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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft allgemein eine verbesserte Vorrichtung und ein
verbessertes Verfahren zum effizienteren Hydroformen eines rohrförmigen Teils.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren,
das eine Stanze zum Formen jedes Endes des Teils in eine gewünschte Konfiguration
und zum Halten des Teils während
des Hydroformens verwendet.
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Hintergrund
der Erfindung
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Um
ein rohrförmiges
Teil durch Hydroformen auszubilden, wird typischerweise ein Rohrrohling
innerhalb eines Hydroformwerkzeugs angeordnet und das Rohr an seinen
Enden gesichert. Der mittlere Abschnitt des Rohrrohlings wird dann
einem Hydroformen unterzogen, was einen Übergangsbereich zwischen den
Enden des Rohrrohlings und dem hydrogeformten mittleren Abschnitt
hinterlässt.
Der hydrogeformte Teil wird dann durch Entfernen der zwei Übergangsbereiche
von dem Rohr fertiggestellt, was nur den vollständig hydrogeformten mittleren
Abschnitt übriglässt. Die
Enden des Rohres können durch
Spitzenabschnitte, die im allgemeinen keilförmig sind, gesichert werden,
wie in der
EP 1 022
073 A1 offenbart ist. Hydroformen ist ebenfalls in dem
für Horton
erteilten US-Patent 5 987 950 und dem für Jaekel et al. erteilten US-Patent
6 014 950 offenbart.
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Das
Entfernen der Enden des hydrogeformten Teils erzeugt Unwirtschaftlichkeiten.
Zum Beispiel werden die abgetrennten Enden zu verschwendetem Rohmaterial.
Außerdem
erfordert das Abtrennen der Enden zusätzliche Abtrennwerkzeuge, was
die zum Erzeugen des fertiggestellten Teils benötigte Vorrichtung verkompliziert.
Des weiteren wird beim Durchführen
des zusätzlichen
Schritts des Abtrennens der Übergangszonen
an jedem Ende Zeit verschwendet.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung
und ein verbessertes Verfahren zum Ausbilden eines hohlen Teils
bereitzustellen.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte
Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum wirtschaftlichen
und effektiven Formen eines hohlen Teils durch mechanisches Ausformen
zumindest einen Endes des Teils und durch Hydroformen eines Abschnitts
des Teils bereitzustellen.
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Ein
weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Ausbilden eines Teils bereitzustellen, das eine Stanze zum Sichern
jeden Endes des Teils verwendet, während die Stanze die Enden
so formt, dass jedes Ende die gleiche Konfiguration wie ein hydrogeformter
mittlerer Abschnitt aufweist.
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Die
voranstehenden Ziele werden grundsätzlich durch Bereitstellen
eines Hydroform-Presswerkzeugs zum Hydroformen eines Teils aus einem rohrförmigen Rohling
erreicht, wobei das Teil eine gewünschte Gestalt bzw. Konfiguration
aufweist, die von einer Gestalt des Rohlings verschieden ist, und einen
gewünschten
Querschnitt an einem seiner Enden aufweist, wobei das Presswerkzeug
eine Matrizen- bzw. Gesenkanordnung umfasst, die innere Flächen aufweist,
die einen Formhohlraum definieren, wobei der Formhohlraum eine Querschnittskonfiguration
aufweist, die im wesentlichen mit der gewünschten äußeren Form des Teils übereinstimmt; und
ein Paar von in rohrförmige
Enden eingreifenden Strukturen, die an entgegengesetzten Enden des Formhohlraums
plaziert sind und entworfen und angeordnet sind, um in entgegengesetzte
Enden des rohrförmigen
Rohlings einzugreifen, wobei die in rohrförmige Enden eingreifenden Strukturen
entworfen und angeordnet sind, um die entgesetzten Enden des rohrförmigen Rohlings
abzudichten und ein Hydroformfluid innerhalb des rohrförmigen Rohlings
unter Druck zu setzen, um den rohrförmigen Rohling in Gleichförmigkeit
mit den Innenflächen
des Formhohlraums zu expandieren, wobei eine erste der in rohrförmige Enden
eingreifenden Strukturen eine äußere Querschnittskonfiguration
aufweist, die mit dem gewünschten
Querschnitt an dem einen Ende des Teils übereinstimmt, wobei die erste
der in rohrförmige
Enden eingreifenden Strukturen in einen gezwungenen Eingriff mit
einem Ende des rohrförmigen
Rohlings beweglich ist, um das eine Ende des rohrförmigen Rohlings
in die gleiche Form zu bringen wie die äußere Querschnittskonfiguration
der ersten der in rohrförmige
Enden eingreifenden Strukturen und damit in den vorbestimmten Querschnitt
an dem einen Ende des Teils.
