bereitstellt, an die sich die Stirnkante des umzuformenden Werkstückes anlegt, stellt der An­ schlag das Verschleißteil der mehrteiligen Dichtkopf-Baueinheit dar, und auch nur dieses Verschleißteil braucht ausgetauscht zu werden.

Ein nur einziges und dazu ebenfalls deutlich kleineres Verschleißteil wird weiterhin auch dann erreicht, wenn vorteilhaft das Einführstück mit einer Dichtkante ausge­ bildet ist. Die konkrete Lage bzw. der Ort des Verlaufs der Dichtkante am Einführ­ stück kann dabei von der Optimierung der Zentrierung abhängig gemacht werden.

Es wird erfindungsgemäß weiterhin vorgeschlagen, daß das Einführstück und der Anschlag gehärtet sind und die Führungsaufnahme aus einem Material mit guten Zähigkeitseigenschaften und hoher Verschleißfestigkeit besteht. Diese gezielt un­ terschiedlichen Materialeigenschaften dienen zur Erhöhung der Standzeiten unter Berücksichtigung der an den einzelnen Bauteilen auftretenden Beanspruchungen. Als Material für die Führungsaufnahme eignet sich beispielsweise Bronze bzw. eine Bronzelegierung, z. B. Gz-CuAlBzNi oder AMPCO 25 bzw. andere damit ver­ gleichbar geeignete Werkstoffe. Dies bietet gute Gleiteigenschaften des Dicht­ stempels bzw. -kopfes in dem dem umzuformenden Werkstück vorgelagerten Einlaufkanal des Werkzeuges.

Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 ein Systembild eines IHU-Werkzeugesmit in den beiden Symmetriehälften dargestellten, voneinander verschiedenen Bauweisen;

Fig. 2 als Einzelheit in vergrößerter Darstellung einen Axialzylinder mit Dichtstem­ pel;

Fig. 3 im Längsschnitt eine Ausführung eines mehrteiligen Dichtkopfes;

Fig. 4 den Dichtkopf nach Fig. 3 von rechts gesehen; und

Fig. 5 als Teilansicht eine andere Ausführung eines Dichtkopfes, mit seiner Füh­ rungsaufnahme im Einlaufkanal des Werkzeugs aufliegend und in ein um­ zuformendes Werkstück eingreifend gezeigt.

Von einer als solche hinlänglich bekannten Innenhochdruckumform (IHU)- Maschine sind in Fig. 1 der Einfachheit halber in einer Zeichnung einmal links und einmal rechts mögliche unterschiedliche Bauweisen eines Werkzeugs 1a bzw. 1b dargestellt. Das Werkzeug 1a bzw. 1b besitzt eine jeweils mit einem Spannrand 2 versehene obere und untere Grundplatte 3 bzw. 4. In einem oberen und einem unteren Grundblock 5 bzw. 6 sind die Kontureinsätze 7 und endseitige Einlaufka­ näle 8 angeordnet. Auf den Einlaufkanälen 8 vorgelagerten Konsolen 9 sind Axialzylinder 10 befestigt, die mit auf einer Dichtstempelverlängerung bzw. einem Dichtstempel 11 angeordneten Dichtstempelköpfen 12 bestückt sind, die beim Be­ aufschlagen der Axialzylinden 10 in ein zur Umformung in den Werkzeughohlraum 13 eingelegtes, umzuformendes hohlkörperförmiges Werkstück 14 (vgl. Fig. 5) in den Einlaufkanälen 8 des Werkzeugs 1 gleitend eintauchen und von beiden Enden her dichtend verschließen.

