EP1907148A1 - Vorrichtung und verfahren zum explosionsumformen - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum explosionsumformen

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Publication number
EP1907148A1
EP1907148A1 EP06724324A EP06724324A EP1907148A1 EP 1907148 A1 EP1907148 A1 EP 1907148A1 EP 06724324 A EP06724324 A EP 06724324A EP 06724324 A EP06724324 A EP 06724324A EP 1907148 A1 EP1907148 A1 EP 1907148A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mold
workpiece
plug
ignition tube
forming
Prior art date
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Granted
Application number
EP06724324A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1907148B1 (de
Inventor
Alexander Zak
Andreas Stranz
Franz c/o Magna Engineering Europe AG TRUBERT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Cosma Engineering Europe AG
Original Assignee
Cosma Engineering Europe AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cosma Engineering Europe AG filed Critical Cosma Engineering Europe AG
Publication of EP1907148A1 publication Critical patent/EP1907148A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1907148B1 publication Critical patent/EP1907148B1/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/06—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure by shock waves
    • B21D26/08—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure by shock waves generated by explosives, e.g. chemical explosives
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S72/00—Metal deforming
    • Y10S72/706—Explosive

Definitions

  • the invention relates to a device and a method having the features of the preamble of claim 1 and 28, respectively.
  • a tubular workpiece is filled and sealed with a liquid, mostly water.
  • a liquid mostly water.
  • the workpiece is widened and gradually settles on the contours of the mold surrounding the workpiece.
  • relatively high forces must be applied to deform the workpiece as well as to hold the mold together over a longer period of time. To get good results, the course of forces must be precisely controlled over time.
  • the hydraulic forming can also be operated by means of explosive energy.
  • This widely used method uses a liquid such as e.g. Water as a transfer medium for the explosion caused by the pressure waves.
  • the workpiece usually a sheet metal blank, is placed on the cavity of a mold and sunk in a water bath. In the cavity below the workpiece, a vacuum is generally generated. By introducing an explosion charge into the water bath and then igniting the sheet metal blank is pressed into the mold and thus gets its final shape.
  • This method finds e.g. in shipbuilding use. It is usually used for the production of flat, to be molded from a flat board items.
  • this method although it does not require any liquid, is relatively complicated to handle and time consuming to handle.
  • the mold must be pre-equipped with precast parts and then the camshaft shaft threaded through the openings of the individual cams.
  • the side surfaces must be accurately fitted and mounted. Supply lines for the gas must be provided as well as a spark plug. These are all time-consuming individual steps.
  • the end plates or side surfaces must either be re-sealed during each forming process or provided with a sealing element. The latter, however, is a wearing part, which causes additional costs. This complicated handling has a high time and thus cost. Therefore, this method could not prevail industrially.
  • the invention has for its object to improve a method and an apparatus of the type mentioned in that the forming of a tubular workpiece on simple, a few individual steps required and thus time and cost-effective manner is possible.
  • the explosion chamber is sealed and fixed the workpiece in its position.
  • the workpiece is preferably plastically deformed and clamped between the plug and the mold.
  • the workpiece is not only held in its position in the mold, but also contributes to the seal of the explosion chamber itself.
  • This process can be repeated in another forming process.
  • a new seal is created in each individual forming process. Due to this easy handling, which several Integrated functions in one step, can achieve a short cycle time and thus cost-effective industrial production.
  • the clear distance between the plug and the mold with inserted plug may be smaller than the material thickness of the workpiece blank.
  • the molding tool may have a shaping region defining the final tool shape and at least one workpiece holding region holding the workpiece.
  • the holding area can be aligned with the clamping and fixing of the workpiece, while the molding area is completely aligned with a good shaping of the workpiece.
  • the separate holding area can be separated well from the finished part later.
  • the cavity of the molding tool may be conically shaped in the workpiece holding region.
  • the conical shape allows for easier insertion of the plug and easier release of it after the forming process.
  • the stopper may be formed at its front, the workpiece-facing end, a workpiece holding portion of the mold accordingly.
  • the plug can establish a connection of the explosion chamber in the interior of the mold with a gas supply device, venting device and / or ignition device.
  • a gas supply device namely the plug
  • the handling of the device is simplified.
  • the workpiece can not only be sealed and fixed at the same time, but also be connected to a gas supply, for example.
  • a separating edge may be provided in the mold between a mold region defining the final tool shape and a workpiece holding region holding the workpiece. As a result, even during the forming process, the deformed workpiece holding area is separated from the finished shaped workpiece.
  • At least one perforated die can be provided in the mold for producing a hole in the workpiece.
  • the workpiece is provided with holes during the forming process. Due to the high temperatures and flow velocity prevailing during explosive forming, the punched cards have a high quality and are usually already burr-free.
  • an ejection mechanism for the severed hole material may be provided in the region of the hole bottom of the perforated die.
  • At least one cutting die can be provided for trimming the workpiece in the mold.
  • the trimming of the workpiece takes place simultaneously with the forming.
  • a mouthpiece arrangement which comprises a plurality of mold tool parts and forms access to a molding area of the mold, can be enclosed in the closed state by a collar.
  • the individual mold parts which naturally diverge by the explosion forces are encompassed and held together by the collar. This additionally secures this sensitive area.
  • the section of the mouthpiece arrangement enclosed by the collar can have a workpiece holding region.
  • the collar may be formed integrally with the plug. The one-piece shape ensures good cohesion between plug and collar and the collar to be achieved with the collar can be controlled together with the movement of the plug.
  • a force coupling mechanism can be provided, which reverses at least a part of the forces resulting from the explosion in a direction in which the plug presses on the mold.
  • the forces resulting from the explosion the device actually diverging forces can be deflected and used to press on the plug and thus to seal the device.
  • a force coupling mechanism can be provided, which deflects at least part of the forces resulting from the explosion in a direction in which a collar is pressed into a position encompassing a mouthpiece arrangement of the molding tool.
  • the forces resulting from the explosion, which drive the mold apart, can thus be deflected into the mold-holding forces.
  • an engagement element of the molding tool and an ignition tube may each be guided on a movement path in a movable control element, wherein the movement path of the engagement element is arranged approximately parallel to the direction of movement of the control element and the movement path of the ignition tube transversely thereto.
  • the trajectories may be formed as grooves in the control, in which engages a shoulder of the engagement member and the ignition tube.
  • the grooves ensure a good and tight guidance and allow through its two abutting edges a power transmission in two directions.
  • a deflection mechanism can be provided, by means of which an ignition tube can be moved by means of a movement path between a working position in which the ignition tube presses against the molding tool and a rest position spaced apart from the molding tool. Via the deflection mechanism, the ignition tube can be controlled between its two end positions.
