EP0616858A1 - Process and apparatus for forming profiled hollow workpieces - Google Patents

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EP0616858A1
EP0616858A1 EP94104355A EP94104355A EP0616858A1 EP 0616858 A1 EP0616858 A1 EP 0616858A1 EP 94104355 A EP94104355 A EP 94104355A EP 94104355 A EP94104355 A EP 94104355A EP 0616858 A1 EP0616858 A1 EP 0616858A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
pressure medium
mandrel
mold
pressure
Prior art date
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Pending
Application number
EP94104355A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hermann Bartels
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Individual
Original Assignee
Individual
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Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP0616858A1 publication Critical patent/EP0616858A1/en
Pending legal-status Critical Current

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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
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/10—Stamping using yieldable or resilient pads
    • B21D22/105—Stamping using yieldable or resilient pads of tubular products

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and an apparatus for performing the method.
  • the invention has for its object to provide a method that enables the forming of hollow profile workpieces made of metal quickly with high degrees of deformation and with little effort.
  • the solution to the problem is characterized in claim 1.
  • the upsetting movement can advantageously take place parallel to the mandrel movement, ie in the direction or in the opposite direction of the mandrel movement.
  • a particularly important development of the invention provides that the mandrel is pressed in in two or more steps and that the pressure medium is conveyed between the steps after the mandrel has been returned.
  • the supply of the pressure medium takes place by means of a pressure cylinder, but can also take place under the influence of gravity in a vertical arrangement.
  • the mandrel movement and the upsetting movement can advantageously be controlled independently of one another.
  • a workpiece is expanded successively in several areas by one or more movement steps of the mandrel with different upsetting movements, for example in such a way that the wall thickness is retained during expansion in some areas, but is reduced in other areas.
  • the control can run according to a preselected program. If the pressure medium is shaken after or during the return of the mandrel as well as during the subsequent conveying, a wedging of the solid particles, even of smooth steel balls, can be safely released, so that further deformation is possible in the next step.
  • Solid particles which can withstand very high temperatures can be selected without difficulty, so that better and simpler forming is then possible in the desired manner.
  • temperatures above 200 ° C the tensile strength and hardness of most metals, but especially aluminum, have dropped so much compared to the values at room temperature that the required pressures are significantly lower.
  • the elongation at break and the constriction of the fracture generally increase, so that larger deformations are possible.
  • the pressure medium can consist of metal balls with a radius of r ⁇ 5 mm, preferably ⁇ 2 mm. Silicon oxide grains or spheres can also be used, which are then expediently larger than 0.3 mm, preferably having a size between 0.5 and 1.0 mm. If necessary, two or more types and / or sizes of solid particles can also be mixed.
  • the workpiece can be heated by heating the mold to the desired temperature.
  • the workpiece can be placed in the Pre-heated mold. In the same way, it is also possible to preheat the pressure medium before it is pressed into the mold.
  • Devices for carrying out the method can be constructed by a person skilled in the art by adapting to the respective conditions and taking into account the respective hollow profile workpieces and metallic materials using known components.
  • the mandrel has the shape of a cone.
  • a cone is understood here not only as a circular cone but as a cone with any cross-section, for example square, rectangular or elliptical cross-section.
  • the cone can be straight or curved. Its tip can also be rounded or run out in a surface or cutting edge.
  • Another development for the deformation of tubular workpieces is characterized by a guide tube which bears against the inner wall of the tubular workpiece and has an axial inner bore for slidably receiving the mandrel and a device for axially displacing the guide tube in the workpiece.
  • the workpiece can then be successively deformed in two or more regions lying axially one behind the other with a corresponding internal configuration of the press mold, with contact with the inner contour of the press mold.
  • the guide tube is first shifted axially to the beginning of the first deformation region. Then the tubular workpiece is deformed in this area. Only after the guide tube has been axially withdrawn to the beginning of the second deformation region can the pressure medium also become effective in this region and carry out the deformation. The same applies to other areas.
  • tubular is understood to mean a tube with any cross section, for example circular, elliptical, rectangular or square cross section.
  • the tube can also change Have cross sections and also asymmetrical cross sections.
  • the pipe doesn't have to be straight either. It can be curved and crooked.
  • the pressure medium is expediently supplied by means of a pressure cylinder which is attached to the press mold in a force-locking or positive manner and presses the pressure medium in via a channel.
  • a pressure cylinder which is attached to the press mold in a force-locking or positive manner and presses the pressure medium in via a channel.
  • the press mold and / or the press cylinder has at least one vibrator. The vibrator also improves the delivery and homogenization of the print medium.
  • the workpiece to be deformed which in the exemplary embodiment shown in the drawings is an aluminum tube 11 with a circular cross section, lies in a split mold 12 with a cavity 13 which corresponds to the shape of the workpiece 11 to be produced.
  • Heating plates or belts 14 generate and maintain the desired mold temperature in order to heat the workpiece 11 or to maintain the temperature of the previously heated workpiece.
  • a delivery unit 15 for the pressure medium 16 in the form of steel balls is flanged to the compression mold 12.
  • the delivery unit 15 contains a cylinder 17 for the pressure medium 16 and a piston 18, the piston rod 19 of which is provided with an external thread and is screwed into an end plate 20.
  • the piston rod 19 By rotating the piston rod 19 by means of a square 21, the pressure medium 16, which is filled in via a funnel 22, can be conveyed through a bore 23 into the mold 12.
  • the opening cross section 40 of the funnel 22 is closed by the piston 18.
  • a mandrel 24 projects into the workpiece through a guide element 25 located in the workpiece 11.
  • the mandrel 24 is screwed into a sleeve 35 with an external thread, which has a thread 36 at the end.
  • the sleeve 35 is screwed into an end plate 27 which is flanged to the die 12 via a housing 28 and a guide plate 29.
  • the housing 28 there is a tubular pressing element 30 which is guided on one side with a flange 31 in the housing and on the other side in the plate 29 and abuts the workpiece 11 on the end face.
  • the deformation of the workpiece 11 starts from the position of all parts shown in FIG. 1 after the mold 12 with the workpiece 11 has been heated to the desired temperature.
  • the mandrel 24 is displaced in the direction of the workpiece 11, while at the same time, by rotating the sleeve 35 by means of a square 32, the pressing element 30 is displaced in the direction of the tube 11 by a flange 26 of the sleeve 35 bearing against its flange 31 becomes.
  • the mandrel 24 then penetrates into the pressure medium, in the exemplary embodiment steel balls 16, and is provided with a cone 33 at the tip for this purpose.
  • the workpiece 11 is the pressure of the Balls 16 widened in the direction of the position shown in FIG.
  • the workpiece 11 being compressed at the same time via the sleeve 35 and the pressing element 30, so that a weakening of the wall thickness is avoided when widening.
  • the displacement of the mandrel 24, on the one hand, and of the pressing element 30, on the other hand, can be controlled independently of one another in order to adapt the pressure generation and compression movement.
  • FIGS. 4 and 5 show a modification of the deformation device according to FIGS. 1 to 3.
  • the compression mold 12 in addition to the cavity 13 (which for simplification only two Contains stages), a further, in the exemplary embodiment smaller cavity 13a is provided, which forms a further deformation area.
  • the workpiece can thus be given two shapes axially one behind the other, which correspond to the cavities 13 and 13a of the compression mold 12.
  • the axially displaceable guide element 25 (the drive for the displacement is not shown) has the position according to FIGS. 1 to 3, its front end face is therefore at the end of the cavity 13, seen in the direction of the deformation steps.
  • the guide element is returned to the position shown in FIG. 4, and is therefore now at the end of the cavity 13a.
  • the pressure medium 16 in the form of the steel balls is then pushed in with the aid of the piston 18, so that it fills the entire cavity.
  • 1 to 5 can, as shown, be arranged horizontally. However, a vertical arrangement is also possible, in such a way that the pressure medium 16 in the form of balls, after pulling back the mandrel 24 and shaking, fall into the resulting cavity under the influence of gravity.
  • the piston 18 of the pressure cylinder then only has to be adjusted for the subsequent deformation step in order to avoid the balls being pushed back again in the next step.

