DE4201819A1 - Verfahren und vorrichtung zum hydraulischen aufweiten von rohrfoermigen hohlprofilen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum hydraulischen aufweiten von rohrfoermigen hohlprofilenInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
- B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
- B21D26/033—Deforming tubular bodies
- B21D26/047—Mould construction
-
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- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D53/00—Making other particular articles
- B21D53/88—Making other particular articles other parts for vehicles, e.g. cowlings, mudguards
- B21D53/90—Making other particular articles other parts for vehicles, e.g. cowlings, mudguards axle-housings
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- Shaping Of Tube Ends By Bending Or Straightening (AREA)
- Joints Allowing Movement (AREA)
Description
Im Automobilbau stellt sich häufig die Aufgabe, aus Hohlprofilen Teile
herzustellen, deren Querschnitte über der Länge variieren. Es ist
bekannt, dazu das Verfahren des hydraulischen Aufweitens zu benutzen
(Industrieanzeiger 88 (1966) Hr. 48 (17.06.), Seiten 137-140). Bei der
Durchführung ergibt sich das Problem, daß in einigen Fällen die
Aufweitung ungleichmäßig erfolgt oder gar zum lokalen Bersten führt.
Ursache hierfür können die Geometrie des Profiles, ungleichmäßige
Wanddicken oder Streckgrenzen über dem Umfang oder örtliche Reibung an
der äußeren Abstützung sein, die dazu führen, daß örtliche Ausbeulungen
entstehen, wodurch wiederum durch den Innendruck lokale höhere
Beanspruchungen entstehen, bis schließlich Platzen des rohrförmigen
Hohlprofils eintritt.
Aus der EP 03 72 360 ist ein Verfahren zur Herstellung von rohrartigen
Bauteilen bekannt geworden, bei dem die geschilderten Schwierigkeiten in
der Weise umgangen werden, indem man kritische lokale Umformungen
(kleine Radien, ungünstiges Profil) mechanisch verformt z. B. mit Hilfe
von Stößeln. Dadurch kann die eigentliche hydraulische Umformung auf ein
Maß begrenzt werden, das ein unkontrolliertes Ausbeulen nicht erwarten
läßt. Zur Unterstützung der angestrebten gleichmäßigen Umformung wird
außerdem vorgeschlagen, den maximalen Innendruck stufenweise steigend
aufzubringen. Da in vielen Fällen wegen der Unzugänglichkeit des
Hohlprofiles Umformwerkzeuge für die ergänzende mechanische Aufweitung
nicht angeordnet werden können, ist das vorgeschlagene Verfahren nicht
geeignet für Aufweitungen von langgestreckten Rohren mit einem großen
Umformverhältnis.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum
hydraulischen Aufweiten von rohrförmigen langgestreckten Hohlprofilen
anzugeben, mit dem unter Verzicht einer zusätzlichen bzw. ergänzenden
mechanischen Aufweitung Umformgrade von mehr als 15% ohne
Materialschädigung erreicht werden können.
Diese Aufgabe wird mit dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruches 1
gelöst. Außerdem wird in einem der Unteransprüche eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens angegeben.
Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik wird die äußere
Abstützung nicht auf eine vorgegebene Endstellung fixiert, sondern
kontinuierlich kontrolliert wegbewegt. Dabei liegt das Material ständig
an der Abstützung an und der Innendruck wird auf der Höhe gehalten, der
für das weitere Fließen erforderlich ist. Für die Durchführung des
Verfahrens wird eine an sich bekannte geteilte Matrize verwendet, wobei
jedes Formelement mit einer wegabhängig steuerbaren
Kolben-Zylindereinheit verbunden ist. Zu Beginn des Aufweitvorganges
wird die Matrize an die Ausgangsform des umzuformenden Bereiches des
Hohlprofiles angelegt. Nach Erreichen der Fließgrenze des Materials
durch ständig steigende Erhöhung des Innendruckes wird die Matrize
geöffnet und jedes Formelement wegabhängig so gesteuert, daß über die
Länge und den Umfang des Hohlprofiles in jeder Phase eine gleichmäßige
Aufweitung erreicht wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß ohne
eine ergänzende mechanische Aufweitung Umformgrade von mehr als 15%
erreichbar sind. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist darin zu sehen,
daß nicht nur symmetrische sondern auch asymmetrische Aufweitungen
möglich sind. Dies kann man in der Weise realisieren, indem man den Grad
des sich Wegbewegens der Formelemente der Matrize unterschiedlich macht,
um eine vorgegebene Stelle verstärkt aufzuweiten. Der Verstellweg der
Matrize kann man in der Weise erhöhen, indem man einen ersten
unkritischen Aufweiteschritt bei geöffneter Matrize durchführt und dann
erst die Matrize an das voraufgeweitete Hohlprofil anlegt. Der weitere
Aufweitvorgang bis zur vorgegebenen Endstellung erfolgt in der bereits
zuvor beschriebenen Weise. Der Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens
ist darin zu sehen, daß eine unkontrollierte Ausbeulung
(Luftballon-Effekt) verhindert wird. Im Unterschied zu der üblichen
freien Verformung, erfolgt bei diesem Verfahren die Umformung nicht
unmittelbar durch den Innendruck, sondern durch die sich wegbewegende
Abstützung.