  • the ignition tube between the working position and the rest position can be moved by the movement of a control element which is coupled via the movement path of the deflection mechanism with the ignition tube.
  • the movement or the driving force of the control element is converted into a driving force or movement of the ignition tube.
  • the trajectory can thus be a gear ratio for the force or the movement of the individual components set to each other.
  • the inertia of the control can help to better absorb the short-term high explosive forces.
  • the ratio of force applied to actuate the diverter mechanism to the resulting force moving the ignition tube may be about 3 to 5: 1, more preferably 3.5 to 4.5: 1, and more particularly about 4: 1. This is a favorable power ratio to keep the ignition tube in position even during the explosion.
  • the movement path can be arranged running transversely to the direction of movement of the ignition tube.
  • the movement path can be inclined about 60 ° to 85 °, in particular 75 ° to 80 ° and in particular about 77 ° with respect to the direction of movement of the ignition tube. This ensures a favorable power ratio to intercept short high force peaks well and so the ignition tube as well to hold in the desired position during the explosion. Depending on the inclination of the trajectory and the inertia of the control contributes to this task.
  • the ignition tube may carry a plug at its front end facing the mold.
  • the plug is moved together with the ignition tube and pressed in the working position of the ignition tube sealingly against the mold.
  • the ignition tube can carry at its front, the mold facing the end of a collar which engages around a mouthpiece assembly of the mold.
  • the collar is moved by the Zündrohrterrorism and pressed in the working position of the ignition tube in a mouthpiece assembly encompassing position.
  • the ignition tube can be guided in a groove forming the movement path.
  • the groove ensures a close and accurate guidance and by the two abutment edges a force or motion transmission in two directions.
  • the explosion chamber In only one step, namely the introduction of the plug, the explosion chamber is sealed and simultaneously clamped the workpiece and fixed in the mold.
  • the integration of several functions and thus individual work steps into one work step reduces the cycle time of a single explosion forming process and thus generates a process which can be used industrially at low cost.
  • an externally accessible end region of the workpiece can be conically deformed by the insertion of the plug. By deforming the end portion of the workpiece this is fixed in the mold.
  • the conical shape ensures easy insertion and removal of the plug.
  • an externally accessible end region of the workpiece can be formed by inserting the plug in a workpiece holding region the mold provided ribs are pressed. Pressing in retaining ribs ensures good fixation of the workpiece and sealing of the explosion chamber.
  • a collar when the tool mold is closed, a collar may be applied to a mouthpiece assembly comprising a plurality of mold tool parts which provides access to a molding area of the mold, the collar comprising the mouthpiece assembly.
  • the collar By the collar, the individual mold parts are enclosed in the mouthpiece assembly and held together during the explosion process.
  • At least a portion of the explosive forces acting on the mold can be redirected and press the plug against a die assembly which provides access to a molding area of the mold.
  • the explosion forces which drive the device apart, deflected and used to push the plug against the mouthpiece assembly and thus seal the explosion chamber.
  • At least a portion of the force acting on the mold explosion forces can be deflected and press a collar in a mouthpiece assembly of the molding tool embracing position.
  • an ignition tube can be moved by means of a movement path between a working position in which the ignition tube presses on a mouthpiece arrangement of the molding tool, which forms the access to a molding area of the molding tool, and a rest position spaced apart from the molding tool. By the movement of the trajectory thus initiates and controls the movement of the ignition tube.
  • a movable with the mold engaging element of the mold and the ignition tube can be guided by a respective movement path of a movable control element and the ignition tube between the working position and the rest position are moved while moving the control while the engagement element is stationary.
  • the ignition tube and the engagement element of the mold are non-positively coupled via the control. Nevertheless, the ignition tube can be moved and controlled by moving the control element independently of the engagement element.
  • the explosion chamber can be filled with oxyhydrogen in approximately stoichiometric mixture with a small excess of O 2 .
  • the low oxygen excess ensures a complete reaction of the hydrogen.
  • the mold can be opened safely, since there is no more free hydrogen.
  • the workpiece may be trimmed during explosive forming.
  • the integration of the cutting process into the forming process shortens the production time of the entire product.
  • the deformed holding region of the workpiece can be separated from the finished molded part during the expansion molding.
  • certain clipping processes can already be integrated into the step of explosion molding.
  • the workpiece may be provided with at least one hole during the explosion forming.
  • the integration of a further working step, namely punching, into the actual forming process reduces the post-processing times and thus the total processing time of the workpiece.
  • the separated hole material can be ejected. This simplifies and speeds up the workpiece change.
  • FIG. 1 shows a vertical section through the device along the section l-l of FIG
  • Figure 3 is a slightly oblique side view of the arranged in a press device
  • Figure 4 is a plan view of the mold in the press along the cut
  • FIG. 1 shows a vertical section through the device.
  • the multi-part mold 1 is shown here in the closed state and consists in this embodiment of an upper 2 and a lower mold half 3.
  • the actual tool shape or contour is generated here by tool inserts 4, which are inserted into the upper 2 and the lower 3 mold half and mechanically connected thereto.
  • the tool contour could also be introduced directly into the upper 2 and the lower 3 mold half.
  • the mold halves form in their interior a tool cavity 5, which corresponds to the final shape of the workpiece after the forming process.
  • the molding tool 1 is provided with ventilation openings 29. These are preferably arranged in a gap-like manner along the tool contour. Thus, the air contained in the Malawikavtician 5 escape and does not hinder the workpiece in its extension. It also ensures a more uniform temperature distribution during forming.
  • the openings 29 have a clear width which is approximately equal to or less than the wall thickness of the workpiece, so that the workpiece is not pressed into the openings.
  • one or more punching and / or cutting dies 31 can also be inserted into the molding tool. Alternatively, the hole or cutting edges can also be introduced directly into the upper 2 and the lower 3 mold half.
  • the workpiece can already be provided and / or cut during the forming process with holes.
  • the hole matrices have near the hole bottom an ejection mechanism for the separated hole material. By automatically ejecting the waste material, the mold is ready for use again after the forming process.
  • the molding tool has in this embodiment an externally accessible, consisting of a plurality of mold parts mouthpiece assembly 6. It arises during the closing of the multi-part mold 1 by the meeting of indentations in the individual mold parts 2, 3, whose interfaces come to rest on each other.
  • the mouthpiece arrangement 6 forms access to a shaping region 7 of the molding tool 1 defining the final workpiece shape.
  • the mouthpiece arrangement 6 also comprises a tool holding region 8 which is conically shaped here and provided with holding ribs 9.
