DE10359070A1

DE10359070A1 - Innenhochdruckumformwerkzeug

Info

Publication number: DE10359070A1
Application number: DE2003159070
Authority: DE
Inventors: Thomas Kautz; Konrad Koark; Günter Sendrowski
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-07-14

Abstract

Innenhochdruckumformwerkzeug mit mindestens zwei Werkzeugteilen, zwischen die ein Bauteilrohling einbringbar ist, einem Anschluss für Druckmedium zur Druckbeaufschlagung und zur Umformung des Bauteilrohlings in ein Innenhochdruckumformbauteil und einem Stanzwerkzeug zum Stanzen eines Lochs in eine Wandung des Innenhochdruckumformbauteils. Eine Stirnseite des Stanzwerkzeugs wird von außen her an das Innenhochdruckumformbauteil angesetzt und die Wandung wird entgegen dem durch das Druckmedium erzeugten Innendruck durchstanzt, derart, dass ein beim Stanzen entstehender Stanzbutzen zur Innenseite des Innenhochdruckumformbauteils hin umgebogen wird und am Innenhochdruckumformbauteil verbleibt. An der Stirnseite des Stanzwerkzeugs ist eine Ausnehmung vorgesehen. Sobald die Wandung an einer ersten Stelle angestanzt ist, dringt Druckmedium aus dem Innern des Innenhochdruckumformbauteils in einen Bereich ein, der durch die Ausnehmung des Stanzwerkzeugs und den Stanzbutzen gebildet ist. Dadurch wird die von innen vom Druckmedium auf den Stanzbutzen ausgeübte Druckkraft zumindest teilweise von der von außen vom Druckmedium auf den Stanzbutzen ausgeübten Druckkraft aufgehoben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Innenhochdruckumformwerkzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE 197 19 426 A1 ist ein Innenhochdruckumformwerkzeug bekannt, in das "Zusatzwerkzeuge", z.B. Stanzwerkzeuge, integriert sind. Bei einem Ausführungsbeispiel sind in eine Werkzeughälfte des Innenhochdruckumformwerkzeugs mehrere axial verschiebliche Stanzwerkzeuge integriert. Mit den Stanzwerkzeugen können Löcher wahlweise "nach innen" oder "nach außen" gestanzt werden sowie wahlweise mit oder ohne am Bauteil verbleibenden Stanzbutzen. Beim Stanzen "mit am Bauteil verbleibenden Stanzbutzen" ist das Stanzwerkzeug an einer Stelle der Stanzkante stumpf ausgebildet. Mit diesem Bereich des Stanzwerkzeugs wird der auszustanzende Butzen nach innen umgebogen und verbleibt am herzustellenden Bauteil.

Ähnliche Innenhochdruckumformwerkzeuge sind aus der DE 101 62 392 A1 , DE 101 62 393 A1 und DE 101 62 394 A1 bekannt.

Stanzwerkzeuge können an ihrer Stirnseite glatt oder leicht schräg sein. Üblicherweise ist ein Teilumfang der Stirnseite des Stanzwerkzeugs scharfkantig ausgebildet. Ein anderer Teilbereich des Umfangs ist abgeschrägt oder abgerundet. Dieser Teil soll den Stanzbutzen umbiegen. Beim Stanzen von Löchern gegen ein mit Innenhochdruck beaufschlagtes Medium sollen die Stanzbutzen nämlich möglichst nicht vom Bauteil abgetrennt werden, sondern nur nach innen umgebogen werden. Insbesondere bei komplexeren Hohlteilen ist es häufig nur schwer möglich, ausgestanzte Stanzbutzen, die in das Bauteil hineingefallen sind, wieder aus dem Bauteilinneren zu entfernen.