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Die
voranstehenden Ziele werden ebenfalls erreicht durch Bereitstellen
eines Verfahrens zum Ausbilden eines hydrogeformten Teils mit den
folgenden Schritten: Bereitstellen eines Hydroformpresswerkzeugs
zum Hydroformen eines Teils aus einem rohrförmigen Rohling, wobei das Teil
eine gewünschte
Gestalt bzw. Konfiguration aufweist, die von einer Gestalt des Rohlings
verschieden ist, und einen gewünschten
Querschnitt an einem Ende des Teils aufweist, wo bei das Presswerkzeug
eine Matrizen- bzw. Gesenkanordnung umfasst, die einen Formhohlraum definierende
Innenflächen
aufweist, wobei der Formhohlraum einen Querschnittsaufbau aufweist,
der in der Form mit dem gewünschten
Querschnitt des Teils übereinstimmt,
und einem Paar von in rohrförmige Enden
eingreifenden Strukturen, die an entgegengesetzten Enden des Formhohlraums
platziert sind, und entworfen und angeordnet sind, um in entgegengesetzte
Enden des rohrförmigen
Rohlings einzugreifen, wobei die in rohrförmige Enden eingreifenden Strukturen
entworfen und angeordnet sind, um die entgegengesetzten Enden des
rohrförmigen
Rohlings abzudichten und ein Hydroformfluid innerhalb des rohrförmigen Rohlings
unter Druck zu setzen, um den rohrförmigen Rohling in Gleichförmigkeit
mit den Innenflächen
des Formhohlraums zu expandieren, eine erste der in rohrförmige Enden
eingreifenden Strukturen, die einen äußeren Querschnittsaufbau aufweist,
der mit dem gewünschten
Querschnitt an einem Ende des Teils übereinstimmt; Bewegen der ersten
der in rohrförmigen
Enden eingreifenden Strukturen in gezwungenem Eingriff mit einem
Ende des rohrförmigen
Rohlings, um das eine Ende des rohrförmigen Rohlings in die gleiche
Form wie den äußeren Querschnittsaufbau
der ersten der in rohrförmige
Enden eingreifenden Strukturen zu bringen und damit in den vorbestimmten
Querschnitt an einem Ende des Teils; und Aufbringen eines Drucks
innerhalb des rohrförmigen
Rohlings, um den rohrförmigen
Rohling zu dem gewünschten
Aufbau des Teils auszubilden.
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Andere
Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden
detaillierten Beschreibung, den anliegenden Zeichnungen und den Ansprüchen deutlich.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine explodierte Perspektivansicht, die obere und untere Pressstrukturen
und kastenförmige
Stanzen eines Hydroformpresswerkzeugs gemäß den Prinzipien der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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2 zeigt
eine longitudinale Querschnittsansicht des Hydroformpresswerkzeugs
entlang der Schnittlinie 1-1 in 1 und umfasst
einen rohrförmigen
Rohling, der innerhalb der unteren Pressstruktur angeordnet ist,
wobei die obere Pressstruktur in einer erhobenen oder vollständig geöffneten
Position dargestellt ist, und kastenförmige Stanzen, die in die Enden
des rohrförmigen
Rohlings eingreifen.
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3 zeigt
eine longitudinale Querschnittsansicht des Hydroformpresswerkzeugs ähnlich der
in 2, zeigt aber die obere Pressstruktur in einer vollständig abgesenkten
Position, wobei der rohrförmigen
Rohling innerhalb der unteren Pressstruktur angeordnet ist, die
kastenförmigen
Stanzen in die Enden des rohrförmigen
Rohlings eingeführt
sind und ein Fluid in den rohrförmigen
Rohling eingespritzt ist.
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4 zeigt
einen Querschnitt, der entlang der Schnittlinie 4-4 in 3 aufgenommen
ist und der einen unexpandierten ovalen rohrförmigen Rohling darstellt, der
innerhalb des Hydroformpresswerk zeugs angeordnet ist und mit einem
Hydroformfluid gefüllt
ist.
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5 zeigt
einen Querschnitt, der entlang einer Linie 5-5 in 9 aufgenommen
ist und den rohrförmigen
Rohling darstellt, der durch unter Druck gesetztes Fluid innerhalb
des Expansionsbereichs der zusammenwirkenden oberen und unteren
Hydroformstanzen expandiert ist.
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6 zeigt
eine teilweise Perspektivansicht, teilweise im Querschnitt, einer
kastenförmigen
Stanze, die in einen rohrförmigen
Rohling eingreift.
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7 zeigt
eine longitudinale Querschnittsansicht, die entlang einer Linie
7-7 in 6 aufgenommen ist und eine kastenförmige Stanze
zeigt.