  • the tool cavity is closed by a plug 10 inserted into the mouthpiece assembly 6 and pressed against the workpiece holding region.
  • the clear distance between the workpiece holding area and the plug is less than the material thickness of a workpiece blank.
  • the end of the workpiece blank is clamped between the plug and the tool holding area.
  • the workpiece is also flared in this embodiment, and pressed into the holding ribs 9. As a result, the workpiece is fixed in the mold and also achieved a seal of the explosion chamber in the interior of the workpiece.
  • a separating edge 32 is provided by means of a tool insert 4 or directly into the mold halves 2, 3. During the forming process, this edge separates the deformed holding region of the workpiece from the finished molded part.
  • a collar 11 is provided in order to additionally secure the mouthpiece assembly 6, which is subject to special loads due to the many interfaces and the plug which presses against it.
  • the collar 11 is integrally formed with the stopper 10 in this embodiment for reasons of stability. During the forming process, the collar 11 engages in an annular recess 12 of the mouthpiece assembly 6 and surrounds it like a ring.
  • the collar and the plug are provided at a front end of the ignition tube 13 facing the tool.
  • the plug is provided in this embodiment with a central bore 14 and thus connects the explosion chamber in the interior of the workpiece on the ignition tube 13 with a gas supply 33, vent 34 and igniter 35.
  • the igniter 35 can, as here, in the ignition tube 13 be integrated.
  • the plug can also serve merely as a closure element or form the connection to only one of the devices mentioned.
  • the ignition tube 13 is guided in this embodiment via a paragraph shown in Figure 2 in a groove 15 in a control element 16.
  • the ignition tube could also be guided by another mechanism on the predetermined path through the groove 15.
  • the control element 16 is here movable perpendicular to the ignition tube 13 between an upper 17 and a lower 18 end position. Via the groove 15, the vertical movement of the control element 16 is converted into a horizontal movement of the ignition tube 13.
  • the ignition tube between a working position 19, in which the ignition tube 13 and thus the plug 10 and the collar 11 presses against the mold 1, and one of the mold 1 spaced rest position 20 are moved.
  • control element 16 in addition to the first groove 15, there is another groove 21 in which an engagement element 22 of the molding tool 1 engages via a shoulder 23 shown in FIG.
  • the engagement member 22 is here also like the mold 1 divided into two, wherein the upper half 24 of the engagement member is connected to the upper mold half 2 and opens and closes together with this.
  • the groove 21, via which the engagement element 22 is connected to the control element 16, runs parallel to the direction of movement of the control element 16.
  • a movement of the control element 16 affects the engagement of the control element 16.
  • handle element 22 in contrast to the ignition tube 13 in any way and also the engaging member 22 can be opened and closed without affecting the control element 16 or the ignition tube 13 together with the upper mold half 2.
  • the control element 16 frictionally connects the ignition tube 13 with the engagement element 22, the interaction of these three components acts as a deflection mechanism for forces arising during the explosion deformation process.
  • Those explosion forces which act in the direction of movement of the ignition tube 13 are received via the engagement element 22 of the mold 1 and deflected by means of the grooves 15, 21 via the control element 16 here in the opposite direction.
  • the explosion forces which initially cause a drift apart of the device and a pushing back of the ignition tube 13, used to push the ignition tube 13 and thus the plug 10 and the collar 11 at its front end 25 against the mold 1.
  • Some of the explosive forces are used to seal and secure the mold.
  • FIG. 3 shows the device for explosion deformation arranged in a press.
  • the reference numerals used in FIGS. 1 and 2 designate the same parts as in FIG. 3 so that reference is made to the description of FIGS. 1 and 2 in this regard.
  • the two mold halves 2, 3 are pressed together by the punch 27 of the press.
  • the holding forces are in this forming process with the device shown only about a quarter of the holding forces of a similar process during hydraulic forming.
  • the control element 16 is moved in this embodiment by means of a hydraulic cylinder 27 between its, shown in Figure 1, end positions 17, 18. By raising the control element 16, this is brought into its upper end position 17, in which a lower edge of the control element 16 approximately coincides with the plane 17 shown in dashed lines in FIG. By the movement of the control element 16 in its upper end position 17 and the ignition tube 13 is brought into its working position 19, in which the plug 10 presses at its front end 25 against the mouthpiece assembly 6.
  • the pressure applied by the hydraulic cylinder is about 400 tons. This is transformed by means of the groove 15 in about 100 tons of contact pressure of the ignition tube 13 and the plug 10 to the mouthpiece 6.
  • FIG. 4 shows the section IV-IV through the illustrated in Figure 3 press.
  • the reference symbols used in FIGS. 1 to 3 designate the same parts as in FIG. 4, so that reference is made to the description of FIGS. 1 to 3 in this regard.
  • FIG. 3 shows a plan view of the upper mold half 2 with the mold 1 closed.
  • the component contours hidden by the upper mold half 2 or otherwise are shown here in dashed lines.
  • the convincedkavtician 5 inside the mold 1 is shown by a dashed line.
  • the plug 10 is pressed into the end region of the workpiece, whereby the workpiece is conically deformed at this point and pressed into the holding ribs 9 of the workpiece holding portion 8.
  • a connection to a gas supply 33, vent 34 and igniter 35 is made.
  • the collar 11 is simultaneously applied to the mouthpiece assembly 6. This comprises the mouthpiece arrangement in a ring-like manner and thus secures it against a diverging of the individual mold parts during the forming process.
  • the engaging member 22 connected to the upper mold half 2 is engaged with the groove 21 in the control member 16.
  • the ignition tube 13 which is likewise connected to the control element 16 via the groove 15, the molding tool 1 is connected to the stopper 10 or the collar 11 at the front end 25 of the ignition tube 13 in a force-fitting manner. A part of the forces resulting from the explosion is thus diverted via this force coupling mechanism and used as an attack force for the plug 10 and the collar 11 against the mold 1.
  • the explosion chamber in the interior of the workpiece is filled via the ignition tube 13 and the stopper 10 with oxyhydrogen in stoichiometric mixture with a slight excess of oxygen. Subsequently, the gas is ignited by an ignition device 35 arranged in the ignition tube 13, whereby the workpiece is pressed into the tool cavity 8. At the same time the workpiece is cut by provided in the mold 1 cutting edges 30, 31 and provided with the necessary holes. Also, the deformed holding portion of the workpiece is separated from the finished molded part. The separated hole material is ejected by an ejection mechanism.
  • the trimming and / or the punching of the workpiece can also be done in a separate, downstream process step.
