DE19833006B4

DE19833006B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung rohrförmiger gebogener Hohlkörper durch Innenhochdruckumformen

Info

Publication number: DE19833006B4
Application number: DE19833006A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dr.-Ing. 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: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2018-07-23
Also published as: DE19833006A1

Abstract

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 der beiden Werkzeugteile (4, 10) das Innenhochdruckumformen des Hohlkörpers (14) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (14) vor dem Biegen an seinen Endbereichen durch von außen her radial wirkende Kräfte durch Formzwang gespannt und/oder geformt wird, und daß während des Biegens im Hohlkörper (14) durch einen Hohlzug oder einen Stopfenzug axiale Zugkräfte erzeugt 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 Werkzeugteilen, 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 Axialstößeln, 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 Werkzeughälfte 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 Innendrucks 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.

Allerdings können damit Knickungen des Hohlkörpers nicht immer verhindert werden.

Allen bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist zudem 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 Patentansprüche 1 und 4 zu schaffen, die das Formverhalten verbessern und die formbaren Bereiche materialsparend erweitern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 4 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 Druckstempel 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 nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1: eine geöffnete Vorrichtung sowie einen ersten Axialstößel mit zugehörigem formenden Stopfen und
2 eine geschlossene Vorrichtung sowie einen zweiten Axialstößel mit zugehörigem formenden Stopfen.
3a: Querschnitt des Endbereiches des Hohlkörpers mit eingeführtem Stopfen
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 konvexe Biegegravur 12 auf. Zwischen beiden Werkzeugteilen 4 und 10 ist ein gerader Hohlkörper 14 aufgenommen. An den Enden des Hohlkörpers 14 greifen in axialer Richtung axial verschiebbare und mit Druckmittelkanälen 16 sowie mit konischen Dichtflächen 18 versehene Axialstößel 20 und in radialer Richtung radial verschiebbare und mit Gravuren 22 versehene Druckstempel 24 an. In die Enden des Hohlkörpers 14 reichen mit Druckmittelkanälen 26 sowie mit Gravuren 28 versehene Stopfen 30 hinein, die an den freien Enden der Axialstößel 20 mit geringerem Durchmesser als diese ausgebildet sind. Die miteinander verbundenen Druckmittelzuführungen 16 und 26 leiten Druckmedium, welches in einer nichtdargestellten Druckquelle bereitgestellt und unter Druck setzbar ist, in den Hohlkörper 14 hinein. Die Druckstempel 24 sind in der oberen Werkzeughälfte 10 geführt. Die Axialstößel 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 der Hohlkörper 14 bei geöffnetem Werkzeug 2 zwischen beiden Werkzeughälften 4 und 10, werden zum einen die Axialstößel 20 mittels nichtdargestellter, beispielsweise hydraulischer Antriebe in axialer Richtung an die Enden des Hohlkörpers 14 herangeführt, so daß sich die Dichtflächen 18 dichtend an die Stirnflächen des Hohlkörpers 14 anlegen und die Stopfen 30 in die Enden des Hohlkörpers 14 hineinbewegen. Zum anderen werden die Druckstempel 24 mittels ebenfalls nichtdargestellter, beispielsweise hydraulischer Antriebe in radialer Richtung gegen die äußeren Umfangsflächen der Enden des Hohlkörpers 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 Stopfen 30 annehmen. Sind die Enden des Hohlkörpers 14 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 Axialstößel 20 in das Innere des Hohlkörpers 14 geleitet. Dann fährt die obere Werkzeughälfte 10 durch nichtdargestellte Antriebsmittel nach unten. Sobald deren Gravur 12 den geraden Hohlkörper 14 zu belasten beginnt, bildet sich zwischen dessen formschlüssig gehaltenen Enden eine Zugkraft aus, (in diesem Fall durch einen Stopfenzug zwischen Druckstempel 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 der ursprünglich gerade Hohlkörper 14 gebogen ist. Nun wird der Innendruck derart erhöht, daß sich die Wandung des gebogenen Hohlkörpers 14 vollständig an die Endgravurelemente 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 Hohlkörpers 14 mit kreisförmigem Querschnitt und eingeführtem Stopfen 30 zeigt 3a. Der Endbereich nach dem Umformen mit dem Druckstempel 24 ist in 3b dargestellt. Durch die mit dem Druckstempel 24 erzeugte Verringerung der Außenabmessung des Rohres werden beim Biegen axiale Zugspannungen erzeugt, die das Knicken des Rohres verhindern.

Claims

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 der beiden Werkzeugteile (4, 10) das Innenhochdruckumformen des Hohlkörpers (14) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (14) vor dem Biegen an seinen Endbereichen durch von außen her radial wirkende Kräfte durch Formzwang gespannt und/oder geformt wird, und daß während des Biegens im Hohlkörper (14) durch einen Hohlzug oder einen Stopfenzug axiale Zugkräfte erzeugt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formzwang durch in radialer Richtung auf den Hohlkörper (14) wirkende Druckstempel (24) verwirklicht wird, indem sich deren Innenkontur in die Endbereiche des Hohlkörpers (14) einprägt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Endbereiche des Hohlkörpers (14) in axialer Richtung zusätzlich zu den dort befindlichen Axialstößeln (20) jeweils ein Stopfen (30) soweit eingeführt wird, daß sich ein Ziehspalt für das umzuformende Material des Endbereiches zwischen dem Druckstempel (24) und dem Stopfen (30) bildet.
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 zueinander bewegbar sind, wobei wenigstens einer über eine Druckmittelzuführung (16) verfügt, durch die der Hohlkörper (14) mit einem 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 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenhochdruck-Umformwerkzeug (2) in Bezug auf den Hohlkörper (14) achsnormal geführte Druckstempel (24) angeordnet sind, mit denen die Endbereiche des Hohlkörpers (14) spannbar und/oder querschnittsverändernd formbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den freien Enden der Axialstößel (20) in die Endbereiche des Hohlkörpers (14) in axialer Richtung einführbare Stopfen (30) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stopfen (30) in den Axialstößeln (20) teleskopartig verschiebbar geführt sind.