Abstract

A description is given of a process for forming profiled hollow workpieces, for example tubes (11), from metal. The workpiece is laid in a press die (12), the internal contour (13) of which corresponds to the shape of workpiece to be produced. After the closure of the press die (12), a pressure medium (16) in the form of solid parts and, in particular, steel balls is forced into the workpiece by means of a plug (24), pressing them against the internal contour of the press die. An upsetting movement of the workpiece (11) is superimposed on the movement of the plug. The pressing in of the plug (24) can take place in two or more steps, the pressure medium (16) being pushed forwards by means of a pressure cylinder (17, 18) between the steps after the retraction of the plug in each case. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and an apparatus for performing the method.

Es ist bekannt, Hohlprofil-Werkstücke umzuformen, indem die Werkstücke in eine Preßform mit einer Innenkontur eingelegt werden, die der zu erzeugenden Form des Werkstücks entspricht. Mit einem Druck erzeugenden System, beispielsweise einem Druckzylinder, wird dann Öl oder eine Wasser-Öl-Emulsion unter hohem Druck in das Werkstück eingepreßt. Bei ausreichend hohem Druck erreicht man dann durch Anlegen der Werkstoffwandung an die Innenkontur der Preßform die gewünschte Umformung. Die Verwendung flüssiger oder auch gasförmiger Druckmedien bringt jedoch Abdichtungsprobleme mit sich, weil die Hohlprofil-Werkstücke, beispielsweise Aluminium-Hohlprofile, Toleranzen haben, so daß eine ständige Anpassung des Dichtbereichs zur Preßform erforderlich ist. Flexible Dichtungen sind bei sehr hohen Drücken kaum brauchbar, insbesondere dann, wenn höhere Temperaturen auftreten. Darüber hinaus fordert der offene Umgang mit Öl auch aus umweltrechtlicher Sicht hohe Aufwendungen.It is known to shape hollow profile workpieces by inserting the workpieces into a press mold with an inner contour which corresponds to the shape of the workpiece to be produced. With a pressure generating system, for example a pressure cylinder, oil or a water-oil emulsion is then pressed into the workpiece under high pressure. If the pressure is sufficiently high, the desired deformation can be achieved by applying the material wall to the inner contour of the mold. However, the use of liquid or gaseous pressure media brings with it sealing problems because the hollow profile workpieces, for example aluminum hollow profiles, have tolerances, so that a constant adaptation of the sealing area to the press mold is necessary. Flexible seals are hardly usable at very high pressures, especially when higher temperatures occur. In addition, the open handling of oil also requires high expenses from an environmental law perspective.