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8 zeigt
eine Querschnittsansicht entlang einer Schnittlinie 8-8 in 9 und
zeigt die Enden des rohrförmigen
Rohlings zwischen oberen und unteren Klemmstrukturen mit einer darin
eingeführten kastenförmigen Stanze.
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9 zeigt
eine longitudinale Querschnittsansicht, die einen Schritt des Hydroformens
darstellt, bei dem die obere Pressstruktur in der vollständig abgesenkten
Position ist und ein rohrförmiger
Rohling durch unter Druck gesetztes Fluid in eine expandierte Konfiguration
hydrogeformt ist.
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10 zeigt
eine longitudinale Querschnittsansicht, die die Verwendung von Hydroform-Kolbenerweiterungen
zeigt, die an den Stanzen befestigt sind, um einem relativ kurzen
Rohling zu ermöglichen,
in ei nem relativ langen Hydroform-Presswerkzeug hydrogeformt zu
werden.
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11 zeigt
eine longitudinale Querschnittsansicht eines Hydroform-Presswerkzeugs
mit einer kastenförmigen
Stanze und einer runden Stanze, die in entgegengesetzte Enden eines
rohrförmigen
Rohlings eingreifen.
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Detaillierte
Beschreibung der Zeichnungen
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In 1 ist
allgemein eine explodierte Perspektivansicht eines Hydroformpresswerkzeugs
gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt, das allgemein mit 10 bezeichnet
ist. Das Hydroformpresswerkzeug 10 umfasst eine bewegbare
obere Pressstruktur 12, eine bewegbare untere Pressstruktur 14, eine
feste Pressstruktur 16 und ein festes Grundelement 18,
auf dem die feste Pressstruktur 16 befestigt ist. Eine
Mehrzahl von pneumatischen oder Stickstoff-Federzylindern 20 befestigen
die untere Pressstruktur 14 zur Bewegung auf dem fixierten
Grundelement 18. Die obere Pressstruktur 12, die
untere Pressstruktur 14 und die feste Pressstruktur 16 wirken
zusammen, um einen longitudinalen Formhohlraum zwischen sich zu
definieren, der einen im wesentlichen kastenförmigen oder mehrflächigen Querschnitt
aufweist, wie hier beschrieben wird. Vorzugsweise sind die obere
Pressstruktur 12, die untere Pressstruktur 14,
die feste Pressstruktur 16 und das feste Grundelement 18 jeweils
aus einem geeigneten Stahlmaterial hergestellt, wie etwa aus P-20
Stahl und/oder 2714-Stahl.
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Wie
in 1 dargestellt ist, definiert die obere Pressstruktur 12 ein
Paar von Wiegenbereichen 22 an ihren entgegengesetzten
longitudinalen Enden. Die Wiegenbereiche 22 sind geformt
und angeordnet, um obere Klemmstrukturen 26 an entgegengesetzten
longitudinalen Enden der oberen Pressstruktur 12 aufzunehmen
und festzuhalten. Genauer gesagt sind die Klemmstrukturen 26 jeweils
mit den oberen Pressstrukturen 12 an den entsprechenden Wiegenbereichen 22 durch
eine Mehrzahl von pneumatischen oder Stickstoff-Federzylindern 24 verbunden,
die eine relative vertikale Bewegung zwischen den Klemmstrukturen 26 und
den oberen Pressstrukturen 12 ermöglichen.
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Die
untere Pressstruktur 14 hat ähnliche Wiegenbereiche 30 an
ihren entgegengesetzten longitudinalen Enden, die dazu ausgelegt
und angeordnet sind, untere Klemmstrukturen 28 in einer ähnlichen
Weise festzuhalten. Wie dargestellt ist, weisen die longitudinalen
Enden, die mit 15 bezeichnet sind und Wiegenbereiche 30 der
unteren Pressstruktur 14 ausbilden, im wesentlichen eine
U-förmige
Konfiguration auf.
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Die
unteren Klemmstrukturen 28 weisen jeweils eine nach oben
gerichtete Oberfläche 34 auf, die
eine Querschnittskonfiguration aufweist, die eine Hälfte einer
vielflächigen
Oberflächenkonfiguration definiert.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff vielflächig eine
quadratische, rechteckige, parallelogrammartige, polygonale oder
andere geschlossene, nicht kreisförmige oder ovale Gestalt bzw.
Konfiguration. In der dargestellten Ausführungsform definiert die Oberfläche 34 eine
Hälfte
eines Rechtecks.