Insbesondere bei dünnwandigen Materialien besteht die Gefahr, dass der Stanzbutzen beim Stanzen abreißt und in das Bauteil hineinfällt. Bei der Innenhochdruckumformung wird nämlich das Bauteilinnere mit einem unter hohen Druck stehenden Medium beaufschlagt. Das Stanzwerkzeug drückt von außen her gegen die Bauteilwandung. Dem Druck des Stanzwerkzeugs wirkt von innen her der über das Druckmedium aufgebrachte Druck entgegen. Das Druckmedium drückt den Stanzbutzen fest gegen die Stirnseite des Stanzwerkzeugs und verhindert bzw. erschwert ein nach innen Umbiegen des Stanzbutzens. Beim weiteren Eintauchen des Stanzwerkzeugs besteht daher die Gefahr, dass der Stanzbutzen abreißt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Innenhochdruckumformwerkzeug mit einem Stanzwerkzeug zu schaffen, wobei der Stanzbutzen zuverlässig am herzustellenden Bauteil verbleibt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung geht von einem Innenhochdruckumformwerkzeug aus, das mindestens zwei Werkzeugteile aufweist, zwischen die ein Bauteilrohling eingebracht werden kann. Ferner ist ein Anschluss für Druckmedium vorgesehen, durch das der Bauteilrohling von innen her mit Druck beaufschlagt und dadurch in ein „Innenhochdruckumformbauteil" umgeformt wird. Das Innenhochdruckumformwerkzeug weist zusätzlich ein Stanzwerkzeug auf, mit dem ein Loch in die Wandung des unter Innenhochdruck stehenden Innenhochdruckumformbauteils gestanzt werden kann. Hierzu wird das Stanzwerkzeug mit seiner Stirnseite von außen her an das Innenhochdruckumformbauteil angesetzt. Anschließend wird auf das Stanzwerkzeug eine hinreichend hohe Stanzkraft aufgebracht, so dass die Wandung entgegen dem durch das Druckmedium erzeugten Innendruck durchstanzt werden kann.

Der Kern der Erfindung besteht in der Gestaltung der Stirnseite des Stanzwerkzeugs. Gemäß der Erfindung ist an der Stirnseite des Stanzwerkzeugs eine „Ausnehmung" vorgesehen. Sobald die Wandung des Innenhochdruckumformbauteils an einer Stelle durchstanzt ist, tritt Druckmedium aus dem Inneren des Innenhochdruckumformbauteils durch die „durchstanzte Stelle" aus und strömt in die Ausnehmung, oder anders ausgedrückt, in einen Bereich, der durch die an der Stirnseite des Stanzwerkzeugs vorgesehene Ausnehmung und die Außenseite der Wandung des Innenhochdruckumformbauteils gebildet ist. Somit strömt bereits beim ersten "Anschneiden" des Stanzbutzens Druckmedium zwischen die "Stempelstirnseite" und den Stanzbutzen. Durch das in den Bereich der Ausnehmung eindringende Druckmedium entsteht ein Gegendruck, der im Bereich des auszustanzenden Lochs bzw. im Bereich des Stanzbutzens von außen her gegen den Stanzbutzen drückt. Die durch den Gegendruck von außen her auf den Stanzbutzen ausgeübte Kraft hebt sich somit teilweise oder ganz mit der durch den Innendruck von innen her auf den Stanzbutzen ausgeübten Kraft auf. Im Vergleich zum Stand der Technik kann der Stanzbutzen somit mit einer deutlich geringeren Stanzkraft nach innen umgebogen werden. Ein ganz wesentlicher Vorteil besteht darin, dass aufgrund der zumindest teilweisen „Druck- bzw. Kraftkompensation" die Gefahr, dass der Stanzbutzen abreißt, deutlich verringert wird.

Die an der Stirnseite vorgesehene Ausnehmung kann rund, eckig oder der Kontur des Stanzwerkzeugs folgend ausgebildet sein. Alternativ dazu kann die Stirnseite des Stanzwerkzeugs auch gerastert, geriffelt, wellenförmig oder in anderer Weise ausgebildet sein. Wichtig ist vor allem, dass beim „Anstanzen" Druckmedium in die „Ausnehmung" eintreten kann.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das freie Ende des Stanzwerkzeugs durch einen zapfenartigen "Vorstanzabschnitt" gebildet. Der Vorstanzabschnitt weist einen geringeren Querschnitt auf als der sich daran anschließende "Durchstanzabschnitt des Stanzwerkzeugs.

