DE19833006A1

DE19833006A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung rohrförmiger gebogener Hohlkörper durch Innenhochdruckumformen

Info

Publication number: DE19833006A1
Application number: DE19833006A
Authority: DE
Inventors: Bernd Schulze
Original assignee: Dr Meleghy Hydroforming GmbH and Co KG; Meleghy Hydroforming GmbH and Co KG
Current assignee: DR. MELEGHY HYDROFORMING GMBH & CO. KG, 09125 CHEM
Priority date: 1998-07-22
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 2000-02-03
Anticipated expiration: 2018-07-23
Also published as: DE19833006B4

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung rohrförmiger gebogener Hohlkörper durch Innenhochdruckumformen, unter Anwendung eines mit wenigstens zwei ein Innenhochdruck-Umformwerkzeug (2) bildenden Werkzeugteilen (4, 10), dessen Gravur die Endform des Hohlkörpers bestimmt, wobei durch Schließen der beiden Werkzeugteile (4, 10) das Biegen des mittigen Bereichs des rohrförmigen Ausgangswerkstückes und nach dem Schließen beider Werkzeugteile (4, 10) das Innenhochdruckumformen des Hohlkörpers (14) erfolgt. Aufgabengemäß wird der Hohlkörper (14) zumindest beim Biegen an seinen Endbereichen durch Formzwang derart gespannt, daß während des Biegens axiale Zugkräfte im Hohlkörper (14) durch einen Hohlzug oder Stopfenzug erzeugt werden, die dessen Knicken während des Biegens verhindern. Dazu wirken auf die Endbereiche des Hohlkörpers (14) radial angreifende Stempel (24), mit welchen die Endbereiche des Hohlkörpers endkonturnah umgeformt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen eines Hohlkörpers, bei dem dieser in seinem mittleren Bereich achsnormalen ersten Kräften eines von außen her formenden Stempels und/oder eines von innen her formenden und/oder den Stempel abstützenden Druckmediums und von seinen Enden her axialen zweiten Kräften wenigstens eines abdichtenden und/oder Material nachführenden Stößels ausgesetzt wird, insbesondere zum Biegen und/oder Innenhochdruck-Umformen.

Sie betrifft auch eine Vorrichtung zum Biegen und/oder Innenhochdruck-Umformen eines Hohlkörpers mit wenigstens zwei ein Innenhochdruck-Umformwerkzeug bildenden Werkzeug teilen, die mit ihren Gravuren die gewünschte Biegekontur und/oder Endkontur des Hohlkörpers bestimmen und zum Beschicken und/oder Biegen relativ zueinander bewegbar sind, und zwei Axialstempeln, die an ihren freien Enden Dichtflächen aufweisen und zum Abdichten der Enden des Hohlkörpers und/oder zum Nachführen von Material in die Biege- bzw. Umformzone relativ zueinander bewegbar sind, wobei wenigstens einer über einen Kanal verfügt, durch den hindurch der Hohlkörper mit einem Druck eines Druckmediums beaufschlagbar ist, mit dem das Biegen unterstützbar und/oder das Innenhochdruck-Umformen durchführbar ist.

Der Innendruck bewirkt beim Biegen, daß diejenigen Materialeigenschaften erhalten bleiben, die für ein nachfolgendes Innenhochdruck-Umformen (IHU) erforderlich sind, und beim Innenhochdruck-Umformen das Aufweiten des Hohlkörpers an die Gravur. Die durch die Axialstößel erzeugten axialen Druckkräfte bewirken das Abdichten des Hohlkörpers und das Nachfließen des Materials in die Biege- und/oder Umformzone. Sind Innendruck und axiale Druckkräfte untereinander bzw. in Einzel- oder Gesamtkombination mit der durch Stempel oder Werkzeughälfte erzeugten Biegekraft nicht ausreichend aufeinander abgestimmt, können beim Biegen Berstungen, Quetschungen und Knickungen und beim Innenhochdruck-Umformen Falten und Risse auftreten.

Eine bekannte Vorrichtung zum Herstellen von abgewinkelten Hohlteilen durch Innenhochdruckumformen (DE 44 28 564 C2) weist ein aus einer vertikal bewegbaren oberen Werkzeughälfte und einer feststehenden unteren Werkzeug hälfte bestehendes IHU-Werkzeug auf, dessen Gravur sowohl die Biegekontur als auch die Endkontur des gebogenen Hohlkörpers bestimmt. In der Biegeebene sind beidseitig des Werkzeuges Stößel angeordnet, die um quer zur Biegeebene verlaufende horizontale Schwenkachsen lagern, längs der Biegeebene verschiebbar sind und Kanäle aufweisen, durch die hindurch Druckmedium führbar ist.