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In
der dargestellten Ausführungsform
sind die oberen zwei Klemmstrukturen 26 im wesentlichen identisch
zu den unteren Klemmstrukturen 28, aber in bezug auf diese
invertiert. Genauer gesagt weist jede obere Klemmstruktur 26 eine
nach unten gerichtete Oberfläche 36 auf,
die eine Querschnittskonfiguration aufweist, die eine zweite Hälfte der vielflächigen (d.h.
rechteckigen) Oberflächenkonfiguration
definiert. Die Oberfläche 36 jeder
Klemmstruktur 26 wirkt mit der Oberfläche 34 der entsprechenden
unteren Klemmstrukturen 28 zusammen, um eine vielflächige Klemmfläche auszubilden,
die die Endabschnitte eines rohrförmigen Rohlings 40 fasst,
wenn die obere Pressstruktur 12 abgesenkt ist.
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Wie
z.B. aus den 2, 3 und 4 erkannt
werden kann, definiert die obere Pressstruktur 12 einen
longitudinalen Kanal 38, der einen im wesentlichen invertierten
U-förmigen Querschnitt
aufweist. Der Kanal 38 ist durch eine nach unten gerichtete,
im wesentlichen horizontale, sich longitudinal erstreckende Fläche 44 und
ein Paar von beabstandeten, sich longitudinal erstreckenden vertikalen
Seitenflächen 43 definiert,
die sich parallel zueinander von entgegengesetzten Seiten der Fläche 44 erstrecken.
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Die
untere Pressstruktur 14 weist eine sich vertikal durch
sie erstreckende zentrale Öffnung 42, zwischen
den U-förmigen longitudinalen
Enden 15 auf. Die Öffnung 42 nimmt
die feste Pressstruktur 16 auf. Innere vertikale Flächen 41 in
der untere Pressstruktur 14 definieren die voranstehend
erwähnte zentrale Öffnung 42.
Genauer gesagt definiert ein Paar von sich longitudinal erstreckenden
Seitenflächen 41 die
lateralen Extremitäten
der Öffnung 42. Die
Oberflächen
sind vertikal in einem parallelen, einander zugewandten Verhältnis 15 zueinander
angeordnet. Die U-förmigen
Endabschnitte der unteren Pressstruktur 14 definieren die
longitudinalen Extreme der Öffnung 42 und
weisen Innenflächen
(nicht dargestellt) auf, die vertikal in einem parallelen, einander
zugewandten Verhältnis
zueinander angeordnet sind.
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Das
feste Grundelement 18 weist die Form einer im wesentlichen
rechteckigen Metallplatte auf. Die feste Pressstruktur 16 ist
an einer oberen Oberfläche 46 des
festen Grundelements 18 befestigt. Die feste Pressstruktur 16 ist
eine sich länglich
ausdehnende Struktur, die sich entlang einem Großteil der Länge der oberen Oberfläche 46 des
festen Grundelements 18 erstreckt, im allgemeinen entlang
der Mitte des festen Grundelements 18. Die feste Pressstruktur 16 ragt
von dem festen Grundelement 18 nach oben hervor und weist
im wesentlichen vertikale Seitenflächen 48 an entgegengesetzten
longitudinalen Seiten davon auf. Die feste Pressstruktur 16 ist dazu
entworfen und angeordnet, sich innerhalb der Öffnung 42 in der unteren
Pressstruktur 14 zu erstrecken, mit einem minimalen Abstand
zwischen den im wesentlichen vertikalen Seitenflächen 48 der festen Pressstruktur
und vertikalen Flächen 41 der
unteren Pressstruktur 16. In ähnlicher Weise besteht ein
minimaler Zwischenraum zwischen den inneren transversalen Seitenflächen (nicht
dargestellt) der Endabschnitte 15, der unteren Feststruktur 14 und
den vertikalen Endflächen 49 der
festen Pressstruktur 16. Die feste Pressstruktur 16 umfasst
des weiteren eine nach oben gerichtete, im wesentlichen horizontale und
sich longitudinal erstreckende Pressfläche 50, die dazu ausgelegt
und angeordnet ist, sich in einem beabstandeten, einander zugewandten
Verhältnis
zu der sich longitudinal erstreckenden, nach unten gerichteten Pressfläche 44 der
oberen Pressstruktur 12 zu erstrecken.
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Wie
am besten in den 4 und 5 zu sehen
ist, wirken die voranstehend genannten Seitenflächen 41, die nach
oben gerichtete Fläche 50, die
Seitenflächen 43 und
die nach unten gerichtete Fläche 44 zusammen,
um einen Formhohlraum 52 zu definieren, der eine vielflächige Querschnittskonfiguration
im wesentlichen durch seine gesamte longitudinale Erstreckung aufweist.
Die Oberflächen
des Formhohlraums definieren die gewünschte Form eines Teils, das
aus einem kreisförmigen
oder ovalen rohrförmigen
Rohling zu hydroformen ist.
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2 zeigt
die obere Pressstruktur 12 in einer geöffneten oder angehobenen Position.