Aus "Industrie-Anzeiger, Essen", Nr. 37, 8. Mai 1951, Seiten 393 bis 396, sowie aus der DDR-PS 25 188 ist es auch bereits bekannt, Feststoffteile, beispielsweise Sand oder kleine Kugeln als Druckmedium zu verwenden. Die erreichbaren Verformungsgrade sowie die Güte der Verformung reichen jedoch bei den bekannten Verfahren nicht aus, insbesondere deswegen, weil sich bei Verwendung der erforderlichen hohen Drücke die Feststoffteilchen ineinander verkeilen und dann keine weitere Verformung mehr möglich ist.From "Industrie-Anzeiger, Essen", No. 37, May 8, 1951, pages 393 to 396, as well as from GDR PS 25 188, it is also known to use solid parts, for example sand or small balls, as pressure medium. The achievable degrees of deformation and the quality of the deformation are not sufficient in the known methods, in particular because when the required high pressures are used, the solid particles wedge into one another and then no further deformation is possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das Umformungen von Hohlprofil-Werkstücken aus Metall schnell bei hohen Verformungsgraden und mit kleinem Aufwand ermöglicht. Die Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet.The invention has for its object to provide a method that enables the forming of hollow profile workpieces made of metal quickly with high degrees of deformation and with little effort. The solution to the problem is characterized in claim 1.

Durch die Druckerzeugung mittels eines Dornes wird erreicht, daß sich hohe und genau dosierbare Drücke ohne Abdichtungsprobleme erzeugen lassen. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The pressure generated by means of a mandrel ensures that high and precisely metered pressures can be generated without sealing problems. Developments of the invention are the subject of the dependent claims.

So vermeidet eine gleichzeitige Stauchbewegung des Werkstücks, die der Dornbewegung überlagert ist, die sonst bei hohen Verformungsgraden auftretenden Wandschwächungen des Werkstücks bis zum Aufreißen. Die Stauchbewegung kann mit Vorteil parallel zur Dornbewegung, d.h. in Richtung oder in Gegenrichtung der Dornbewegung erfolgen. Eine besonders wichtige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das Einpressen des Dorns in zwei oder auch mehreren Schritten erfolgt und daß zwischen den Schritten jeweils nach Rückführen des Dorns das Druckmedium nachgefördert wird. Das Nachfördern des Druckmediums erfolgt dabei mittels eines Druckzylinders, kann aber bei vertikaler Anordnung auch unter Schwerkrafteinfluß erfolgen. Die Dornbewegung und die Stauchbewegung können mit Vorteil unabhängig voneinander gesteuert werden. Dadurch läßt sich erreichen, daß ein Werkstück nacheinander in mehreren Bereichen durch einen oder mehrere Bewegungsschritte des Dorns bei unterschiedlichen Stauchbewegungen aufgeweitet wird, beispielsweise so, daß in einzelnen Bereichen die Wandstärke beim Aufweiten erhalten bleibt, in anderen Bereichen dagegen verringert wird. Die Steuerung kann dabei nach einem vorgewählten Programm ablaufen. Wenn das Druckmedium nach oder auch während der Rückführung des Dorns sowie auch während der Nachförderung gerüttelt wird, kann ein Verkeilen der Feststoffteilchen, und zwar auch von glatten Stahlkugeln, sicher gelöst werden, so daß beim nächsten Schritt eine weitere Verformung möglich wird.A simultaneous upsetting movement of the workpiece, which is superimposed on the mandrel movement, avoids the weakening of the wall of the workpiece that otherwise occurs at high degrees of deformation until it tears open. The upsetting movement can advantageously take place parallel to the mandrel movement, ie in the direction or in the opposite direction of the mandrel movement. A particularly important development of the invention provides that the mandrel is pressed in in two or more steps and that the pressure medium is conveyed between the steps after the mandrel has been returned. The supply of the pressure medium takes place by means of a pressure cylinder, but can also take place under the influence of gravity in a vertical arrangement. The mandrel movement and the upsetting movement can advantageously be controlled independently of one another. It can thereby be achieved that a workpiece is expanded successively in several areas by one or more movement steps of the mandrel with different upsetting movements, for example in such a way that the wall thickness is retained during expansion in some areas, but is reduced in other areas. The control can run according to a preselected program. If the pressure medium is shaken after or during the return of the mandrel as well as during the subsequent conveying, a wedging of the solid particles, even of smooth steel balls, can be safely released, so that further deformation is possible in the next step.