  • the workpiece which has been completely shaped by expansion molding, is removed from the tool mold and introduced into a further mold, in which it is provided with holes and / or cuts and / or separated from the holding region.
  • the mold 1 is vented via the ignition tube 13 and the plug 10.
  • the ignition tube 13 is brought back into its rest position 20 by lowering the control element 16 from its working position.
  • the plug 10 and the collar 11 is removed from the mold. Now the mold can be opened and the finished molded part removed.

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Description

Vorrichtung und Verfahren zum Explosionsumformen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bzw. 28.
Zum Umformen eines Werkstücks existieren unterschiedliche Vorrichtungen und Verfahren. Bei dem Hydroumformen z.B. wird ein rohrartiges Werkstück mit einer Flüssigkeit, zumeist Wasser, gefüllt und abgedichtet. Durch die Erhöhung des Flüssigkeitsdrucks wird das Werkstück aufgeweitet und legt sich allmählich den Konturen des das Werkstück umgebenden Formwerkzeugs an. Bei diesem Verfahren müssen relativ hohe Kräfte zum Verformen des Werkstücks sowie zum Zusammenhalten des Formwerkzeugs über einen längeren Zeitraum aufgebracht werden. Um gute Ergebnisse zu erhalten, muss der Verlauf der Kräfte über die Zeit genau gesteuert werden.
Das Hydroumformen kann auch mittels Explosionsenergie betrieben werden. Dieses weit verbreitete Verfahren nutzt eine Flüssigkeit wie z.B. Wasser als Übertragsmedium für die durch die Explosion entstehenden Druckwellen. Das Werkstück, meist eine Blechplatine, wird auf der Kavität einer Form platziert und in einem Wasserbad versenkt. In der Kavität unter dem Werkstück wird im Allgemeinen ein Vakuum erzeugt. Durch das Einbringen einer Explosionsladung in das Wasserbad und anschließendes Zünden wird die Blechplatine in die Form gepresst und erhält so ihre endgültige Form. Dieses Verfahren findet z.B. im Schiffsbau Verwendung. Es wird in der Regel zur Produktion flächiger, aus einer ebenen Platine zu formenden Gegenstände genutzt.
Ein Explosionsumformverfahren der eingangs genannten Gattung ohne Flüssigkeit ist in der EP 592068 beschrieben. Zum Herstellen einer Nockenwelle wird eine untere Formhälfte mit den bereits vorgefertigten Nocken bestückt. Nachdem ein innen hohler Nockenwellenschaft durch die Öffnungen der einzelnen Nocken geführt wurde, wird die obere Formhälfte auf die untere gesetzt. Die einzelnen Nocken werden durch durch spezielle Öffnungen in den Werkzeughälften geführte Haltearme separat abgestützt. Die Enden der geschlossenen Form werden durch Seitenwände des Werkzeugs mit radial zum Nockenwellenschaft verlaufenden Dichtelementen versiegelt. Durch eine dieser Endplatten wird eine stopfenartig in den Nockenwellenschaft hineinragende Zündkerze eingeschraubt. Nachdem der Schaft mit einem brennbaren Gas gefüllt wurde, wird dieses mittels der Zündkerze gezündet. Durch das schlagartige Ansteigen des Gasdrucks im Innern des Schaftes wird dieser aufgeweitet und in die Öffnungen der einzelnen Nocken gedrückt. Diese sind somit axial und verdrehfest mit dem Nockenwellenschaft verbunden.
Auch dieses Verfahren ist, obwohl es ohne jegliche Flüssigkeit auskommt, in der Handhabung relativ kompliziert und zeitaufwendig. Zunächst muss die Form mit Fertigteilen vorbestückt und anschließend der Nockenwellenschaft passgenau durch die Öffnungen der einzelnen Nocken gefädelt werden. Anschließend müssen die Seitenflächen passgenau angesetzt und montiert werden. Zuleitungen für das Gas müssen vorgesehen werden ebenso eine Zündkerze. Dies alles sind zeitintensive einzelne Arbeitsschritte. Die Endplatten bzw. Seitenflächen müssen entweder bei jedem Umformvorgang neu abgedichtet oder mit einem Dichtelement versehen werden. Letzteres ist jedoch ein Verschleißteil, welches zusätzliche Kosten verursacht. Diese komplizierte Handhabung hat einen hohen Zeit- und damit Kostenaufwand zur Folge. Daher konnte sich dieses Verfahren industriell nicht durchsetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, dass das Umformen eines rohrartigen Werkstücks auf einfache, wenige Einzelarbeitsschritte erfordernde und damit zeit- und kostengünstige Weise möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Mit Hilfe des Stopfens wird der Explosionsraum abgedichtet und das Werkstück in seiner Lage fixiert. Durch das Einbringen des Stopfens wird das Werkstück vorzugsweise plastisch verformt und zwischen dem Stopfen und dem Formwerkzeug eingespannt. So wird das Werkstück nicht nur in seiner Lage in dem Formwerkzeug gehalten, sondern trägt auch selbst zur Dichtung des Explosionsraums bei. Dieser Prozess lässt sich bei einem weiteren Umformprozess wiederholen. Mit dem Einlegen eines neuen Werkstückrohlings und dem Einbringen des Stopfens entsteht so bei jedem einzelnen Umformprozess auch eine neue Dichtung. Durch diese einfache Handhabung, welche mehrere Funktionen in einen Arbeitsschritt integriert, lässt sich eine kurze Taktzeit und damit kostengünstige industrielle Fertigung erreichen.
In einem günstigen Ausführungsbeispiel kann der lichte Abstand zwischen dem Stopfen und dem Formwerkzeug bei eingesetztem Stopfen kleiner als die Materialdicke des Werkstückrohlings sein. Durch das Einsetzen des Stopfens wird das Werkstück verformt und der Explosionsraum so abgedichtet. Gleichzeitig wird das Werkstück zwischen dem Stopfen und dem Formwerkzeug eingespannt und in seiner Position fixiert.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Formwerkzeug einen die endgültige Werkzeugform definierenden Formbereich sowie mindestens einen das Werkstück haltenden Werkstückhaltebereich aufweisen. Dadurch kann der Haltebereich auf das Einspannen und Fixieren des Werkstücks ausgerichtet sein, während der Formbereich ganz auf eine gute Formgebung des Werkstücks ausgerichtet ist. Der separate Haltebereich lässt sich später gut von dem Fertigteil trennen.
in einer Variante der Erfindung kann die Kavität des Formwerkzeugs im Werkstückhaltebereich konisch ausgeformt sein. Die konische Form ermöglicht ein leichteres Einführen des Stopfens sowie ein leichteres Lösen desselben nach dem Umformprozess.