In dieser Position ermöglicht
das Hydroformpresswerkzeug 10, dass der rohrförmige Rohling 40 innerhalb
der unteren Pressstruktur 14 angeordnet ist.
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Nachdem
der Rohling 40 in der unteren Pressstruktur 14 angeordnet
ist, wird die obere Pressstruktur 12 abgesenkt, um den
Formhohlraum 52 auszubilden. Der Formhohlraum kann letztendlich kleiner
sein als der, der in 4 dargestellt ist, um ein leichtes
Zusammendrücken
des rohrförmigen Rohlings 40 zu
bewirken, bevor der Rohling 40 bei dem Hydroformvorgang
expandiert wird, wie in dem für
Horton erteilten US-Patent 5 987 950 offenbart ist. Wenn der rohrförmigen Rohling 40 zwischen
der geschlossenen oberen Pressstruktur 12 und der geschlossenen
unteren Pressstruktur 14 angeordnet ist, werden Hydroformkolben 80,
die Stanzen 81 aufweisen und an Befestigungsstrukturen 90 angebracht
sind, von entgegengesetzten Seiten des Hydroformpresswerkzeugs 10 herangefahren,
um in entgegengesetzte Enden des rohrförmigen Rohlings 40 einzugreifen.
Wie am deutlichsten in den 6 und 7 zu
sehen ist, umfasst jede Stanze 81 einen anfänglichen
angeschrägten
Abschnitt 82, der in einen vielflächigen, hier rechteckigen,
Abschnitt 84 übergeht.
Ein Grundelement 86, das eine laterale Schulter 88 ausbildet,
ist an einem Ende des vielflächigen
Abschnitts 84 entgegengesetzt zu dem anfänglichen
abgeschrägten
Abschnitt 82 ausgebildet.
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Die
Stanze 81 ist an einem Ende der Befestigungsstruktur 90 mittels
eines mechanischen Befestigungselements 92, wie etwa einem
Bolzen, gesichert, das sich durch abge senkte Aussparungen 94, die
in der Stanze 81 ausgebildet sind, in das Halteelement 92 erstreckt.
Das Grundelement 86 weist vorzugsweise eine Größe und eine
Form auf, die zu der Größe und der
Form der Befestigungsstruktur 90 komplementär ist, um
einen weichen gleichmäßigen Übergang
zwischen der Stanze 81 und der Befestigungsstruktur 90 auszubilden.
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In
der dargestellten Ausführungsform
ist der abgeschrägte
Abschnitt 82 vorzugsweise in einem Winkel θ (siehe 4)
zwischen ungefähr
13 bis 17°, vorzugsweise
von ungefähr
15°, in
bezug auf die Seiten des kastenförmigen
Abschnitts 84 ausgebildet. Der vielflächige Abschnitt 84 weist
vorzugsweise gerade Seiten auf, um einen Umfang aufzuweisen, der eine
vielflächige
Form, wie etwa ein Polygon, ein Quadrat, Rechteck, verzerrtes Parallelogramm
usw., definiert. Die Umfangsform des kastenförmigen Abschnitts 84 entspricht
im wesentlichen der Form der Klemmfläche, die durch die nach oben
gerichtete Oberfläche 34 der
unteren Klemmstruktur 28 und der nach unten gerichteten
Oberfläche 36 der
unteren Klemmstruktur 26 ausgebildet ist. Außerdem ist
die Größe des vielflächigen Abschnitts 84 so
definiert, dass eine abdichtende Presspassung mit der Wand des rohrförmigen Rohlings 40 bereitgestellt
ist, wobei die Klemmflächen
eine externe Stützung
für den Rohling 40 bereitstellen.
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Das
vordere Ende 83 der Stanze 81 an dem freien Ende
des geschrägten
Abschnitts 82 hat Ausmaße, die kleiner als die des
vielflächigen
Abschnitts 84 sind, wodurch dem vorderen Ende 83 ermöglicht wird,
in das unexpandierte Ende des rohrförmigen Rohlings 40 eingeführt zu werden,
wie in 2 dargestellt ist. Wenn das vordere Ende 83 der
Stanze 81 mit dem Ende des Rohlings 40 ineinander
greift, kann der Hydroformkolben weiter mit der Kraft eines hydraulischen
Drucks vorangetrieben werden, wodurch die Stanze 81 in
das Ende des rohrförmigen
Rohlings 40 gezwungen wird, nachdem die obere Pressstruktur 12 abgesenkt
ist, wie in 3 dargestellt ist. Der abgeschrägte Abschnitt 82 der
Stanze 81 bildet schrittweise das Ende des rohrförmigen Rohlings 40 aus,
bis der vielflächige
Abschnitt 84 vollständig
in das Ende des Rohlings 40 eingeführt ist. Während dieses Vorgangs können die
Endabschnitte des Rohlings 40 nach außen gezogen werden, da sie
konform zu dem vielflächigen
Abschnitt 84 und damit zu den nächstliegenden Klemmflächen 34, 36 sind,
wie am besten in den 3 und 8 dargestellt
ist. Die Breite der lateralen Schulter 88 ist vorzugsweise
im wesentlichen dieselbe wie die Dicke des rohrförmigen Rohlings 40,
so dass die Außenfläche des
rohrförmigen
Rohlings 40 weich in die Außenflächen des Grundelements 86 und
des Halteelements 90 übergeht.