Eine zusätzliche wichtige Weiterbildung sieht vor, daß das Werkstück auf eine Temperatur von wenigstens 200°C erwärmt wird. Die mit bekannten Verfahren in einem Schritt erzielbaren Umformungen sind trotz Anwendung sehr hoher Drücke beschränkt. Es ist zwar bekannt, daß bei höheren Temperaturen und insbesondere oberhalb der Rekristallisationsschwelle die Umformbarkeit des jeweiligen Werkstoffs wesentlich gesteigert werden kann. Da diese Rekristallisationsschwelle jedoch beispielsweise für Aluminium zwischen 330 und 550°C liegt, läßt sich das o.e. bekannte Verfahren unter Verwendung einer Wasser-Öl-Emulsion nicht einsetzen. Eine solche Emulsion kann nur bis zu Temperaturen von 100°C benutzt werden. Öl als Druckmedium erfordert bei Temperaturen über 200°C ein geschlossenes Transport- und Arbeitssystem, um eine Oxidation des Öls zu vermeiden und den Sicherheitsvorschriften zu entsprechen. Es können ohne Schwierigkeiten Feststoffteilchen gewählt werden, die auch sehr hohe Temperaturen aushalten, so daß dann in der angestrebten Weise eine bessere und einfachere Umformung möglich ist. Bei Temperaturen oberhalb von 200°C ist bei den meisten Metallen, insbesondere aber auch bei Aluminium, die Zugfestigkeit und Härte gegenüber den Werten bei Raumtemperatur so weit abgesunken, daß die erforderlichen Drücke wesentlich kleiner werden. Gleichzeitig nimmt die Bruchdehnung und die Brucheinschnürung im allgemeinen zu, so daß größere Umformungen möglich werden.An additional important development provides that the workpiece is heated to a temperature of at least 200 ° C. The transformations that can be achieved in one step with known methods are limited despite the use of very high pressures. It is known that at higher temperatures and especially above the recrystallization threshold, the formability of the respective material can be increased significantly. However, since this recrystallization threshold is between 330 and 550 ° C for aluminum, for example, the above. do not use known methods using a water-oil emulsion. Such an emulsion can only be used up to temperatures of 100 ° C. Oil as a pressure medium requires a closed transport and work system at temperatures above 200 ° C in order to avoid oxidation of the oil and to comply with the safety regulations. Solid particles which can withstand very high temperatures can be selected without difficulty, so that better and simpler forming is then possible in the desired manner. At temperatures above 200 ° C, the tensile strength and hardness of most metals, but especially aluminum, have dropped so much compared to the values at room temperature that the required pressures are significantly lower. At the same time, the elongation at break and the constriction of the fracture generally increase, so that larger deformations are possible.

Das Druckmedium kann aus Metallkugeln mit einem Radius von r < 5 mm, vorzugsweise < 2 mm bestehen. Es können auch Siliziumoxidkörner oder -kugeln verwendet werden, die dann zweckmäßig größer als 0,3 mm sind, vorzugsweise eine Größe zwischen 0,5 und 1,0 mm besitzen. Gegebenenfalls können auch zwei oder mehrere Arten und/oder Größen von Feststoffteilchen gemischt werden.The pressure medium can consist of metal balls with a radius of r <5 mm, preferably <2 mm. Silicon oxide grains or spheres can also be used, which are then expediently larger than 0.3 mm, preferably having a size between 0.5 and 1.0 mm. If necessary, two or more types and / or sizes of solid particles can also be mixed.

Die Erwärmung des Werkstücks kann dadurch erfolgen, daß die Preßform auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt wird. Zusätzlich kann das Werkstück vor dem Einlegen in die Preßform vorgewärmt werden. In gleicher Weise besteht auch die Möglichkeit, das Druckmedium vor dem Einpressen in die Form vorzuwärmen.The workpiece can be heated by heating the mold to the desired temperature. In addition, the workpiece can be placed in the Pre-heated mold. In the same way, it is also possible to preheat the pressure medium before it is pressed into the mold.

Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens können vom Fachmann unter Anpasssung an die jeweiligen Verhältnisse und unter Berücksichtigung der jeweiligen Hohlprofil-Werkstücke und metallischen Werkstoffe unter Verwendung bekannter Bauteile konstruiert werden.Devices for carrying out the method can be constructed by a person skilled in the art by adapting to the respective conditions and taking into account the respective hollow profile workpieces and metallic materials using known components.

Eine solche Vorrichtung ist Gegenstand des Patentanspruchs 14. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Dorn die Form eines Kegels hat. Dabei wird unter einem Kegel nicht nur ein Kreiskegel sondern ein Kegel mit jedem beliebigen Querschnitt, beispielsweise quadratischem, rechteckigem oder elliptischem Querschnitt verstanden. Der Kegel kann gerade oder gekrümmt sein . Seine Spitze kann auch abgerundet sein oder in einer Fläche oder Schneide auslaufen . Eine andere Weiterbildung zur Verformung von rohrförmigen Werkstücken ist gekennzeichnet durch ein an der Innenwand des rohrförmigen Werkstücks anliegendes Führungsrohr mit einer axialen Innenbohrung zur gleitenden Aufnahme des Dorns und eine Vorrichtung zur axialen Verschiebung des Führungsrohrs im Werkstück. Dadurch kann dann das Werkstück in zwei oder mehreren, axial hintereinander liegenden Bereichen mit entsprechender Innenausbildung der Preßform nacheinander unter Anlegen an die Innenkontur der Preßform verformt werden. Das Führungsrohr wird dazu zunächst an den Anfang des ersten Verformungsbereiches axial verschoben. Dann erfolgt die Verformung des rohrförmigen Werkstücks in diesem Bereich. Erst nach axialem Zurückziehen des Führungsrohrs an den Anfang des zweiten Verformungsbereiches kann das Druckmedium auch in diesem Bereich wirksam werden und die Verformung durchführen. Entsprechendes gilt für weitere Bereiche.Such a device is the subject of claim 14. A development of the invention provides that the mandrel has the shape of a cone. A cone is understood here not only as a circular cone but as a cone with any cross-section, for example square, rectangular or elliptical cross-section. The cone can be straight or curved. Its tip can also be rounded or run out in a surface or cutting edge. Another development for the deformation of tubular workpieces is characterized by a guide tube which bears against the inner wall of the tubular workpiece and has an axial inner bore for slidably receiving the mandrel and a device for axially displacing the guide tube in the workpiece. As a result, the workpiece can then be successively deformed in two or more regions lying axially one behind the other with a corresponding internal configuration of the press mold, with contact with the inner contour of the press mold. For this purpose, the guide tube is first shifted axially to the beginning of the first deformation region. Then the tubular workpiece is deformed in this area. Only after the guide tube has been axially withdrawn to the beginning of the second deformation region can the pressure medium also become effective in this region and carry out the deformation. The same applies to other areas.