Der Vorstanzabschnitt ist auf einem Teilumfang scharfkantig ausgebildet. Der scharfkantige Umfangsabschnitt des Vorstanzabschnitts ist zum Anschneiden bzw. Durchtrennen der Wandung des Innenhochdruckumformbauteils vorgesehen. Der Vorstanzabschnitt weist ferner einen zweiten Umfangsabschnitt auf, der nicht scharfkantig ist, sondern abgeschrägt bzw. gerundet ist. Dieser Umfangsabschnitt ist zum Umbiegen des ausgestanzten Stanzbutzens vorgesehen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die an der Stirnseite des Vorstanzabschnitts vorgesehene Ausnehmung zumindest „an einer Stelle" zum Umfang hin offen. Dadurch wird sichergestellt, dass beim ersten Anschneiden bzw. Anstanzen des Stanzbutzens Druckmedium von der Seite her in die Ausnehmung eindringen kann.

Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

1 – 4 einzelne Phasen des Stanzens eines Lochs;

4 – 7 erläutern die Gefahr des Abreißens des Stanzbutzens;

8 ein herkömmliches Stanzwerkzeug; und

9 ein Stanzwerkzeug gemäß der Erfindung.

Bei der Innenhochdruckumformung eines Bauteilrohlings wird der Bauteilrohling zunächst in ein Innenhochdruckumformwerkzeug eingelegt, anschließend wird ein Innendruck p aufgebracht und das Bauteil wird verformt. Bei manchen Bauteilen ist es erforderlich, die Bauteilwandung 1 zu stanzen.
Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, hierzu ein Stanzwerkzeug 2 zu verwenden. Das freie Ende des Stanzwerkzeugs 2 ist durch einen zapfenartigen Vorstanzabschnitt 3 gebildet, der einen geringeren Querschnitt aufweist als der sich daran anschließende Durchstanzabschnitt 4. Ein Teilbereich 5 des Vorstanzabschnitts 3 ist abgerundet. Ein anderer Umfangsabschnitt 5 des Vorstanzabschnitts 3 ist scharfkantig ausgebildet. Der scharfkantige Bereich des Vorstanzabschnitts dient, wie in 2 dargestellt, zum Ausstanzen bzw. Ausschneiden eines Stanzbutzens 7. Nach dem Anschneiden des Stanzbutzens 7 wird, wie in 3 dargestellt, der Stanzbutzen durch die Weiterbewegung des Stanzwerkzeugs 2 umgebogen. Die Bewegung des Stanzwerkzeugs 2 erfolgt entgegen dem durch Pfeile angedeuteten Innendruck p, der durch ein in das Bauteilinnere eingebrachtes druckbeaufschlagtes Druckmedium entsteht.
Wie in 4 dargestellt, wird das Stanzwerkzeug 2 weiter vorgeschoben. Ab einem gewissen Vorschub setzt der Durchstanzabschnitt 4 auf der Wandung 1 des Bauteils auf, was dazu führt, dass der Stanzbutzen 7 umgebogen wird.
Die 1 – 4 zeigen den Idealverlauf eines Stanzvorgangs. Mit dem in den 1 – 4 sowie 5 – 7 und 8 dargestellten herkömmlichen Stanzwerkzeug lässt sich ein derartiger idealer Stanzverlauf jedoch nicht immer erreichen. Beim Stanzen eines unter Innenhochdruck stehenden Bauteils besteht nämlich die Gefahr, dass der Vorstanzabschnitt 3 den Stanzbutzen 7 nicht, wie in den 1 – 4 dargestellt, sauber umbiegt. Vielmehr besteht die Gefahr, dass aufgrund des Innendrucks p (vgl. 6) der Stanzbutzen gegen die Stirnseite des Stanzwerkzeugs 2 gepresst wird. Durch weiteren Vorschub des Stanzwerkzeugs wird der Stanzbutzen in einem Bereich 8 bis an seine Streckgrenze gedehnt und reißt schließlich ab, was in 7 dargestellt ist. Dies ist unerwünscht, insbesondere dann, wenn es sich bei dem Bauteil um ein Bauteil handelt, aus dem der Stanzbutzen nicht oder nur schwer entfernbar ist.
9 zeigt ein Stanzwerkzeug 2, mit dem die oben beschriebenen Probleme vermieden werden können. Das in 9 dargestellte Stanzwerkzeug weist an der Stirnseite 9 des Vorstanzabschnitts 3 eine Ausnehmung 10 auf. Wie aus der Stirnansicht B der 9 ersichtlich ist, ist die Ausnehmung 10 ovalförmig. Die Ausnehmung 10 ist in einem Bereich 11 zum Umfang des Vorstanzabschnitts 3 hin offen.
Aufgrund der "seitlichen Öffnung 11" tritt unmittelbar nach dem "Anschneiden" des Stanzbutzens (vgl. 2, 6) Druckmedium in die Ausnehmung 10 ein. Der Stanzbutzen 7 wird also von der Innenseite des Innenhochdruckumformbauteils her und teilweise auch von der Außenseite, d.h. im Bereich der Ausnehmung 10, mit Druck beaufschlagt. Somit heben sich der Innendruck und der auf den Stanzbutzen wirkende Außendruck zumindest teilweise auf. Der Stanzbutzen 7 wird also weit weniger stark gegen die Stirnseite 9 des Vorstanzabschnitts des Stanzwerkzeugs 2 gepresst. Der Stanzbutzen 7 wird somit zuverlässig umgebogen. Die Gefahr, dass der Stanzbutzen 7 abreißt, wird nahezu nahezu vollständig ausgeschaltet.