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Daher
ist es, wenn das Rohr über
der Stanze dazu ausgebildet ist, der letztendlichen Rohrform zu entsprechen,
nicht notwendig, den Abfallabschnitt des Rohlings zu entfernen,
was die Notwendigkeit eines Abtrennwerkzeugs ausschließt, was
Geld und Zeit spart.
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Während sich
die voranstehende Beschreibung nur auf eine Stanze bezieht, sollte
man sich bewusst sein, dass diese Diskussion auf beide Stanzen 81 an
entgegengesetzten Enden des Rohrs 40 angewendet werden
kann.
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Der
rohrförmige
Rohling 40 kann rund sein (kreisförmiger Querschnitt). Die Stanzen 81 weisen ähnliche
Höhen- und Breitenausdehnungen
wie der Rohling auf. Der Rohling kann oval sein für Stanzen, die
rechteckig sind oder andernfalls entlang einer Höhen- oder Breitenausdehnung
verlängert
sein. Hydroformvorgänge,
die ovale rohrförmige
Rohlinge verwenden, sind in dem US-Patent 5 987 950 offenbart. Das
Bereitstellen eines rohrförmigen
Rohlings, das einen ovalen Querschnitt aufweist, ist vorteilhaft im
Vergleich zu dem herkömmlichen
kreisförmigen Querschnitt,
da er einen Umkreis bereitstellt, der genauer mit dem letztendlichen
Querschnittsumfang der im allgemeinen kastenförmigen (nicht rechteckigen)
querschnittsförmigen
Formhohlraum 52 übereinstimmt.
Daher ist eine geringere Expansion des Rohlings 40 erforderlich,
wenn der Rohling in Formgleichheit mit den den Formhohlraum 52 bildenden Flächen expandiert
wird. Zusätzlich
ermöglicht
die genauere Übereinstimmung
des Rohlings 40 mit den Formhohlraumflächen dem Rohling, einfacher
in die Ecken des Formhohlraums 52 erweitert zu werden, wo
die Expansion aufgrund des ansteigenden Reibkontakts der Oberflächen zwischen
der äußeren Oberfläche des
Rohlings und den Formhohlraumflächen
während
der Expansion des Rohlings 40 am schwierigsten wird.
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Wie
in 3 erkannt werden kann, werden, wenn der Rohling 40 im
wesentlichen fest am Platz zwischen den Pressstrukturen 12 und 14 gehalten
ist, die Hydroformzylinder oder -kolben 80 teleskopartig und
abdichtend in beide entgegengesetzte Enden des Rohlings 40 eingeführt, so
dass die abgeschrägten
Oberflächen 82 in
die entgegengesetzten Kanten des Rohlings 40 eingreifen.
Die Kolben 80 werden nach innen gezwungen, um zu bewirken,
dass die entgegengesetzten Kanten des Rohlings 40 die Oberfläche 82 entlanggleiten,
bis sie in die Oberflächen 88 eingreift
und daher die Endabschnitte des Rohlings in die äußere Form des Abschnitts 84 der Stanze 81 überführt. Die
Hydroformzylinder werden dann vorzugsweise vorgefüllt, aber
setzen den rohrförmigen
Rohling 40 nicht in großem Maße mit Hydroformfluid (vorzugsweise
Wasser) unter Druck, wie durch den Bezugsbuchstaben F angezeigt
ist. Das hydraulische Fluid wird durch einen Kanal 87 eingespritzt,
der in einer oder beiden Stanzen 81 ausgebildet ist, die
mit einem Kanal 97 in Verbindung stehen, der in der entsprechenden
Befestigungs struktur 90 ausgebildet ist. Obwohl der Vorfüllvorgang
dazu bevorzugt ist, die Zyklenzeiten zu reduzieren, und ein weiches
konturiertes Teil zu erlangen, kann bei einigen Anwendungen die
obere Pressstruktur 12 vollständig abgesenkt werden, bevor
jegliches Fluid im Innern des rohrförmigen Rohlings 40 vorgesehen
ist.
