DE4431517C1

DE4431517C1 - Verfahren zum Formen von Endstücken an rohrförmigen Werkstücken aus Metall

Info

Publication number: DE4431517C1
Application number: DE4431517A
Authority: DE
Inventors: Manfred Klever
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-08-11
Filing date: 1994-09-03
Publication date: 1996-02-08
Anticipated expiration: 2014-09-04
Also published as: DE4431517C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen von End stücken an rohrförmigen Werkstücken aus Metall, insbeson dere im Zuge der Herstellung von Druckbehältern, bei dem ein Ende des Werkstückes in eine Form, deren Aufnahme durchmesser wesentlich größer ist als der Werkstückdurch messer, eingeführt und durch Pressen geformt wird, wobei das Werkstück während der Formgebung um seine Längsachse rotiert, die radial versetzt zur Längsachse der Form ange ordnet ist, und wobei der Preßdruck durch Vorschubbewegung der Form und/oder des Werkstückes erzeugt wird. - End stücke meint im Rahmen der Erfindung geschlossene oder weitgehend geschlossene Enden. Das Verfahren eignet sich zur Herstellung von druckfesten, stirnseitig geschlossenen Rohren, wobei der Rohrdurchmesser von einigen Millimetern bis einigen hundert Millimetern variieren kann. Das Ver fahren ist insbesondere auch geeignet zur Herstellung von Druckgasflaschen, wobei der Boden und der Hals nach dem beschriebenen Verfahren geformt werden.

Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art ist aus DE-PS 8 57 333 bekannt. Im Rahmen der bekannten Maßnahmen wird das Werkstück in eine schräg zur Werkstücklängsachse ge stellte Form eingeführt. Die Form ist in einem Werkzeug halter drehbeweglich angeordnet und wälzt während der Formgebung auf dem Mantel des Werkstückes ab. Dabei werden entweder das Werkstück oder der Halter rotierend angetrie ben. Zur Aufnahme des bei der Formgebung ausgeübten Drucks wird in den Zwischenraum zwischen der Form und dem Werk stück ein Profilgegendruckstück eingesetzt, welches eine fensterartige Ausnehmung aufweist. Das Profilgegendruck stück und der Halter sind fest miteinander verbunden. Durch die fensterartige Ausnehmung wird der Berührungs kontakt zwischen der Form und dem Werkstück hergestellt. Das Verfahren hat keinen Eingang in die Praxis gefunden.

In der Praxis werden der Boden sowie der Hals von Druck gasflaschen zumeist durch Schmieden hergestellt. Dabei wird mit einer Form gearbeitet, die das zu formende End stück des rohrförmigen Rohlings mit geringem Spiel auf nimmt. Während der Formgebung rotiert das Werkstück, allerdings mit sehr geringer Umdrehungsgeschwindigkeit. Die Stellbewegung, mit der der erforderliche Preßdruck erzeugt wird, liegt in der Praxis im Bereich von 100 bis 300 mm/min. Die Umformgeschwindigkeit ist verbesserungs bedürftig. Zur Herstellung geschlossener, druckfester Böden ist eine zusätzliche Feuerverschweißung im Boden bereich erforderlich. Die nach dem bekannten Verfahren hergestellte Oberfläche bedarf einer Nachbearbeitung. Zur Herstellung von Massenerzeugnissen ist das bekannte Ver fahren zu aufwendig und zu langsam.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Formen von Endstücken an rohrförmigen Werkstücken aus Metall anzugeben, welches eine große Umformgeschwindigkeit ermöglicht und für die Fertigung von Massenprodukten geeignet ist.

Die Aufgabe wird bei dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Form und das Werkstück von separaten Antrieben in gleicher Drehrichtung um ihre Längsachsen rotierend angetrieben werden, wobei die Längsachsen parallel zueinander ausgerichtet sind.

Nach bevorzugter Ausführung des erfindungsgemäßen Ver fahrens weist die Form eintrittsseitig einen zylindrischen Abschnitt auf, an dem das Werkstück während der Formgebung abrollt. Werkstück und Form rotieren mit gleicher oder zumindest annähernd gleicher Umfangsgeschwindigkeit. Der an dem zylindrischen Abschnitt der Form abrollende Teil des Werkstückes ist keiner oder allenfalls nur geringer Reibung ausgesetzt. Da der Aufnahmedurchmesser der Form größer ist als der Werkstückdurchmesser und die Rotations achsen des Werkstückes und der Form mit radialem Abstand zueinander angeordnet sind, tritt bei der Formgebung Reibung zwischen dem sich formenden Endstück und der Form auf, die vom Werkstückumfang radial nach innen zur Längsachse des Werkstückes zunimmt. Die beschriebenen Effekte ermöglichen eine überraschend hohe Umform geschwindigkeit bei gleichzeitiger Verbesserung des Gefü ges und der Oberfläche der sich formenden Endstücke. Hohe Umdrehungsgeschwindigkeiten fördern dabei den Umformvor gang. Nach bevorzugter Ausführung der Erfindung laufen das Werkstück und die Form mit Drehzahlen von mehr als 500 min^-1 während der Formgebung um.