In der Zeichnung wird anhand eines Beispieles das erfindungsgemäße
Verfahren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße
Vorrichtung,
Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 1.
Fig. 1 ist beispielhaft die Herstellung eines Achskessels
dargestellt. Das Ausgangsprodukt ist ein nahtloses oder geschweißtes
kreisrundes Rohr 1, das in einem vorgegebenen Bereich zu einem Kessel 2
aufgeweitet werden soll. Im nicht aufzuweitenden Teil wird das Rohr 1
durch eine Form 3 gestützt, die während des Aufweitevorganges fest an
der Außenoberfläche des Rohres 1 anliegt. Im aufzuweitenden Bereich wird
das Rohr 1 beispielsweise durch vier am Umfang angeordnete Formteile 5
umfaßt. Die Anzahl der die Matrize bildenden Formteile 5 kann geringer
oder größer sein und die Formteile müssen auch nicht zwangsläufig
gleichgestaltet sein und eine gleiche Umfangserstreckung aufweisen. An
jedem Formteil 5 ist eine wegabhängig steuerbare Kolben-Zylindereinheit
4 angeordnet. Zur Regelung der Bewegung der Formteile 5 ist am
Hydraulikkolben 7 ein Weggeber 6 angeordnet. Die erfindungsgemäße
Aufweitung läuft in der Weise ab, daß vor dem Aufbringen des
Innendruckes p die Formteile 5 der Matrize an der Außenoberfläche des
umzuformenden Bereiches des ursprünglichen Rohres 1 anliegen. Danach
wird der Innendruck p kontinuierlich oder stufenweise auf einen Wert
gesteigert, der in der Nähe der Fließgrenze für das verwendete Material
des Rohres 1 liegt.
Entsprechend der weiteren Zunahme des Innendruckes p über die
Fließgrenze hinaus werden die Kolben-Zylindereinheiten 4 gleichzeitig
kontinuierlich aufgefahren. Dieses wird so lange fortgesetzt, bis bei
ständigem Nachfließen des Materials im umzuformenden Bereich die
vorgegebene Endstellung der Aufweitung erreicht ist.
Die Ansteuerung der Kolben-Zylindereinheiten 4 kann man in der Weise
noch verbessern, wenn man mit Hilfe eines Drucksensors (hier nicht
dargestellt) den Innendruck p erfaßt und diesen zusammen mit dem vom
Weggeber 6 erfaßten Kolbenweg auf einen Regelkreis gibt.
Claims (7)
1. Verfahren zum örtlichen oder abschnittsweisen hydraulischen
Aufweiten von rohrförmigen Hohlprofilen, bei dem nach dem Abdichten
der offenen Enden hydraulisch Innendruck aufgebracht und das
Material des aufzuweitenden Bereiches gegen eine das Hohlprofil
umgebende Abstützung gepreßt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach Überschreiten der Fließgrenze des Materiales die
Abstützung kontinuierlich so lange kontrolliert wegbewegt wird bei
ständiger Anlage des Materials an der Abstützung und unter
Aufrechterhaltung des für das weitere Fließen erforderlichen
Innendruckes, bis die vorgegebene Endstellung erreicht ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zuerst eine unkritische Aufweitung ohne Abstützung erfolgt und
danach die Abstützung an den voraufgeweiteten Bereich des
Hohlprofiles angelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Voraufweitung max. 15% beträgt.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1
bis 3 mit einer geteilten Matrize, deren einzelne Formelemente
bewegbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Formelement (5) mit einer wegabhängig steuerbaren
Kolben-Zylindereinheit (4) verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kolben-Zylindereinheiten (4) regelungstechnisch miteinander
verbunden sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß jede Kolben-Zylindereinheit (4) einzeln ansteuerbar ist.
7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4-6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Erfassung des Innendruckes p und des Weges der
Kolben-Zylindereinheiten (4) Bestandteil eines Regelkreises sind.
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