Unter "rohrförmig" wird im vorliegenden Zusammenhang ein Rohr mit beliebigem Querschnitt, beispielsweise kreisförmigem, elliptischem, rechteckigem oder quadratischem Querschnitt verstanden. Das Rohr kann auch sich ändernde Querschnitte und auch unsymmetrische Querschnitte besitzen. Das Rohr muß auch nicht gerade sein. Es kann gekrümmt und auch schief sein.In the present context, “tubular” is understood to mean a tube with any cross section, for example circular, elliptical, rectangular or square cross section. The tube can also change Have cross sections and also asymmetrical cross sections. The pipe doesn't have to be straight either. It can be curved and crooked.

In Weiterbildung der Erfindung erfolgt zweckmäßig die Zufuhr des Druckmediums mittels eines Druckzylinders, der kraft- oder formschlüssig an die Preßform angesetzt wird und das Druckmedium über einen Kanal einpreßt. Ein wichtiges Merkmal besteht darin, daß die Preßform und/oder der Preßzylinder wenigstens einen Vibrator aufweist. Der Vibrator verbessert auch die Förderung und Homogenisierung des Druckmediums.In a further development of the invention, the pressure medium is expediently supplied by means of a pressure cylinder which is attached to the press mold in a force-locking or positive manner and presses the pressure medium in via a channel. An important feature is that the press mold and / or the press cylinder has at least one vibrator. The vibrator also improves the delivery and homogenization of the print medium.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1
die Schnittansicht einer Verformungseinrichtung nach der Erfindung mit eingelegtem Hohlprofil-Werkstück vor Beginn der Verformung;
Fig. 2
die Schnittansicht entsprechend Fig. 1 nach einer Teilverformung des Werkstücks;
Fig. 3
die Schnittansicht entsprechend Fig. 1 nach vollständiger Verformung des Werkstücks;
Fig. 4
die Schnittansicht einer abgewandelten Verformungseinrichtung nach der Erfindung mit zwei Verformungsbereichen nach der Verformung im ersten Bereich und vor der Verformung im zweiten Bereich;
Fig. 5
die Schnittansicht entsprechend Fig. 4 nach vollständiger Verformung des Werkstücks.
The invention is described below with reference to the drawings. It shows:
Fig. 1
the sectional view of a deformation device according to the invention with inserted hollow profile workpiece before the start of the deformation;
Fig. 2
the sectional view corresponding to Figure 1 after a partial deformation of the workpiece.
Fig. 3
the sectional view corresponding to Figure 1 after complete deformation of the workpiece.
Fig. 4
the sectional view of a modified deformation device according to the invention with two deformation areas after the deformation in the first area and before the deformation in the second area;
Fig. 5
the sectional view corresponding to FIG. 4 after complete deformation of the workpiece.

Das zu verformende Werkstück, das bei dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel ein Aluminiumrohr 11 mit Kreisquerschnitt ist, liegt in einer geteilten Preßform 12 mit einer Kavität 13, die der zu erzeugenden Form des Werkstücks 11 entspricht. Heizplatten oder -bänder 14 erzeugen und halten die gewünschte Preßformtemperatur, um das Werkstück 11 zu erwärmen bzw. die Temperatur des vorher erwärmten Werkstücks zu halten.The workpiece to be deformed, which in the exemplary embodiment shown in the drawings is an aluminum tube 11 with a circular cross section, lies in a split mold 12 with a cavity 13 which corresponds to the shape of the workpiece 11 to be produced. Heating plates or belts 14 generate and maintain the desired mold temperature in order to heat the workpiece 11 or to maintain the temperature of the previously heated workpiece.

Auf der in der Zeichnung rechten Seite ist an die Preßform 12 eine Fördereinheit 15 für das Druckmedium 16 in Form von Stahlkugeln angeflanscht. Die Fördereinheit 15 enthält einen Zylinder 17 für das Druckmedium 16 und einen Kolben 18, dessen Kolbenstange 19 mit einem Außengewinde versehen und in eine Endplatte 20 eingeschraubt ist. Durch Drehen der Kolbenstange 19 mittels eines Vierkants 21 kann das Druckmedium 16, das über einen Trichter 22 eingefüllt wird, durch eine Bohrung 23 in die Preßform 12 gefördert werden. Zu Beginn des Verformungsvorgangs ist der Öffnungsquerschnitt 40 des Trichters 22 durch den Kolben 18 verschlossen.On the right side of the drawing, a delivery unit 15 for the pressure medium 16 in the form of steel balls is flanged to the compression mold 12. The delivery unit 15 contains a cylinder 17 for the pressure medium 16 and a piston 18, the piston rod 19 of which is provided with an external thread and is screwed into an end plate 20. By rotating the piston rod 19 by means of a square 21, the pressure medium 16, which is filled in via a funnel 22, can be conveyed through a bore 23 into the mold 12. At the beginning of the deformation process, the opening cross section 40 of the funnel 22 is closed by the piston 18.