Zum Biegen und zum Innenhochdruckumformen wird der gerade Rohling auf die Stößel gesteckt, über die Stößel mit Druckmedium gefüllt, durch Absenken der oberen Werkzeughälfte gebogen und nach dem Schließen des Werkzeugs durch Erhöhung des Innendrücks bis an die Gravur des Werkzeuges aufgeweitet, wobei im mittleren Bereich des Hohlkörpers ein T-Stück erzeugt wird. Die schwenkbaren und verschiebbaren Stößel folgen dabei immer den Enden des Hohlkörpers, ohne selbst wesentliche Kräfte in diesen einzuleiten. Um beim Biegen Berstungen, Quetschungen und unkontrollierte Knickungen und beim Innenhochdruck-Umformen Falten und Risse zu vermeiden, stehen beim Biegen die abgestimmte Steuerung des Innendrucks und der Biegekraft und beim Innenhochdruck-Umformen die abgestimmte Steuerung des Innendrucks und der axialen Druckkräfte zur Verfügung. Allen bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist gemeinsam, daß die Endbereiche der Hohlkörper von Verformungen ausgespart bleiben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 9 zu schaffen, die das Formverhalten verbessern und die formbaren Bereiche materialsparend erweitern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst, deren Unteransprüche die Erfindung weiter ausbilden.

Dabei werden erfindungsgemäß die Endbereiche des Hohlkörpers zumindest in einigen Bereichen im Querschnitt verändert und durch Formschluß von Werkzeugelementen mit den Querschnittsveränderten Bereichen wird der Werkstoffluß beim Biegen und/oder beim Umformen des Hohlkörpers beeinflußt. Die Endbereiche des Hohlkörpers werden somit derart festgehalten, daß sich am Hohlkörper eine Zugkraft aufbaut, die beim Biegen das Knicken des Hohlkörpers verhindert, und zum anderen die Endbereiche Formen erhalten, die bisher nur in den weiter innen liegenden Bereichen des Hohlkörpers erzeugbar waren, so daß es bei Bauteilen, die auch an ihren Enden ausgeformt sein müssen, nicht mehr notwendig ist, den Rohling zunächst länger zu wählen und nach dem Biegen und/oder Innenhochdruck-Umformen die nicht umformbaren Bereiche abzutrennen. Somit erfolgt eine endformnahe Fertigung.

Um beim Biegen und/oder Innenhochdruck-Umformen das Nachfließen des Materials in die Biege- und/oder Umformzone zu ermöglichen, werden die durch den Formschluß erzeugten Kräfte entsprechend ausgelegt. Der Formschluß wird durch zweite Stempel erzeugt, welche die gewünschte Außenkontur der Endbereiche des Hohlkörpers bestimmen. Sie können gegen in die Endbereiche des Hohlkörpers eingeführte Stopfen gerichtet sein, die die gewünschte Innenkontur der Endbereiche des Hohlkörpers bestimmen und zusätzlich den Werkstoffluß begrenzen und die Zugspannungen erhöhen.

Die Erfindung wird nachfolgen anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine geöffnete Vorrichtung sowie einen ersten Axialstößel mit zugehörigem formenden Dorn und

Fig. 2 eine geschlossene Vorrichtung sowie einen zweiten Axialstößel mit zugehörigem formenden Stopfen,

Fig. 3a Querschnitt Endbereiches des Hohlprofiles mit eingeführtem Stopfen,

Fig. 3b Querschnitt durch den mit dem Druckstempel umgeformten Endbereich.