In weiterer Ausgestaltung lehrt die Erfindung, daß das zu formende Ende des Werkstückes vor dem Einführen in die Form auf Schmiedetemperatur erwärmt wird und daß die Dreh zahlen des Werkstückes und der Form sowie der Radialab stand zwischen den Rotationsachsen des Werkstückes und der Form so bemessen werden, daß durch eine vom Werkstück umfang radial nach innen zur Längsachse des Werkstückes zunehmende Reibung die Schmelztemperatur des geformten metallischen Werkstoffes im Bereich der Rohrlängsachse erreicht und durch lokales Aufschmelzen des metallischen Werkstoffes das Endstück bei der Formgebung auch druck dicht geschlossen wird. Die zuvor schon beschriebene Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Form wird erfindungsgemäß genutzt, um in Form einer Reibschweißung das Endstück im Bereich der Werkstücklängsachse druckdicht zu verschließen. Eine zusätzliche Feuerverschweißung ist nicht mehr erforderlich.

Im Rahmen der Erfindung liegt es schließlich, an beiden Enden des Werkstückes gleichzeitig Endstücke anzuformen, wobei mit zwei zum Werkstück axial verschiebbaren Formen gearbeitet wird. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gestattet es beispielsweise, in einem Arbeits takt Boden und Hals von Druckgasflaschen zu formen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht überraschend hohe Umformgeschwindigkeiten. In nicht zum Stand der Technik gehörenden Versuchen konnte die Umformgeschwindig keit im Vergleich zu einem nach dem Stand der Technik ausgeführten Schmiedeverfahren um mehr als das Zehnfache gesteigert werden. Darüber hinaus weisen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Oberflächen eine hohe Oberflächengüte auf, die im allgemeinen einer Nach bearbeitung nicht mehr bedürfen. Das erfindungsgemäße Verfahren erscheint besonders für die Serienfertigung von Massenprodukten geeignet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellen den Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch

Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Werkzeuganordnung zum Formen von geschlossenen oder weitgehend geschlos senen Enden an rohrförmigen Werkstücken aus Metall,

Fig. 2 den Schnitt I-I in Fig. 1, und

Fig. 3 eine Ausführung des Verfahrens zum gleichzeitigen Formen des Halses und des Bodens von Druckgas flaschen.

Die in den Figuren dargestellte Werkzeuganordnung weist eine Form 1 bzw. ein Gesenk auf, welches in einem Gehäuse 2 drehbar gelagert ist. An der Stirnseite des Gehäuses ist eine Induktionsheizung 3 vorgesehen, die das zu formende Ende eines rohrförmigen Werkstückes 4 auf Schmiede temperatur erwärmt. Das Rohrende des Werkstückes wird in die konkav gekrümmte Form eingeführt und durch Pressen geformt, wobei der Preßdruck durch Vorschubbewegung der Form und/oder des Werkstückes erzeugt wird. Mit gestrichelter Linienführung ist das Werkstück 4 nach seiner Formgebung dargestellt. Das Rohrende des Werk stückes ist zu einem kalottenförmigen Boden 5 geformt.

Während der Formgebung rotiert das Werkstück 4 um seine Längsachse 6. Der Aufnahmedurchmesser D der Form 1 ist wesentlich größer als der Werkstückdurchmesser d. Den Fig. 1 und 2 entnimmt man ferner, daß die Form 1 in gleicher Drehrichtung wie das Werkstück 4 um eine zur Längsachse 6 des Werkstückes 4 parallele Drehachse 7 rotiert, wobei die Drehachse 7 der Form 1 radial versetzt zur Längsachse 6 des Werkstückes 4 angeordnet ist. Ein trittsseitig weist die Form 1 einen zylindrischen Abschnitt 8 auf. Einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 2 entnimmt man, daß das Werkstück 4 während der Formgebung an diesem zylindrischen Abschnitt 8 abrollt.