Auf der in der Zeichnung linken Seite der Preßform 12 ragt ein Dorn 24 durch ein im Werkstück 11 liegendes Führungselement 25 in das Werkstück hinein. Am anderen Ende (links in der Zeichnung) ist der Dorn 24 mit einem Außengewinde in eine Hülse 35 eingeschraubt, die am Ende ein Gewinde 36 besitzt. Auf der entgegengesetzten Seite ist die Hülse 35 in eine Endplatte 27 eingeschraubt, die über ein Gehäuse 28 und eine Führungsplatte 29 an die Preßform 12 angeflanscht ist. Im Gehäuse 28 befindet sich ein rohrförmiges Drückelement 30, das auf einer Seite mit einem Flansch 31 im Gehäuse und auf der anderen Seite in der Platte 29 geführt ist und stirnseitig am Werkstück 11 anliegt.On the left side of the mold 12 in the drawing, a mandrel 24 projects into the workpiece through a guide element 25 located in the workpiece 11. At the other end (left in the drawing), the mandrel 24 is screwed into a sleeve 35 with an external thread, which has a thread 36 at the end. On the opposite side, the sleeve 35 is screwed into an end plate 27 which is flanged to the die 12 via a housing 28 and a guide plate 29. In the housing 28 there is a tubular pressing element 30 which is guided on one side with a flange 31 in the housing and on the other side in the plate 29 and abuts the workpiece 11 on the end face.

Die Verformung des Werkstücks 11 beginnt ausgehend von der in Fig. 1 dargestellten Position aller Teile, nachdem die Preßform 12 mit dem Werkstück 11 auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt ist. Durch Verdrehen des Vierkants 34 wird der Dorn 24 in Richtung auf das Werkstück 11 verschoben, während gleichzeitig durch Verdrehen der Hülse 35 mittels eines Vierkants 32 das Drückelement 30 durch einen an dessen Flansch 31 anliegenden Flansch 26 der Hülse 35 in Richtung auf das Rohr 11 verschoben wird. Der Dorn 24 dringt dann in das Druckmedium, im Ausführungsbeispiel Stahlkugeln 16, ein und ist zu diesem Zweck an der Spitze mit einem Kegel 33 versehen. Das Werkstück 11 wird dabei durch den Druck der Kugeln 16 in Richtung auf die in Fig. 2 dargestellte Position aufgeweitet, wobei gleichzeitig das Werkstück 11 über die Hülse 35 und das Drückelement 30 gestaucht wird, so daß beim Aufweiten eine Schwächung der Wandstärke vermieden wird. Die Verschiebung des Dorns 24 einerseits und des Drückelements 30 andererseits kann zur Anpassung der Druckerzeugung und Stauchbewegung unabhängig voneinander gesteuert werden.The deformation of the workpiece 11 starts from the position of all parts shown in FIG. 1 after the mold 12 with the workpiece 11 has been heated to the desired temperature. By rotating the square 34, the mandrel 24 is displaced in the direction of the workpiece 11, while at the same time, by rotating the sleeve 35 by means of a square 32, the pressing element 30 is displaced in the direction of the tube 11 by a flange 26 of the sleeve 35 bearing against its flange 31 becomes. The mandrel 24 then penetrates into the pressure medium, in the exemplary embodiment steel balls 16, and is provided with a cone 33 at the tip for this purpose. The workpiece 11 is the pressure of the Balls 16 widened in the direction of the position shown in FIG. 2, the workpiece 11 being compressed at the same time via the sleeve 35 and the pressing element 30, so that a weakening of the wall thickness is avoided when widening. The displacement of the mandrel 24, on the one hand, and of the pressing element 30, on the other hand, can be controlled independently of one another in order to adapt the pressure generation and compression movement.

Am Ende des ersten bzw. mehrerer Verformungsschritte und dazugehöriger Zwischenschritte, bei denen jeweils der Dorn zurückgezogen und in den dann entstandenen Hohlraum weitere Stahlkugeln 16 mittels des Kolbens 18 gefördert werden, wobei die Verkeilung der Stahlkugeln 16 durch einen an der Fördereinheit 15 angebrachten Vibrator 37 gelöst wird, hat das Werkstück 11 die in Fig. 2 dargestellte Teilverformung erreicht, und alle Teile haben die dargestellte Position. Nach weiteren Verformungsschritten mit den entsprechenden Zwischenschritten wird schließlich die in Fig. 3 gezeigte Gesamtverformung des Werkstücks 11 erreicht. Das Werkstück 11 kann dann nach Öffnen der Preßform 12 entnommen werden, nachdem das Druckmedium 16 in Form der Stahlkugeln entfernt oder in den Zylinder 17 zurückgeführt ist. Desgleichen wird auch der Dorn 24 zusammen mit dem Drückelement 30 in die Anfangsposition gemäß Fig. 1 zurückgeführt.At the end of the first or a plurality of deformation steps and associated intermediate steps, in which the mandrel is withdrawn and further steel balls 16 are conveyed into the resulting cavity by means of the piston 18, the wedging of the steel balls 16 being released by a vibrator 37 attached to the conveying unit 15 the workpiece 11 has reached the partial deformation shown in FIG. 2 and all the parts have the position shown. After further deformation steps with the corresponding intermediate steps, the overall deformation of the workpiece 11 shown in FIG. 3 is finally achieved. The workpiece 11 can then be removed after opening the mold 12 after the pressure medium 16 in the form of the steel balls has been removed or returned to the cylinder 17. Likewise, the mandrel 24, together with the pressing element 30, is returned to the starting position according to FIG. 1.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Abwandlung der Verformungseinrichtung gemäß Fig. 1 bis 3. Der wesentliche Unterschied besteht dabei darin, daß bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und 5 die Preßform 12 zusätzlich zu der Kavität 13 (die zur Vereinfachung hier nur zwei Stufen enthält), eine weitere, im Ausführungsbeispiel kleinere Kavität 13a vorgesehen ist, die einen weiteren Verformungsbereich bildet. Das Werkstück kann also axial hintereinander zwei Formgebungen erhalten, die den Kavitäten 13 und 13a der Preßform 12 entsprechen.4 and 5 show a modification of the deformation device according to FIGS. 1 to 3. The main difference here is that in the embodiment according to FIGS. 4 and 5, the compression mold 12 in addition to the cavity 13 (which for simplification only two Contains stages), a further, in the exemplary embodiment smaller cavity 13a is provided, which forms a further deformation area. The workpiece can thus be given two shapes axially one behind the other, which correspond to the cavities 13 and 13a of the compression mold 12.