Vorteilhafterweise kann der Stopfen an seinem vorderen, dem Werkstück zugewandten Ende, einem Werkstückhaltebereich des Formwerkzeugs entsprechend ausgebildet sein. Indem der Stopfen quasi eine Abformung des Werkstückhaltebereichs darstellt, kann beim Einbringen des Stopfens eine gute Dichtung erzeugt werden.
In einer günstigen Ausführungsform kann der Stopfen eine Verbindung des Explosionsraums im Innern des Formwerkzeugs mit einer Gaszuführungsvorrichtung, Entlüftungs- vorrichtung und/oder Zündvorrichtung herstellen. Durch Integration weiterer Funktionen in ein bereits vorhandenes Bauteil, nämlich den Stopfen, wird die Handhabbarkeit der Vorrichtung vereinfacht. Durch das Eindringen des Stopfens kann das Werkstück so nicht nur abgedichtet und gleichzeitig fixiert, sondern z.B. auch mit einer Gaszuführung verbunden werden. In einem günstigen Ausführungsbeispiel kann im Formwerkzeug zwischen einem die endgültige Werkzeugform definierenden Formbereich und einem das Werkstück haltenden Werkstückhaltebereich eine Trennkante vorgesehen sein. Dadurch wird schon während dem Umformprozess der deformierte Werkstückhaltebereich von dem fertig geformten Werkstück getrennt.
Vorteilhafterweise kann in dem Formwerkzeug mindestens eine Lochmatrize zum Herstellen eines Lochs im Werkstück vorgesehen sein. Hierdurch wird das Werkstück während des Umformprozesses mit Löchern versehen. Durch die beim Explosionsumformen herrschenden hohen Temperaturen und Strömungsgeschwindigkeit haben die Lochkarten eine hohe Qualität und sind zumeist schon gratfrei.
Bei einer Variante der Erfindung kann im Bereich des Lochgrunds der Lochmatrize ein Auswurfmechanismus für das abgetrennte Lochmaterial vorgesehen sein. Durch diesen Mechanismus kann das abgetrennte Material einfach und zeitsparend aus dem Formwerkzeug entfernt werden.
Vorteilhafterweise kann in dem Formwerkzeug mindestens eine Schneidmatrize zum Beschneiden des Werkstücks vorgesehen sein. So erfolgt das Beschneiden des Werkstücks gleichzeitig mit dem Umformen.
In einer günstigen Ausführungsform der Erfindung kann eine Mundstückanordnung, welche mehrere Formwerkzeugteile umfasst und den Zugang zu einem Formbereich des Formwerkzeugs bildet, in geschlossenem Zustand von einem Kragen umfasst werden. Die einzelnen Formwerkzeugteile, welche durch die Explosionskräfte naturgemäß auseinanderstreben, werden durch den Kragen umfasst und zusammengehalten. Dadurch wird diese sensible Stelle zusätzlich gesichert.
Bei einer Variante der Erfindung kann der von dem Kragen eingefasste Abschnitt der Mundstückanordnung einen Werkstückhaltebereich aufweisen. Hierdurch wird auch der mit großen Kräften beaufschlagte Werkstückhaltebereich umfasst und so zusammengehalten. In einer günstigen Ausführungsform kann der Kragen einstückig mit dem Stopfen ausgebildet sein. Die einstückige Form gewährleistet einen guten Zusammenhalt zwischen Stopfen und Kragen und die mit dem Kragen zu erzielende Umfassung kann zusammen mit der Bewegung des Stopfens gesteuert werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein Kraftkopplungsmechanismus vorgesehen sein, welcher wenigstens einen Teil der durch die Explosion entstehenden Kräfte in eine Richtung umkehrt, in welcher der Stopfen auf das Formwerkzeug drückt. So können die durch die Explosion entstehenden, die Vorrichtung eigentlich auseinander treibenden Kräfte umgelenkt und zum Aufpressen des Stopfens und somit zum Dichten der Vorrichtung genutzt werden.
Vorteilhafterweise kann ein Kraftkopplungsmechanismus vorgesehen sein, welcher wenigstens einen Teil der durch die Explosion entstehenden Kräfte in eine Richtung umlenkt, in welche ein Kragen in eine eine Mundstückanordnung des Formwerkzeugs umgreifende Stellung gedrückt wird. Die durch die Explosion entstehenden Kräfte, welche das Formwerkzeug auseinander treiben, können so in das Formwerkzeug zusammenhaltende Kräfte umgelenkt werden.
In einer Variante der Erfindung kann ein Eingriffselement des Formwerkzeugs und ein Zündrohr jeweils auf einer Bewegungsbahn in einem bewegbaren Steuerelement geführt sein, wobei die Bewegungsbahn des Eingriffselement etwa parallel zu der Bewegungsrichtung des Steuerelements und die Bewegungsbahn des Zündrohrs quer zu dieser angeordnet ist. Durch diese Anordnung der Bewegungsbahnen kann das Zündrohr mit Hilfe des Steuerelements unabhängig von dem Eingriffselement bewegt werden. Dennoch ist eine Kraftkopplung zwischen dem Eingriffselement und dem Zündrohr gegeben.
Vorteilhafterweise können die Bewegungsbahnen als Nuten in dem Steuerelement ausgebildet sein, in welche ein Absatz des Eingriffselements bzw. des Zündrohrs eingreift. Die Nuten gewährleisten eine gute und enge Führung und ermöglichen durch ihre beiden Anlagekanten eine Kraftübertragung in zwei Richtungen. In einer weiteren Ausführungsfbrm der Erfindung kann ein Umlenkmechanismus vorgesehen sein, durch welchen ein Zündrohr mittels einer Bewegungsbahn zwischen einer Arbeitsposition, in welcher das Zündrohr gegen das Formwerkzeug drückt, und einer zu dem Formwerkzeug beabstandeten Ruheposition bewegbar ist. Über den Umlenkmechanismus lässt sich das Zündrohr zwischen seinen beiden Endpositionen steuern.
Bei einer weiteren Variante der Erfindung kann durch die Bewegung eines Steuerelements, welches über die Bewegungsbahn des Umlenkmechanismus mit dem Zündrohr gekoppelt ist, das Zündrohr zwischen der Arbeitsposition und der Ruheposition bewegbar sein. Durch diesen Umlenkmechanismus wird die Bewegung bzw. die Antriebskraft des Steuerelements in eine Antriebskraft bzw. Bewegung des Zündrohrs umgesetzt. Über die Ausgestaltung der Bewegungsbahn lässt sich somit ein Übersetzungsverhältnis für die Kraft bzw. die Bewegung der einzelnen Bauteile zueinander einstellen. Je nach Ausgestaltung der Bewegungsbahn des Umlenkmechanismus kann die Trägheit des Steuerelements dazu beitragen die kurzzeitigen hohen Explosionskräfte besser abzufangen.