Claims

Innenhochdruckumformwerkzeug mit mindestens zwei Werkzeugteilen, zwischen die ein Bauteilrohling einbringbar ist, einem Anschluss für Druckmedium zur Druckbeaufschlagung und zur Umformung des Bauteilrohlings in ein Innenhochdruckumformbauteil und einem Stanzwerkzeug (2) zum Stanzen eines Lochs in eine Wandung (1) des Innenhochdruckumformbauteils, wobei eine Stirnseite (9) des Stanzwerkzeugs (2) von außen her an das Innenhochdruckumformbauteil angesetzt wird und die Wandung (1) entgegen dem durch das Druckmedium erzeugten Innendruck (p) durchstanzt, derart, dass ein beim Stanzen entstehender Stanzbutzen (7) zur Innenseite des Innenhochdruckumformbauteils hin umgebogen wird und am Innenhochdruckumformbauteil verbleibt, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite (9) des Stanzwerkzeugs (2) eine Ausnehmung (10) vorgesehen ist, wobei, sobald die Wandung (1) an einer ersten Stelle angestanztstanzt ist, Druckmedium aus dem Innern des Innenhochdruckumformbauteils in einen Bereich eindringt, der durch die Ausnehmung (10) des Stanzwerkzeugs (2) und den Stanzbutzen gebildet ist, und dadurch die von innen vom Druckmedium auf den Stanzbutzen ausgeübte Druckkraft zumindest teilweise von der von außen vom Druckmedium auf den Stanzbutzen ausgeübten Druckkraft aufgehoben wird.
Innenhochdruckumformwerkzeug nach Anspruch 1, wobei das freie Ende (9) des Stanzwerkzeugs (2) durch einen zapfenartigen Vorstanzabschnitt (3) gebildet ist, der einen geringeren Querschnitt aufweist als ein sich daran anschließender Durchstanzabschnitt (4) des Stanzwerkzeugs (2).
Innenhochdruckumformwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ausnehmung (10) an der Stirnseite (9) des Vorstanzabschnitts (3) vorgesehen ist.
Innenhochdruckumformwerkzeug nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Ausnehmung (10) zumindest an einer Stelle (11) zum Umfang des Vorstanzabschnitts hin offen ist.
Innenhochdruckumformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Stirnseite (9) des Stanzwerkzeugs (2) uneben ist.
Innenhochdruckumformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Stirnseite (9) des Stanzwerkzeugs (2) gewellt oder geriffelt ist.
Innenhochdruckumformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Vorstanzabschnitt (3) einen scharfkantigen Umfangsabschnitt (6) aufweist, der zum Durchtrennen der Wandung (1) vorgesehen ist.
Innenhochdruckumformwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Vorstanzabschnitt (3) einen zweiten Umfangsabschnitt (5) aufweist, der abgeschrägt bzw. gerundet ist und der zum Umbiegen des beim Stanzen entstehenden Stanzbutzens vorgesehen ist.