Die Verformung im Bereich der Kavität 13 erfolgt auf die gleiche Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3. Das bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und 5 axial verschiebbare Führungselement 25 (der Antrieb für die Verschiebung ist nicht dargestellt) hat dabei die Position gemäß Fig. 1 bis 3, seine vordere Stirnfläche befindet sich also am Ende der Kavität 13, gesehen in Richtung der Verformungsschritte. Zur Verformung des Werkstücks 11 im Bereich der Kavität 13a wird das Führungselement in die in Fig. 4 dargestellte Lage zurückgeführt, befindet sich jetzt also am Ende der Kavität 13a. Entsprechend dem in Fig. 4 dargestellten Zustand wird dann das Druckmedium 16 in Form der Stahlkugeln mit Hilfe des Kolbens 18 nachgeschoben, so daß es den gesamten Hohlraum ausfüllt. Anschließend erfolgt die Verformung im Bereich der Kavität 13a durch Einpressen des Dorns 24, und zwar wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 in mehreren Schritten. Fig. 5 zeigt den Zustand nach vollständiger Verformung des Werkstücks 11 im Bereich beider Kavitäten 13 und 13a.The deformation in the region of the cavity 13 takes place in the same way as in the exemplary embodiment according to FIG. 1 4 and 5, the axially displaceable guide element 25 (the drive for the displacement is not shown) has the position according to FIGS. 1 to 3, its front end face is therefore at the end of the cavity 13, seen in the direction of the deformation steps. To deform the workpiece 11 in the region of the cavity 13a, the guide element is returned to the position shown in FIG. 4, and is therefore now at the end of the cavity 13a. According to the state shown in FIG. 4, the pressure medium 16 in the form of the steel balls is then pushed in with the aid of the piston 18, so that it fills the entire cavity. The deformation in the region of the cavity 13a then takes place by pressing in the mandrel 24, specifically in several steps, as in the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 3. 5 shows the state after complete deformation of the workpiece 11 in the region of both cavities 13 and 13a.

Die Vorrichtungen gemäß Fig. 1 bis 5 können, wie dargestellt, horizontal angeordnet sein. Möglich ist aber auch eine vertikale Anordnung, derart, daß das Druckmedium 16 in Form von Kugeln nach Zurückziehen des Dorns 24 und Rütteln unter Schwerkrafteinfluß in den entstehenden Hohlraum fallen. Der Kolben 18 des Druckzylinders muß dann für den jeweils folgenden Verformungsschritt nur nachgeführt werden, um zu vermeiden, daß die Kugeln beim nächsten Schritt wieder zurückgedrückt werden.1 to 5 can, as shown, be arranged horizontally. However, a vertical arrangement is also possible, in such a way that the pressure medium 16 in the form of balls, after pulling back the mandrel 24 and shaking, fall into the resulting cavity under the influence of gravity. The piston 18 of the pressure cylinder then only has to be adjusted for the subsequent deformation step in order to avoid the balls being pushed back again in the next step.

Claims (19)