Vorteilhafterweise kann das Verhältnis der zur Betätigung des Umlenkmechanismus aufzubringenden Kraft zu der resultierenden, das Zündrohr bewegenden Kraft etwa 3- 5:1, insbesondere 3,5-4,5:1 und im Besonderen etwa 4:1 betragen. Dieses ist ein günstiges Kraftverhältnis, um das Zündrohr auch während der Explosion in seiner Position zu halten.
Bei einer Variante der Erfindung kann die Bewegungsbahn quer zu der Bewegungsrichtung des Zündrohrs verlaufend angeordnet sein. Hierdurch ist eine gute Übersetzung der Kraft bzw. Bewegung des Steuerelements zu der Kraft bzw. Bewegung des Zündrohrs gegeben. Die Kompensation kurzzeitiger Kräftespitzen, wie sie bei einer Explosion auftreten, kann durch den Verlauf der Bewegungsbahn günstig beeinflusst werden.
In einem günstigen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Bewegungsbahn etwa 60° bis 85° insbesondere 75° bis 80° und im Besonderen etwa 77° gegenüber der Bewegungsrichtung des Zündrohrs geneigt sein. Dies gewährleistet ein günstiges Kraftverhältnis um kurzzeitige hohe Kraftspitzen gut abzufangen und so das Zündrohr auch während der Explosion in der gewünschten Position zu halten. Je nach Neigung der Bewegungsbahn trägt auch die Trägheit des Steuerelements mit zu dieser Aufgabe bei.
Vorteilhafterweise kann das Zündrohr an seinem vorderen, dem Formwerkzeug zugewandten Ende einen Stopfen tragen. So wird der Stopfen zusammen mit dem Zündrohr bewegt und in der Arbeitsposition des Zündrohrs dichtend gegen das Formwerkzeug gedrückt.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Zündrohr an seinem vorderen, dem Formwerkzeug zugewandten Ende einen Kragen tragen, welcher eine Mundstückanordnung des Formwerkzeugs umgreift. So wird der Kragen durch die Zündrohrbewegung mitbewegt und in der Arbeitsposition des Zündrohrs in eine die Mundstückanordnung umgreifende Stellung gedrückt.
Vorteilhafterweise kann das Zündrohr in einer die Bewegungsbahn bildenden Nut geführt sein. Die Nut gewährleistet eine enge und genaue Führung sowie durch die beiden Anlagekanten eine Kraft- bzw. Bewegungsübertragung in zwei Richtungen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner verfahrensmäßig gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 26.
In nur einem Arbeitsschritt, nämlich dem Einbringen des Stopfens, wird der Explosionsraum abgedichtet und das Werkstück gleichzeitig eingespannt und in der Form fixiert. Durch die Integration mehrerer Funktionen und damit Einzelarbeitsschritte in einen Arbeitsschritt lässt sich die Taktzeit eines einzelnen Explosionsumformprozesses reduzieren und damit ein industriell kostengünstig einsetzbares Verfahren generieren.
In einer Variante der Erfindung kann ein von außen zugänglicher Endbereich des Werkstücks durch das Einbringen des Stopfens konisch verformt werden. Durch das Verformen des Endbereichs des Werkstücks wird dieses in der Form fixiert. Die konische Form gewährleistet ein leichtes Einführen sowie Entfernen des Stopfens.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann ein von außen zugänglicher Endbereich des Werkstücks durch das Einbringen des Stopfens in in einem Werkstückhaltebereich des Formwerkzeugs vorgesehene Rippen gedrückt werden. Das Einpressen in Halterippen gewährleistet eine gute Fixierung des Werkstücks sowie Dichtung des Explosionsraums.
Vorteilhafterweise kann durch das Einbringen des Stopfens eine Verbindung eines Explosionsraums mit einer Gaszuführungsvorrichtung, Entlüftungsvorrichtung und/oder Zündvorrichtung hergestellt werden. Durch die Integration dieser Funktionen bzw. Einzelarbeitsschritte in den Arbeitsschritt: „Stopfen einbringen" lässt sich die Taktzeit reduzieren und das Verfahren vereinfachen.
In einem günstigen Ausführungsbeispiel kann bei geschlossener Werkzeugform ein Kragen auf eine mehrere Formwerkzeugteile umfassende Mundstückanordnung, welche den Zugang zu einem Formbereich des Formwerkzeugs bildet, aufgebracht werden, wobei der Kragen die Mundstückanordnung umfasst. Durch den Kragen werden die einzelnen Formwerkzeugteile im Bereich der Mundstückanordnung umschlossen und während des Explosionsvorgangs zusammengehalten.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Teil der auf das Formwerkzeug wirkenden Explosionskräfte umgeleitet werden und den Stopfen gegen eine Mundstückanordnung drücken, welche den Zugang zu einem Formbereich des Formwerkzeugs bildet. Hierdurch werden die Explosionskräfte, welche die Vorrichtung auseinander treiben, umgelenkt und dazu genutzt den Stopfen gegen die Mundstückanordnung zu drücken und den Explosionsraum somit abzudichten.
In einem günstigen Ausführungsbeispiel kann wenigstens ein Teil der auf das Formwerkzeug wirkenden Explosionskräfte umgelenkt werden und einen Kragen in eine eine Mundstückanordnung des Formwerkzeugs umgreifende Stellung drücken. So werden die Explosionskräfte, welche das Formwerkzeug auseinander treiben, umgelenkt und dazu genutzt dieses zusammenzuhalten.
Vorteilhafterweise kann ein Zündrohr mittels einer Bewegungsbahn zwischen einer Arbeitsposition, in welcher das Zündrohr auf eine Mundstückanordnung des Formwerkzeugs drückt, welche den Zugang zu einem Formbereich des Formwerkzeugs bildet, und einer zu dem Formwerkzeug beabstandeten Ruheposition bewegt werden. Durch die Bewegung der Bewegungsbahn wird die Bewegung des Zündrohrs somit initiiert und gesteuert.
In einer Variante der Erfindung kann ein mit dem Formwerkzeug bewegbares Eingriffselement des Formwerkzeugs und das Zündrohr mittels je einer Bewegungsbahn eines bewegbaren Steuerelements geführt werden und beim Bewegen des Steuerelements das Zündrohr zwischen der Arbeitsposition und der Ruheposition bewegt werden während das Eingriffselement stillsteht. Das Zündrohr und das Eingriffselement des Formwerkzeugs sind über das Steuerelement kraftschlüssig gekoppelt. Dennoch lässt sich das Zündrohr durch Bewegen des Steuerelements unabhängig von dem Eingriffselement bewegen und steuern.
