DE4431517C1

DE4431517C1 - Method of forming end pieces on metal tubes

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

Abstract

The mould (1) and the tubular metal workpiece (4) are rotated by separate drives, about their individual longitudinal axis (7,6), and in the same direction of rotation. The longitudinal axis are parallel. The mould has a cylindrical section (8) on the intake side, and during forming, the workpiece rolls off this section. Workpiece and mould rotate during forming at RPM of more than 500 min<-1>. The workpiece end is heated to forging temperature before insertion into the mould. The RPM of mould and workpiece, and the radial distance (a) between their rotary axis, are specially chosen. Due to this, the friction increases from the workpiece circumference radially inwards towards its axis, the melting temperature of the metal is achieved in the area of the axis, and the end piece (5) is closed pressure-proof by local melting-on of the metal material.

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.The invention relates to a method for molding end pieces of tubular metal workpieces, in particular dere in the course of the production of pressure vessels in which one end of the workpiece in a mold whose inclusion diameter is much larger than the Werkstückdurch knife, inserted and formed by pressing, wherein the workpiece during shaping around its longitudinal axis rotated, which is radially offset from the longitudinal axis of the mold is ordered, and wherein the pressing pressure by advancing movement the shape and / or the workpiece is generated. - End pieces means in the context of the invention closed or largely closed ends. The method is suitable for the production of pressure-resistant, closed at the end Tubes, with the tube diameter of a few millimeters can vary to a few hundred millimeters. The Ver driving is particularly suitable for the production of Compressed gas bottles, with the bottom and the neck after the be formed described method.

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.A method of the type described above is known from DE-PS 8 57 333 known. As part of the known measures is the workpiece in an oblique to the workpiece longitudinal axis GE introduced form introduced. The form is in a tool holder rotatably arranged and rolls during the Shaping on the jacket of the workpiece. It will be either the workpiece or the holder is rotating ben. For receiving the pressure exerted during shaping gets into the space between the form and the work piece a profile back pressure piece used, which is a having window-like recess. The profile back pressure piece and the holder are firmly connected. Through the window-like recess of the touch made contact between the mold and the workpiece. The procedure has not found its way into practice.

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.In practice, the bottom as well as the neck of pressure Gas cylinders mostly made by forging. there is worked with a mold that forms the end to be formed piece of the tubular blank with little play takes. During molding, the workpiece rotates, but with very low rotation speed. The adjusting movement, with the required pressing pressure is generated in practice in the range of 100 to 300 mm / min. The forming speed is improved to. For the production of closed, pressure-resistant Soils is an additional fire weld in the soil required area. The according to the known method produced surface requires post-processing. to Production of bulk products is the known Ver drive too expensive and too slow.

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. The invention is based on the object, a method for forming end pieces on tubular workpieces Metal indicate which a large forming speed allows and for the production of mass products suitable is.

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.The object is in the method described above According to the invention solved in that the shape and the Workpiece of separate drives in the same direction of rotation are driven to rotate about their longitudinal axes, wherein the longitudinal axes are aligned parallel to each other.

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.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the shape on the entry side has a cylindrical section on which the workpiece rolls during shaping. Workpiece and mold rotate with the same or at least approximately the same peripheral speed. The rolling on the cylindrical portion of the mold part of the workpiece is exposed to no or at most only low friction. Since the receiving diameter of the mold is larger than the workpiece diameter and the rotational axes of the workpiece and the mold are arranged at a radial distance from each other occurs in the molding friction between the forming end piece and the shape of the workpiece circumference radially inwardly to the longitudinal axis of the Workpiece increases. The effects described allow a surprisingly high forming speed while improving the Gefü ges and the surface of the forming end pieces. High rotational speeds promote the Umformvor gear. According to a preferred embodiment of the invention, the workpiece and the mold at speeds of more than 500 min ^-1 during shaping run around.

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.In a further embodiment, the invention teaches that to forming end of the workpiece before insertion into the Form is heated to forging temperature and that the rotation pay the workpiece and the shape and the Radialab stood between the axes of rotation of the workpiece and the Shape to be sized so that by one of the workpiece circumference radially inward to the longitudinal axis of the workpiece increasing friction the melting temperature of the molded metallic material in the area of the tube longitudinal axis achieved and by local melting of the metallic Material the tail in the shaping also pressure is tightly closed. The previously described Relative movement between the workpiece and the mold is used according to the invention, in the form of a friction welding the tail in the area of the workpiece longitudinal axis pressure-tight to close. An additional Feuerverschweißung is not necessary anymore.

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.In the context of the invention, it is finally, at both Ends of the workpiece at the same time to form end pieces, wherein with two to the workpiece axially displaceable shapes is working. This embodiment of the invention Procedure allows, for example, in a working to shape the bottom and neck of compressed gas cylinders.

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.The inventive method allows surprising high forming speeds. In not to the state of Technik belonging experiments could the Umformgeschwindig speed compared to one of the prior art forging processes more than tenfold be increased. In addition, after the show A method according to the invention produced surfaces high surface quality, which is generally a Nach processing no longer require. The invention Procedure seems especially for the mass production of Suitable for mass products.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellen den Zeichnung erläutert. Es zeigen schematischIn the following the invention represent only one embodiment with reference to one explained the drawing. It show schematically

Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Werkzeuganordnung zum Formen von geschlossenen oder weitgehend geschlos senen Enden an rohrförmigen Werkstücken aus Metall, Fig. 1 is a longitudinal section through a tool assembly for forming a closed or substantially closed-end ends on tubular workpieces of metal,

Fig. 2 den Schnitt I-I in Fig. 1, und Fig. 2 shows the section II in Fig. 1, and

Fig. 3 eine Ausführung des Verfahrens zum gleichzeitigen Formen des Halses und des Bodens von Druckgas flaschen. Fig. 3 shows an embodiment of the method for simultaneously forming the neck and the bottom of compressed gas bottles.