Das Innenhochdruck-Umformwerkzeug 2 weist ein feststehendes unteres Werkzeugteil 4 mit einer konkaven Biegegravur 6, in die nicht dargestellt Endgravurelemente eingelassen sind, und ein auf nicht dargestellte Weise vertikal bewegbares oberes Werkzeugteil 10 mit einer zur konkaven Biegegravur 6 konkave Biegegravur 12 auf. Zwischen beiden Werkzeugteilen 4 und 10 ist ein gerades Hohlprofil 14 aufgenommen. An den Enden des Hohlprofils 14 greifen in axialer Richtung axial verschiebbare und mit Druckmittelkanälen 16 sowie mit konischen Dichtflächen 18 versehene Stößel 20 und in radialer Richtung radial verschiebbare und mit Gravuren 22 versehene Druckstempel 24 an. In die Enden des Hohlprofils 14 reichen mit Druckmittelkanälen 26 sowie mit Gravuren 28 versehene Stopfen 30 hinein, die an den freien Enden der Stößel 20 mit geringeren Durchmesser als diese ausgebildet sind. Die miteinander verbundenen Druckmittelzuführungen 16 und 26 leiten Druckmedium, welches in einer nicht dargestellten Druckquelle bereitgestellt und unter Druck setzbar ist, in das Hohlprofil 14 hinein. Die Druckstempel 24 sind in der oberen Werkzeughälfte 10 geführt. Die Stößel 20 sind auf nicht dargestellte Weise zwischen beiden Werkzeughälften 4 und 10 und/oder in nichtdargestellten separaten Gestellen geführt.

Die Wirkungsweise ist folgende:
Befindet sich das Hohlprofil 14 bei geöffnetem Werkzeug 2 zwischen beiden Werkzeughälften 4 und 10, werden zum einen die Stößel 20 mittels nichtdargestellter, beispielsweise hydraulischer Antriebe in axialer Richtung an die Enden des Hohlprofils 14 herangeführt, so daß sich die Dichtflächen 18 dichtend an die Stirnflächen des Hohlprofils 14 anlegen und die Stopfen 30 in die Enden des Hohlprofils 14 hineinbewegen. Zum anderen werden die Druckstempel 24 mittels ebenfalls nichtdargestellter, beispielsweise hydraulischer Antriebe in radialer Richtung gegen die äußeren Umfangsflächen der Enden des Hohlprofils 14 geführt, bis sich dessen innere Umfangsflächen an den Stopfen 30 abstützen und schließlich die äußeren Umfangsflächen die Konturen der Gravuren 22 der Druckstempel 24 und die inneren Umfangsflächen die Konturen der Gravuren 28 der Dorne 30 annehmen. Sind die Enden des Hohlprofils nach Erreichen vorbestimmter radialer Positionen und/oder erforderlicher Anpreßkräfte der Druckstempel 24 vollständig ausgeformt, werden im weiteren Verfahrensablauf nur noch die erzielten Formschlüsse zwischen den Druckstempeln 24 und den Enden des Hohlkörpers 14 aufrechterhalten, indem man die Druckstempel 24 nicht dargestellten Arretierungen unterwirft. Vor, während oder nach dem Biegen wird das in der Druckquelle bereitgestellte und unter Druck gesetzte Druckmedium über die Kanäle 16 und 26 eines oder beider Stößel 20 in das Innere des Hohlprofils 14 geleitet. Dann fährt die obere Werkzeughälfte 10 durch nichtdargestellte Antriebsmittel nach unten. Sobald deren Gravur 12 das gerade Hohlprofil 14 zu belasten beginnt, bildet sich zwischen dessen formschlüssig gehaltene Enden eine Zugkraft aus, (in diesem Fall durch einen Stopfenzug zwischen Stempel 24 und Stopfen 30 erzeugt), die der Biegekraft knickmindernd entgegenwirkt. Bei Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Balance zwischen Biegekraft und Zugkraft senkt sich die obere Werkzeughälfte 10 weiter auf die untere Werkzeughälfte 4 herab, bis das Werkzeug 2 geschlossen und das ursprünglich gerade Hohlprofil 14 gebogen ist. Nun wird der Innendruck derart erhöht, daß sich die Wandung des gebogenen Hohlprofils 14 vollständig an die Endgravur elemente anlegt.

Nach dem Drucklosschalten und Öffnen läßt sich aus dem Werkzeug 2 ein Hohlkörper 14 entnehmen, der ohne Knickungen gebogen und sowohl im mittleren Bereich als auch an den Endbereichen auf gewünschte Weise ausgeformt ist. Den Querschnitt des Endbereiches eines Hohlprofils 14 mit kreisförmigem Querschnitt und eingeführtem Stopfen 30 zeigt