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Die
Endabschnitte des abgedichteten Formhohlraums 52 sind im
wesentlichen rechteckig in der Form, wie durch Oberflächenabschnitte 54 definiert ist,
die im wesentlichen dieselbe Größe und Form
wie die Klemmflächen 34, 36 der
Klemmstrukturen 28 bzw. 26 aufweisen. Daher die
definieren die Abschnitte 54 Bereiche des Formhohlraums,
die einen Querschnittsbereich aufweisen, der derselbe ist oder nur
wenig größer ist
als der Bereich, der durch die Querschnittsform der Endabschnitte
des rohrförmigen
Rohlings 40 definiert ist, nachdem die Stanzen 81 in
die Enden des rohrförmigen
Elements gezwungen sind, wie in 6 dargestellt
ist. Anders gesagt definieren die Abschnitte 54 des Formhohlraums 52 Bereiche
des Formhohlraums, die dazu verwendet werden, den rohrförmigen Rohling 40 während des Hydroformvorgangs
nur in dem Maße
zu expandieren, der dazu benötigt
ist, die Form des Rohlings von einem runden oder einem ovalen Querschnitt
zu einer vielflächigen
(hier rechteckigen) Querschnittskonfiguration zu konvertieren. Da
die Endabschnitte des Rohlings 40, der an Stanzen 81 (wie
in 6 dargestellt ist) angepasst ist, die für das fertige
zu hydroformende Teil gewünschte
Form ausbilden und keinen unexpandierten Abschnitt erzeugen, der
nach dem Hydroformvorgang abgetrennt werden muss, so dass die verbleibenden,
nicht abgetrennten Abschnitte des Rohrs dem gewünschten Teil entsprechen, wird
eine bedeutende Menge an Abfallmaterial gespart. Jeder unexpandierte
Oberflächenabschnitt 54 der
Pressstruktur definiert eine Form, die mit der Form der Abschnitte 84 und 86 der
Stanze 81 konsistent ist.
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Der
Formhohlraum 52 kann ebenfalls einen vergrößerten Abschnitt 56 in
Richtung der longitudinal zentralen Abschnitte von sich umfassen.
Wenn die obere Pressstruktur 12 in bezug auf die untere Pressstruktur 14 geschlossen
ist und die Stanzen 81 dichtend in die Enden des Rohlings 40 eingeführt sind,
kann das Fluid F unter Druck gesetzt werden, um den rohrförmigen Rohling 40 in
Formgleichheit mit den den Formhohlraum 52 definierenden
Flächen zu
expandieren (siehe 5 und 9). Der
rohrförmigen
Rohling 40 ist in die nicht runde, vielflächige (d.h.
rechteckige) Form des Formhohlraums 52 expandiert. Falls
das Hydroformwerkzeug einen Formhohlraum mit einem vergrößerten Abschnitt 56 umfasst,
wird der Rohling 40 in dem Bereich vergrößert. Weil
die Abschnitte 54 des Formhohlraums 52 Formen
definieren, die mit der Form des vielflächigen Abschnitts 84 der
Stanzen 81 konsistent sind, weist das hydrogeformte Element
eine konsistente Form bis zu seinen Enden auf und es ist nicht notwendig, die
Endabschnitte zu trennen. Falls ein Abschnitt des Rohlings in seinem
Querschnittsumfang wesentlich vergrößert werden soll, z.B. um mehr
als 5% relativ zu dem ursprünglichen
Rohlingsumfang, kann es bevorzugt sein, dass die longitudinalen
Enden des Rohlings nach innen aufeinanderzugedrückt werden, um die Wandstärke wieder
herzustellen, wenn der Rohling expandiert ist. Falls der Rohling
nicht zu vergrößern ist,
sondern nur in Formgleichheit mit einem vielflächigen Formhohlraum expandiert
ist, können longitudinale
Bewegungen der Enden während
der Expansion des Rohlings nicht notwendig sein. Genaueres über den
bevorzugten Hydroformvorgang in dem für Jaekel et al. erteilten US-Patent
6 014 879 offenbart.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist es allgemein bevorzugt, eine kreisförmige oder ovale Stanze zu
verwenden, im Gegensatz zu einer vielflächigen Stanze, falls ein bedeutsames
Ausmaß an Umfangsexpansion
an einem Ende des rohrförmigen Teils
erforderlich ist, so dass dort eine bedeutende Wandstärkenwiederherstellung
erforderlich ist. Dies geschieht aus dem Grund, damit Material effektiver, gleichmäßiger in
Richtung des vergrößerten Bereichs
von einem gerundeten Ende als von einem kastenförmigen Ende fließt. Solch
eine Hydroformkonfiguration ist in 11 dargestellt,
in der die umgebenen Pressstrukturen nicht zur Klarheit der Illustration
nicht dargestellt sind. Die dargestellte Anordnung umfasst einen
Hydroformkolben 80, der eine abgeschrägte rechteckige Stanze 81 und
eine rechteckige Befestigungsstruktur 90 aufweist, wie
voranstehend dargestellt und beschrieben wurde. Die Anordnung umfasst
außerdem
einen zweiten Hydroformkolben 100, der einen zylindrischen Grundabschnitt 112 und
einen kleineren zylindrischen Abschnitt 102 mit einer Einführungsschräge 116 aufweist,
die an dem Ende ausgebildet ist. Eine kreisförmige ringförmige Dichtungsschulter 114,
die in das Ende des rohrförmigen
Rohlings 40' eingreift, ist
zwischen dem Grundabschnitt 112 und dem zylindrischen Abschnitt 102 definiert.