Verfahren zum Verformen von Hohlprofil-Werkstücken (11) aus Metall, bei dem das Werkstück in eine Preßform (12) eingelegt wird, deren Innenkontur (13, 13a) der zu erzeugenden Form des Werkstücks entspricht und bei dem nach Schließen der Preßform (12) ein Feststoffteile, insbesondere Stahlkugeln umfassendes Druckmedium (16) in das Werkstück (11) eingepreßt wird, derart, daß das Werkstück unter Anlegen an die Innenkontur der Preßform verformt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Druckerzeugung im Druckmedium (16) ein Dorn (24) in das Druckmedium eingepreßt wird.Method for shaping hollow profile workpieces (11) made of metal, in which the workpiece is placed in a press mold (12), the inner contour (13, 13a) of which corresponds to the shape of the workpiece to be produced and in which after the press mold (12) has been closed a pressure medium (16) comprising solid parts, in particular steel balls, is pressed into the workpiece (11) in such a way that the workpiece is deformed by contacting the inner contour of the press mold,
characterized,
that a mandrel (24) is pressed into the pressure medium for generating pressure in the pressure medium (16). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dornbewegung eine Stauchbewegung des Werkstücks (11) überlagert wird.Method according to claim 1, characterized in that the mandrel movement is superimposed on an upsetting movement of the workpiece (11). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einpressen des Dorns (24) in zwei oder mehreren Schritten erfolgt und zwischen den Schritten jeweils nach Rückführen des Dorns (24) das Druckmedium (16) nachgefördert wird.Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the mandrel (24) is pressed in in two or more steps and the pressure medium (16) is conveyed between the steps after the mandrel (24) has been returned. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachfördern des Druckmediums (16) mittels eines Druckzylinders (17, 18) erfolgt.A method according to claim 3, characterized in that the pressure medium (16) is further conveyed by means of a pressure cylinder (17, 18). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachfördern des Druckmediums (16) unter Schwerkrafteinfluß erfolgt.Method according to claim 3, characterized in that the delivery of the pressure medium (16) takes place under the influence of gravity. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dornbewegung und die Stauchbewegung unabhängig voneinander gesteuert werden.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the mandrel movement and the upsetting movement are controlled independently of one another. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium (16) nach und/oder während der Rückführung des Dorns (24) und während der Nachförderung gerüttelt (37) wird.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the pressure medium (16) is shaken (37) after and / or during the return of the mandrel (24) and during the subsequent conveying. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (11) auf eine Temperatur von wenigstens 200°C erwärmt wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the workpiece (11) is heated to a temperature of at least 200 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium (16) aus Stahlkugeln mit einem Radius von r < 5 mm, vorzugsweise < 2 mm, besteht.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the pressure medium (16) consists of steel balls with a radius of r <5 mm, preferably <2 mm. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium (16) aus Siliziumoxidkörner oder -kugeln besteht.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the pressure medium (16) consists of silicon oxide grains or balls. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium (16) aus einer Mischung von wenigstens zwei Arten und/oder Größen von Feststoffteilchen besteht.Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the pressure medium (16) consists of a mixture of at least two types and / or sizes of solid particles. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des Werkstücks (11) wenigstens teilweise durch die Preßform (12) erfolgt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece (11) is at least partially heated by the press mold (12). Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (11) vor dem Einlegen in die Preßform (12) und/oder das Druckmedium (16) vorgewärmt werden.A method according to claim 12, characterized in that the workpiece (11) and the pressure medium (16) are preheated before being inserted into the press mold (12). Vorrichtung zur Verformung von Hohlprofil-Werkstücken (11) aus Metall mit
einer Preßform (12), deren Innenkontur (13, 13a) der zu erzeugenden Form des Werkstücks (11) entspricht, und einer Preßvorrichtung, mit der nach dem Schließen der Preßform (12) ein Feststoffteile, insbesondere Stahlkugeln umfassendes Druckmedium (16) in die Preßform eingedrückt wird und das Werkstück (11) unter Anlegen an die Innenkontur (13, 13a) der Preßform verformt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Preßvorrichtung einen Dorn (24) aufweist, der zur Druckerzeugung in das Druckmedium (16) einpreßbar ist.Device for deforming hollow profile workpieces (11) made of metal with
a pressing mold (12), the inner contour (13, 13a) of which corresponds to the shape of the workpiece (11) to be produced, and a pressing device with which, after the closing of the pressing mold (12), a pressure medium (16) comprising solid parts, in particular steel balls, into the The mold is pressed in and the workpiece (11) is deformed while resting on the inner contour (13, 13a) of the mold,
characterized in that
the pressing device has a mandrel (24) which can be pressed into the pressure medium (16) for generating pressure. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (24) die Form eines Kegels hat.Device according to claim 14, characterized in that the mandrel (24) has the shape of a cone. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (26, 30, 31, 32, 25) zum Stauchen des Werkstücks (11).Device according to claim 14 or 15, characterized by a device (26, 30, 31, 32, 25) for upsetting the workpiece (11). Vorrichtung nach Anspruch 14, 15 oder 16 zur Verformung von rohrförmigen Werkstücken (11),
gekennzeichnet durch ein an der Innenwand des rohrförmigen Werkstücks (11) anliegendes Führungsrohr (25) mit einer axialen Innenbohrung zur gleitenden Aufnahme des Dorns (24) und
eine Vorrichtung zur axialen Verschiebung des Führungsrohrs (25) im Werkstück (11).Device according to claim 14, 15 or 16 for deforming tubular workpieces (11),
characterized by a guide tube (25) bearing against the inner wall of the tubular workpiece (11) with an axial inner bore for the sliding reception of the mandrel (24) and
a device for the axial displacement of the guide tube (25) in the workpiece (11). Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Druckmediums (16) mittels eines Druckzylinders (17, 18) erfolgt, der kraft- oder formschlüssig an die Preßform (12) ansetzbar ist.Device according to one of claims 14 to 17, characterized in that the supply of the pressure medium (16) takes place by means of a pressure cylinder (17, 18) which can be attached to the press mold (12) in a non-positive or positive manner. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßform (12) und/oder der Druckzylinder (15, 17, 18) wenigstens einen Vibrator (37) aufweist.Apparatus according to claim 18, characterized in that the press mold (12) and / or the pressure cylinder (15, 17, 18) has at least one vibrator (37).
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