Die Form 1 und das Werkstück 4 werden von separaten, hier nicht dargestellten Antrieben, rotierend angetrieben, wobei die Drehzahlen jeweils mehr als 500 min^-1 während der Formgebung betragen. Dabei sind die Drehzahlen so aufeinander abgestimmt, daß Werkstück 4 und Form 1 mit gleichen Umfangsgeschwindigkeiten umlaufen.

Da der Aufnahmedurchmesser D der Form 1 größer ist als der Werkstückdurchmesser d und die Rotationsachsen 6, 7 des Werkstückes 4 und der Form 1 mit radialem Abstand a zuein ander angeordnet sind, tritt bei der Formgebung des Endstückes Reibung zwischen dem Werkstück 4 und der Form 1 auf, wobei die Reibung vom Werkstückumfang nach innen zur Rohrlängsachse 6 zunimmt. Der Achsenabstand a zwischen den Rotationsachsen 6, 7 sowie die Drehzahlen des Werkstückes 4 und der Form 1 sind so bemessen, daß durch die vom Werk stückumfang nach innen zur Längsachse zunehmende Reibung die Schmelztemperatur des geformten metallischen Werk stoffes im Bereich der Längsachse erreicht wird und durch lokales Aufschmelzen des metallischen Werkstoffes das Endstück bei der Formgebung auch druckdicht geschlossen wird. Es versteht sich, daß das Ende des Werkstückes 4 vor dem Einführen in die Form 1 auf eine ausreichende Schmiedetemperatur erwärmt werden kann.

Der Fig. 3 entnimmt man, daß an beiden Enden des Werk stückes 4 gleichzeitig Endstücke angeformt werden können, wobei mit zwei zum Werkstück 4 axial verschiebbaren Formen 1, 1′ gearbeitet wird.

Beispiel

Ein Stahlrohr mit einem Außendurchmesser von 20 mm und einer Wandstärke von 2,5 mm wurde nach dem erfindungs gemäßen Verfahren umgeformt mit folgenden Parametern:

Aufnahmedurchmesser der Form\|30 mm
Radialer Abstand zwischen den Rotationsachsen	5 mm
Antriebsdrehzahl des Werkstückes	1500 min^-1
Antriebsdrehzahl der Form	1000 min^-1
Vorschubbewegung der Form	2-6 m/min
Vorwärmtemperatur des Werkstückendes	1100°C

Das Rohrende wurde druckdicht verschlossen, wobei Umform zeiten von 0,5 s erreicht wurden.

Claims

1. Verfahren zum Formen von Endstücken an rohrförmigen Werkstücken aus Metall, insbesondere im Zuge der Herstel lung von Druckbehältern, bei dem ein Ende, des Werkstückes (4) in eine Form (1) deren Aufnahmedurchmesser (D) wesentlich größer ist als der Werkstückdurchmesser (d) eingeführt und durch Pressen geformt wird, wobei das Werkstück (4) während der Formgebung um seine Längsachse (6) rotiert, die ver setzt zur Längsachse (7) der Form (1) angeordnet ist, und wobei der Preßdruck durch Vorschubbewegung der Form (1) und /oder des Werkstückes (4) erzeugt wird, dadurch gekenn zeichnet, daß die Form (1) und das Werkstück (4) von separaten Antrieben in gleicher Drehrichtung um ihre Längsachsen (7, 6) rotierend angetrieben werden, wobei die Längs achsen (7, 6) parallel zueinander ausgerichtet sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form (1) eintrittsseitig einen zylindrischen Abschnitt (8) aufweist, an dem das Werkstück (4) während der Formgebung ab rollt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Werkstück (4) und die Form (1) mit Drehzahlen von mehr als 500 min^-1 während der Formgebung umlaufen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zu formende Ende des Werkstückes (4) vor dem Einführen in die Form auf Schmiedetemperatur erwärmt wird und daß die Drehzahlen des Werkstückes (4) und der Form (1) sowie der radiale Abstand (a) zwischen den Rotationsachsen (6, 7) des Werkstückes und der Form so bemessen werden, daß durch eine vom Werkstückumfang radial nach innen zur Längsachse (6) des Werkstückes zunehmende Reibung die Schmelztemperatur des geformten, metallischen Werk stoffes im Bereich der Rohrlängsachse (6) erreicht und durch lokales Aufschmelzen des metallischen Werkstoffes das Endstück (5) bei der Formgebung auch druckdicht geschlossen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Enden des Werkstückes (4) gleichzeitig Endstücke angeformt werden, wobei mit zwei zum Werkstück (4) axial verschiebbaren Formen (1, 1′) gearbeitet wird.