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. The tool arrangement shown in the figures has a mold 1 or a die, which is rotatably mounted in a housing 2 . On the front side of the housing, an induction heater 3 is provided, which heats the forming end of a tubular workpiece 4 at the forging temperature. The tube end of the workpiece is inserted into the concave curved shape and formed by pressing, wherein the pressing pressure is generated by advancing movement of the mold and / or the workpiece. With dashed lines the workpiece 4 is shown after its shape. The pipe end of the work piece is formed into a dome-shaped bottom 5 .

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.During shaping, the workpiece 4 rotates about its longitudinal axis 6 . The receiving diameter D of the mold 1 is substantially larger than the workpiece diameter d. Figs. 1 and 2 further removes that the mold 1 rotates in the same direction as the workpiece 4 about a longitudinal axis 6 of the workpiece 4 parallel axis of rotation 7 , wherein the axis of rotation 7 of the mold 1 radially offset to the longitudinal axis 6 of the workpiece 4 is. On the exit side, the mold 1 has a cylindrical section 8 . A comparative consideration of Figs. 1 and 2 takes it that the workpiece 4 rolls during the shaping of this cylindrical portion 8 .

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.The mold 1 and the workpiece 4 are driven in rotation by separate, not shown drives, wherein the speeds are each more than 500 min ^-1 during the molding. The speeds are coordinated so that workpiece 4 and form 1 rotate at the same peripheral speeds.

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.Since the receiving diameter D of the mold 1 is greater than the workpiece diameter d and the axes of rotation 6 , 7 of the workpiece 4 and the mold 1 with a radial distance a zuein other are arranged occurs in the shaping of the tail friction between the workpiece 4 and the mold first on, wherein the friction increases from the workpiece circumference inwards to the tube longitudinal axis 6 . The axis distance a between the axes of rotation 6 , 7 and the rotational speeds of the workpiece 4 and the mold 1 are such that the workpiece perimeter from the workpiece inward to the longitudinal axis increasing friction, the melting temperature of the shaped metallic material in the region of the longitudinal axis is achieved and by local melting of the metallic material, the tail is also closed pressure-tight in the shaping. It is understood that the end of the workpiece 4 can be heated to a sufficient forging temperature prior to insertion into the mold 1 .

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. Of Fig. 3 takes it that at both ends of the work piece 4 end pieces can be formed simultaneously, with two to the workpiece 4 axially displaceable forms 1 , 1 'is worked.

Beispielexample

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:A steel tube with an outer diameter of 20 mm and a wall thickness of 2.5 mm was according to the Invention transformed according to the following parameters:

Aufnahmedurchmesser der Form|30 mmTake-up diameter of the form | 30 mm Radialer Abstand zwischen den RotationsachsenRadial distance between the axes of rotation 5 mm5 mm Antriebsdrehzahl des WerkstückesDrive speed of the workpiece 1500 min^-1 1500 min ^-1 Antriebsdrehzahl der FormDrive speed of the mold 1000 min^-1 1000 min ^-1 Vorschubbewegung der FormFeed movement of the mold 2-6 m/min2-6 m / min Vorwärmtemperatur des WerkstückendesPreheating temperature of the workpiece end 1100°C1100 ° C

Das Rohrende wurde druckdicht verschlossen, wobei Umform zeiten von 0,5 s erreicht wurden.The pipe end was pressure sealed, forming times of 0.5 s were reached.

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.1. A method for forming end pieces of tubular workpieces made of metal, in particular in the course of the manufacture ment of pressure vessels, wherein one end of the workpiece ( 4 ) in a mold ( 1 ) whose receiving diameter (D) is substantially larger than the workpiece diameter ( d) introduced and formed by pressing, wherein the workpiece ( 4 ) rotates during the shaping about its longitudinal axis ( 6 ), the sets ver to the longitudinal axis ( 7 ) of the mold ( 1 ) is arranged, and wherein the pressing pressure by advancing movement of the mold ( 1 ) and / or the workpiece ( 4 ), characterized in that the mold ( 1 ) and the workpiece ( 4 ) by separate drives in the same direction of rotation about their longitudinal axes ( 7 , 6 ) are driven to rotate, said Longitudinal axes ( 7 , 6 ) are aligned parallel to each other.

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.2. The method according to claim 1, characterized in that the mold ( 1 ) has on the inlet side a cylindrical portion ( 8 ) on which the workpiece ( 4 ) rolls during the shaping.

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.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the workpiece ( 4 ) and the mold ( 1 ) rotate at speeds of more than 500 min ^-1 during the shaping.

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.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the end to be formed of the workpiece ( 4 ) is heated to the forging temperature before insertion into the mold and that the rotational speeds of the workpiece ( 4 ) and the mold ( 1 ) and the radial distance (a) between the axes of rotation ( 6 , 7 ) of the workpiece and the mold are dimensioned so that by increasing the workpiece circumference radially inwardly to the longitudinal axis ( 6 ) of the workpiece increasing friction, the melting temperature of the shaped, metallic material in the area reaches the tube longitudinal axis ( 6 ) and by local melting of the metallic material, the tail ( 5 ) is closed during the molding and pressure-tight.

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.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that at both ends of the workpiece ( 4 ) end pieces are formed simultaneously, with two to the workpiece ( 4 ) axially displaceable forms ( 1 , 1 ') is worked.