Wie näher der Fig. 2 zu entnehmen ist, weisen die Axialzylinder 10 an ihren den Werkzeuggrundblöcken 5 bzw. 6 zugewandten Enden einen Adapter 15 mit daran angeschraubtem Klemmring 16 zur Aufnahme und Halterung der Dichtstempel­ verlängerung 11 auf. Auf diese Dichtstempel ist mit einer von vorne zugänglichen Hochdruck-Zylinderschraube 17 ein mehrteiliger Dichtkopf bzw. Dichtstempelkopf 12, 112 bzw. 212 (vgl. die Fig. 3 und 5) aufgeschraubt. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 greift der Dichtkopf bzw. Dichtstempel 12 mit einem der Verdrehsiche­ rung dienenden Absatz 18 in die Dichtstempelverlängerung 11 ein. Eine von dem Adapter 15 ausgehende, an eine nicht dargestellte Druckmittelquelle angeschlos­ sene Hochdruckbohrung 19 erstreckt sich durch die Dichtstempelverlängerung 11 sowie die Hochdruck-Zylinderschraube 17 und mündet in der Betriebsposition so­ mit im Innenraum des umzuformenden Werkstückes. Sowohl zwischen dem Ad­ apter 15 und dem Klemmring 16 als auch im Übergang von der Dichtstempelver­ längerung 11 zum Dichtkopf bzw. Dichtstempel 12 (bzw. 112 und 212) sind Dich­ tringe 20 angeordnet.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Ausführung eines mehrteiligen Dichtkopfes 112. Die­ ser setzt sich aus einem - in der Reihenfolge der axialen Bewegungsrichtung ge­ mäß Pfeil 21 bei Beaufschlagung des Axialzylinders 10 von vorne gesehen - Ein­ führstück 22, einem Anschlag 23 und einer Führungsaufnahme 24 zusammen. Diese Bauteile 22, 23 und 24 sind durch zwei Zylinderschrauben 25 zu einer Ein­ heit miteinander verbunden. Das Einführstück 22 ist mit einer Einlaufschräge 26 und einer sich dieser anschließenden, zum Anschlag 23 hin auslaufenden Einlauf­ kante 27 ausgebildet. Der Anschlag 23 ist mit einer Dichtkante 28 versehen, die in situ, d. h. bei in das offene Ende des umzuformenden Hohlkörpers eingefahrenem Stempel den Innenraum des Hohlkörpers dichtend verschließt. In der unteren Hälfte der Fig. 3 ist gestrichelt eine alternativ unmittelbar in dem Einführstück 22 vorgesehene Dichtkante 29 eingezeichnet. Der Außenmantel 30 der Führungsauf­ nahme 24 liegt beim Vorschieben der Dichtstempelanordnung der Innenwandung des Einlaufkanals 8 an (vgl. die Fig. 1 und 5) und gewährleistet die Führung des Dichtstempels; eine gesonderte Führungseinheit braucht nicht vorgesehen zu werden.

In der Fig. 5 ist für den Dichtstempel die Betriebsposition dargestellt, in der der Dichtkopf 212 so weit in den Innenraum des Werkstückes bzw. Hohlkörpers 14 eingedrungen ist, daß sich die Dichtkante 28 des Anschlags 23 den Innenhohl­ raum verschließend an die Stirnseite des Werkstückes 14 angelegt hat. Es ist dort weiterhin zu erkennen, daß der Außenmantel 30 der Führungsaufnahme 24 im Zusammenspiel mit dem Einlaufkanal 8 die Führung des Dichtkopfes 212 über­ nimmt und die Dichtstempelverlängerung 11 in einer Führungsbuchse 31 ange­ ordnet ist. Einhergehend mit der durch die Umformung aufgrund des über die Hochdruckbohrung 19 in den Innenhohlraum des Werkstückes 14 eingeleiteten Druckmediums sich verkürzenden Länge des Werkstückes 14 wird die Dichtstem­ pelanordnung in Pfeilrichtung 21 vorgeschoben.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Innenhochdruck-Umformung von Hohlkörpern, umfassend ein mindestens zweiteiliges Werkzeug und diesem an beiden Seiten zuge­ ordnete Axialzylinder, die mit Dichtstempeln die Enden des in den Kontur­ raum des Werkzeugs eingelegten Hohlkörpers verschließen, wobei zumin­ dest ein Dichtstempel eine an eine Druckmittelquelle angeschlossene Hochdruckbohrung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtstempel (11) mit einem von vorne lösbaren Dichtkopf (12; 112; 212) versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtkopf (112; 212) mindestens zweiteilig ist und aus einem vor­ eilend angeordneten, mit einer Einlaufschräge (26) ausgebildeten Einführ­ stück (22) sowie einer sich anschließenden Führungsaufnahme (24) be­ steht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen zwischen dem Einführstück (22) und der Führungsaufnahme (24) an­ geordneten Anschlag (23).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (23) eine Dichtkante (28) bereitstellt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einführstück (22) mit einer Dichtkante (29) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Einführstück (22) und der Anschlag (23) gehärtet sind und die Füh­ rungsaufnahme (24) aus einem Material mit guten Zähigkeitseigenschaften und hoher Verschleißfestigkeit besteht.