Vorteilhafterweise kann der Explosionsraum mit Knallgas in etwa stöchiometrischer Mischung mit einem geringen O2-Überschuss gefüllt werden. Der geringe Sauerstoffüber- schuss gewährleistet eine vollständige Reaktion des Wasserstoffs. So kann das Formwerkzeug gefahrlos geöffnet werden, da kein freier Wasserstoff mehr vorhanden ist.
In einem günstigen Ausführungsbeispiel kann das Werkstück während des Explosions- umformens beschnitten werden. Durch die Integration des Schneidprozesses in den Umformprozess verkürzt sich die Herstellungszeit des Gesamtproduktes.
Vorteilhafterweise kann der deformierte Haltebereich des Werkstücks während des Exp- losionsumformens von dem fertigen Formteil abgetrennt werden. Damit können bestimmte Beschneidungsvorgänge schon in den Schritt der Explosionsformung integriert werden.
In einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel kann das Werkstück während des Explosionsumformens mit wenigstens einem Loch versehen werden. Die Integration eines weiteren Arbeitsschrittes, nämlich des Lochens, in den eigentlichen Umformprozess reduziert die Nachbearbeitungszeiten und damit die Gesamtbearbeitungszeit des Werkstücks.
In einer günstigen Ausführungsform kann das abgetrennte Lochmaterial ausgeworfen werden. Dies vereinfacht und beschleunigt den Werkstückwechsel. Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der folgenden Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigen:
Figur 1 einen Vertikalschnitt durch die Vorrichtung längs des Schnitts l-l aus Figur
4,
Figur 2 einen Horizontalschnitt durch die Vorrichtung längs dem Schnitt I l-l I in Figur 3,
Figur 3 eine leicht schräge Seitenansicht der in einer Presse angeordneten Vorrichtung und
Figur 4 eine Draufsicht auf das Formwerkzeug in der Presse längs dem Schnitt
IV-IV in Figur 3.
Figur 1 zeigt einen Vertikalschnitt durch die Vorrichtung. Das mehrteilige Formwerkzeug 1 ist hier in geschlossenem Zustand gezeigt und besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einer oberen 2 und einer unteren 3 Formwerkzeughälfte. Die eigentliche Werkzeugform bzw. -kontur wird hier durch Werkzeugeinsätze 4 erzeugt, welche in die obere 2 und die untere 3 Formwerkzeughälfte eingesetzt und mit dieser mechanisch verbunden sind. Die Werkzeugkontur könnte jedoch auch direkt in die obere 2 und die untere 3 Formwerkzeughälfte eingebracht sein. In geschlossenem Zustand bilden die Formhälften in ihrem Inneren eine Werkzeugkavität 5, welche der endgültigen Form des Werkstücks nach dem Umformprozess entspricht.
Damit sich das Werkstück während des Umformprozesses gut an die Werkzeugkavität 5 anlegen kann, ist das Formwerkzeug 1 mit Entlüftungsöffnungen 29 versehen. Diese sind vorzugsweise spaltartig längs der Werkzeugkontur angeordnet. So kann die in der Werkzeugkavität 5 enthaltene Luft entweichen und behindert das Werkstück nicht in seiner Ausdehnung. Außerdem wird so eine gleichmäßigere Temperaturverteilung während des Umformens gewährleistet. Die Öffnungen 29 haben eine lichte Weite, die etwa gleich oder geringer als die Wandstärke des Werkstücks ist, damit das Werkstück nicht in die Öffnungen hineingedrückt wird. An Stelle der Werkzeugeinsätze 4 können auch eine oder mehrere Loch- 30 und/oder Schneidmatrizen 31 in das Formwerkzeug eingesetzt werden. Alternativ können die Loch- bzw. Schneidkanten auch direkt in die obere 2 bzw. die untere 3 Formwerkzeughälfte eingebracht sein. So kann das Werkstück schon während des Umformprozesses mit Löchern versehen und/oder beschnitten werden. Die Lochmatrizen besitzen nahe dem Lochgrund einen Auswurfmechanismus für das abgetrennte Lochmaterial. Durch das automatische Auswerfen des Abfallmaterials ist das Formwerkzeug nach dem Um- formprozess wieder einsatzbereit.
Das Formwerkzeug weist in diesem Ausführungsbeispiel eine von außen zugängliche, aus mehreren Formwerkzeugteilen bestehende Mundstückanordnung 6 auf. Sie entsteht bei dem Schließen des mehrteiligen Formwerkzeugs 1 durch das Aufeinandertreffen von Einformungen in den einzelnen Formwerkzeugteilen 2, 3, deren Grenzflächen aufeinander zu liegen kommen. Die Mundstückanordnung 6 bildet den Zugang zu einem die endgültige Werkstückform definierenden Formbereich 7 des Formwerkzeugs 1. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Mundstückanordnung 6 auch einen Werkzeughaltebereich 8, welcher hier konisch ausgeformt und mit Halterippen 9 versehen ist.
Während des Explosionsumformprozesses wird die Werkzeugkavität durch einen in die Mundstückanordnung 6 eingesetzten und gegen den Werkstückhaltebereich gedrückten Stopfen 10 verschlossen. Der lichte Abstand zwischen dem Werkstückhaltebereich und dem Stopfen ist dabei geringer als die Materialdicke eines Werkstückrohlings. So wird das Ende des Werkstückrohlings zwischen dem Stopfen und dem Werkzeughaltebereich eingespannt. Beim Einsetzen des Stopfens wird das Werkstück bei diesem Ausführungsbeispiel außerdem konisch aufgeweitet und in die Halterippen 9 gedrückt. Hierdurch wird das Werkstück in der Form fixiert und zudem eine Abdichtung des Explosionsraums im Innern des Werkstücks erreicht.
Zwischen dem Werkstückhaltebereich 8 und dem Formbereich 7 des Formwerkzeugs 1 ist mittels eines Werkzeugeinsatzes 4 oder direkt in den Formwerkzeughälften 2, 3 eine Trennkante 32 vorgesehen. Während des Umformprozesses trennt diese Kante den deformierten Haltebereich des Werkstücks von dem fertigen Formteil ab. Um die Mundstückanordnung 6, welche wegen der vielen Grenzflächen und dem dagegen drückenden Stopfen 10 besonderen Belastungen ausgesetzt ist, zusätzlich zu sichern ist ein Kragen 11 vorgesehen. Der Kragen 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel aus Stabilitätsgründen einstückig mit dem Stopfen 10 ausgebildet. Während des Umformprozesses greift der Kragen 11 in eine hier ringförmige Ausnehmung 12 der Mundstückanordnung 6 und umschließt diese ringartig.