Fig. 3a. Der Endbereich nach dem Umformen mit dem Druckstempel 24 ist in Fig. 3b dargestellt. Durch die mit dem Druckstempel erzeugte Verringerung der Außenabmessung des Rohres werden beim Biegen radiale Zugspannungen erzeugt, die das Knicken des Rohres verhindern.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung rohrförmiger gebogener Hohlkörper durch Innenhochdruckumformen, unter Anwendung eines mit wenigstens zwei ein Innenhochdruck- Umformwerkzeug (2) bildenden Werkzeugteilen (4, 10), dessen Gravur die Endform des Hohlkörpers bestimmt, wobei durch Schließen der beiden Werkzeugteile (4, 10) das Biegen des mittigen Bereichs des rohrförmigen Ausgangswerkstückes und nach dem Schließen beiden Werkzeugteile (4, 10) das Innenhochdruckumformen des Hohlkörpers (14) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (14) zumindest beim Biegen an seinen Endbereichen durch Formzwang derart gespannt wird, daß während des Biegens axiale Zugkräfte im Hohlkörper (14) durch einen Hohlzug oder Stopfenzug erzeugt werden, die dessen Knicken während des Biegens verhindern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels Formzwang erzeugten axialen Zugkräfte das Nachfließen des Werkstoffs des Hohlkörpers (14) während des Biegens und/oder während des Innenhochdruckumformens gestatten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formzwang durch von außen her radial wirkende zweite Stempel (24) erzeugt wird, dadurch, daß die in Richtung zum Hohlkörper weisende Innenkontur des zweiten Stempels (24) in die Endbereiche des Hohlkörpers eingeprägt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur des zweiten Stempels (24) die gewünschte Außenkontur der Enden des Hohlkörpers (14) bestimmet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Zugkräfte dadurch erhöht werden, daß zusätzlich von in die Endbereiche des Hohlkörpers (14) ein Stopfen (30) soweit eingeführt wird, daß ein Ziehspalt für das umzuformende Material des Endbereiches zwischen den zweiten Stempel (24) und dem Stopfen (30) gebildet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfen (30) die gewünschte Innenkontur der Endbereiche des Hohlkörpers (14) bestimmen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche von 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (14) mit dem ersten Stempel (10) gebogen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (14) unter Einwirkung eines ersten Innendrucks gebogen und bei Beibehaltung seiner Lage unter Einwirkung eines über dem ersten Innendruck liegenden zweiten Innendruck umgeformt wird.

9. Vorrichtung zur Herstellung rohrförmiger gebogener Hohlkörper durch Innenhochdruckumformen mit

- wenigstens zwei ein Innenhochdruck-Umformwerkzeug (2) bildenden Werkzeugteilen (4, 10), die mit ihren Gravuren (6, 12) und den Endgravurelementen die gewünschte Endkontur des Hohlkörpers (14) bestimmen und zum Beschicken und/oder Biegen relativ zueinander bewegbar sind, und
- zwei Axialstößeln (20), die an ihren freien Enden Dichtflächen (18) aufweisen und zum Abdichten der Enden des Hohlkörpers (14) und/oder zum Nachführen von Material in die Biege- bzw. Umformzone relativ zuein ander bewegbar sind, wobei wenigstens einer über eine Druckmittelzuführung (16) verfügt, durch die der Hohlkörper (14) mit einen Druck eines Druckmediums beaufschlagbar ist, mit dem das Biegen unterstützbar und/oder das Innenhochdruck-Umformen durchführbar ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche von 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
- im Innenhochdruck-Umformwerkzeug (2) Werkzeugelemente aktiv sind, mit denen die Endbereiche des Hohlkörpers (14) durch eine zumindest teilweise Verringerung ihres Querschnitts derart formbar und/oder spannbar sind, daß während des Biegens und/oder Innenhochdruckumformens axiale Zugkräfte auf den Hohlkörper wirken und gleichzeitig ein Nachfließen des Werkstoffs während des Innenhochdruckumformens gewährleistet wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stempel (24) in Bezug auf den Hohlkörper (14) achsnormal geführt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Stopfen (30) vorgesehen sind, die zur Erhöhung der axialen Zugkraft in die Enden des Hohlkörpers (14) einführbar sind, so daß zwischen Stopfen und Innenkontur des Stempels der Materialfluß durch Stopfenzug beeinflußt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfen (30) an den freien Enden der Axialstößel (20) ausgebildet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfen (30) in den Axialstößeln (20) teleskopartig verschiebbar geführt sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfen (30) jeweils wenigstens einen Kanal (26) aufweisen, durch den hindurch Druckmedium führbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtflächen (18) an Ringschultern der Axialstößel (20) ausgebildet sind.