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An
dem mit der vielflächigen
Stanze 81 in Eingriff stehenden Ende des Rohlings 40' zeigt die Pressstruktur
(nicht dargestellt) eine Oberflächenkonfiguration,
die den Rohling 40' so
ausbildet, dass die Querschnittskonfiguration in einem Abschnitt 110 des
Rohlings nur in dem Maße
expandiert ist, dass der gerundete Querschnitt des Rohlings in einen
vielflächigen
Querschnitt konvertiert ist. An den Abschnitt 110 schließt sich
ein stufenweise kegelförmiges
Segment 108 an, das sich in einen vergrößerten rechteckigen Querschnittsabschnitt 106 erstreckt. Umgekehrt
zeigt die Pressstruktur an dem mit einer zylindrischen Stanze 100 in
Eingriff stehenden Ende des Rohlings 40' eine Oberflächenkonfiguration, die einen
relativ kurzen, nicht vergrößerten Abschnitt 105 des
Rohlings ausbildet. Der Rohling geht dann aus der gerundeten Umkreisform
bei 105 in den rechteckigen Querschnitt im Bereich 106 über. Die zylindrische
Stanze 100 ermöglicht
die relativ große Expansion
des vergrößerten Bereichs 106 und
den abrupten Übergangsbereich 104,
weil ein longitudinales Drücken
an dem Ende des rohrförmigen
Elements 40' effektiver
zum Wiederherstellen der Randstärke
ist, wenn die Stanze rund ist. Der zylindrische Endabschnitt des
ausgebildeten Elements, das durch die zylindrische Stanze 100 geformt
ist, würde
herkömmlicherweise
während
eines nachfolgenden Fertigstellungsvorgangs abgetrennt werden.
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Das
kastenförmige
Ende, das durch die rechteckige Stanze 81 ausgebildet ist,
kann auf der anderen Seite auf die gewünschte letztendliche Elementform
zugeschnitten werden, so dass das Ende nicht abgetrennt werden muss.
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Wie
in 10 dargestellt ist, können eine oder mehrere Kolbenerweiterungen 120 zwischen der
Stanze 81 und dem Halteelement 90 installiert sein.
Die Erweiterungen 120 weisen eine rechteckige Querschnittskonfiguration
auf, die zu der rechteckigen Querschnittssektion der Befestigungsstruktur 90 und
des Grundelements 86 der Stanze 81 konform ist.
Dementsprechend können
sich die Hydroformkolben 80' weiter
in die relativ unvergrößerten Abschnitte 54 des
Formhohlraums 52 erstrecken, um ein Hydroformen von kürzeren,
rohrförmigen
Rohlingen 40' in
demselben Formhohlraum auszuführen.
Natürlich können sich
die erweiterten Hydroformrohlinge 80' nicht in den vergrößerten Bereich 56 des
Hydroformformhohlraums 52 erstrecken oder die Dichtung
zwischen dem Ende des rohrförmigen
Rohlings 40' und der
Schul ter 88 der Stanze 81 geht verloren, wenn sich
der rohrförmige
Rohling in den vergrößerten Bereich 56 ausdehnt.
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Somit
umfasst die vorliegende Erfindung ein Hydroform-Presswerkzeug zum
Hydroformen eines Teils aus einem rohrförmigen Rohling mit einer Pressstruktur,
die Innenflächen
aufweist, die einen Formhohlraum definieren, wobei der Formhohlraum eine
Querschnittskonfiguration aufweist, die mit dem vorbestimmten Querschnitt
des Teils übereinstimmt, und
wobei das Teil eine vorbestimmte Konfiguration verschieden von einer
Konfiguration des Rohlings aufweist und einen vorbestimmten Querschnitt
an einem Ende davon umfasst.
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Es
sollte gewürdigt
werden, dass die voranstehende detaillierte Beschreibung und die
anliegenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen lediglich darstellender
bzw. beispielhafter Natur sind, und dass die vorliegende Erfindung
alle anderen Ausführungsformen
umfasst, die innerhalb des Geltungsbereichs der angefügten Ansprüche liegen.