Der Kragen und der Stopfen sind an einem vorderen dem Werkzeug zugewandten Ende eines Zündrohrs 13 vorgesehen. Der Stopfen ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einer zentralen Bohrung 14 versehen und verbindet so den Explosionsraum im Innern des Werkstücks über das Zündrohr 13 mit einer Gaszuführungs- 33, Entlüftungs- 34 und Zündvorrichtung 35. Die Zündvorrichtung 35 kann dabei, wie hier, in das Zündrohr 13 integriert sein. Alternativ kann der Stopfen auch lediglich als Verschlusselement dienen oder die Verbindung zu lediglich einer der genannten Vorrichtungen bilden.
Das Zündrohr 13 ist in diesem Ausführungsbeispiel über einen in Figur 2 dargestellten Absatz in einer Nut 15 in einem Steuerelement 16 geführt. Alternativ könnte das Zündrohr auch durch einen anderen Mechanismus auf der durch die Nut 15 vorgegebenen Bewegungsbahn geführt werden. Das Steuerelement 16 ist hier senkrecht zu dem Zündrohr 13 zwischen einer oberen 17 und einer unteren 18 Endposition bewegbar. Über die Nut 15 wird die Vertikalbewegung des Steuerelements 16 in eine Horizontalbewegung des Zündrohrs 13 umgewandelt. Durch die Bewegung des Steuerelements 16 kann das Zündrohr zwischen einer Arbeitsposition 19, in welcher das Zündrohr 13 und damit der Stopfen 10 und der Kragen 11 gegen das Formwerkzeug 1 drückt, und einer von dem Formwerkzeug 1 beabstandeten Ruheposition 20 bewegt werden.
In dem Steuerelement 16 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel neben der ersten Nut 15 noch eine weitere Nut 21 , in welcher ein Eingriffselement 22 des Formwerkzeugs 1 über einen in Figur 2 dargestellten Absatz 23 eingreift. Das Eingriffselement 22 ist hier ebenfalls wie das Formwerkzeug 1 zweigeteilt, wobei die obere Hälfte 24 des Eingriffselements mit der oberen Formwerkzeughälfte 2 verbunden ist und sich zusammen mit dieser öffnet und schließt. Die Nut 21 , über welche das Eingriffselement 22 mit dem Steuerelement 16 verbunden ist, verläuft parallel zu der Bewegungsrichtung des Steuerelements 16. Dadurch wirkt sich eine Bewegung des Steuerelements 16 auf das Ein- griffselement 22 im Gegensatz zu dem Zündrohr 13 in keiner Weise aus und auch das Eingriffselement 22 kann ohne Einfluss auf das Steuerelement 16 oder das Zündrohr 13 gemeinsam mit der oberen Formwerkzeughälfte 2 geöffnet und geschlossen werden.
Da das Steuerelement 16 das Zündrohr 13 mit dem Eingriffselement 22 kraftschlüssig verbindet, wirkt das Zusammenspiel dieser drei Bauteile als Umlenkmechanismus für bei dem Explosionsumformprozess entstehende Kräfte. Diejenigen Explosionskräfte, welche in der Bewegungsrichtung des Zündrohrs 13 wirken, werden über das Eingriffselement 22 des Formwerkzeugs 1 aufgenommen und mittels der Nuten 15, 21 über das Steuerelement 16 hier in die entgegengesetzte Richtung umgelenkt. So werden die Explosionskräfte, welche ursprünglich ein Auseinandertreiben der Vorrichtung und ein Zurückdrängen des Zündrohrs 13 bewirken, genutzt, um das Zündrohr 13 und damit den Stopfen 10 und den Kragen 11 an dessen vorderem Ende 25 weiter gegen das Formwerkzeug 1 zu drücken. Ein Teil der Explosionskräfte wird so zum Abdichten und Sichern des Formwerkzeugs genutzt.
Figur 3 zeigt die Vorrichtung zum Explosionsumformen angeordnet in einer Presse. Die in den Figuren 1 und 2 verwendeten Bezugszeichen bezeichnen dieselben Teile wie in Figur 3 so dass diesbezüglich auf die Beschreibung der Figuren 1 und 2 verwiesen wird. Die beiden Formwerkzeughälften 2, 3 werden durch den Stempel 27 der Presse zu- sammengepresst. Die Haltekräfte betragen bei diesem Umformverfahren mit der gezeigten Vorrichtung lediglich ca. ein Viertel der Haltekräfte eines vergleichbaren Prozesses beim Hydroumformen.
Das Steuerelement 16 wird in diesem Ausführungsbeispiels mittels eines Hydraulikzylinders 27 zwischen seinen, in Figur 1 dargestellten, Endpositionen 17, 18 bewegt. Durch Anheben des Steuerelements 16 wird dieses in seine obere Endposition 17 gebracht, in welcher eine Unterkante des Steuerelements 16 mit der in Figur 2 gestrichelt dargestellten Ebene 17 in etwa übereinstimmt. Durch die Bewegung des Steuerelements 16 in seine obere Endposition 17 wird auch das Zündrohr 13 in seine Arbeitsposition 19 gebracht, in welcher der Stopfen 10 an seinem vorderen Ende 25 gegen die Mundstückanordnung 6 drückt. Der durch den Hydraulikzylinder aufgebrachte Druck beträgt dabei ca. 400 Tonnen. Dieser wird mittels der Nut 15 in ca. 100 Tonnen Anpressdruck des Zündrohrs 13 bzw. des Stopfens 10 an das Mundstück 6 transformiert. Dieses Kräfteverhältnis lässt sich mit einer gegenüber der Bewegungsrichtung des Zündrohrs 13 um ca. 77° geneigte Nut 14 erreichen und gewährleistet ein gutes Abfangen kurzzeitiger, hoher Kräftespitzen wie sie bei einer Explosion auftreten. Auch die Trägheitskräfte des Steuerelements 16 tragen dazu bei kurzzeitige Kraftspitzen abzufangen. Durch Absenken des Steuerelements 16 mittels des Hydraulikzylinders 27 wird dieses in seine untere Endposition 18 gebracht, in welcher die Unterkante des Steuerelements 16 mit der in Figur 2 gestrichelt dargestellten Ebene 19 in etwa übereinstimmt. In dieser Stellung des Steuerelements 16 befindet sich das Zündrohr 13 in seiner Ruheposition 20.
Figur 4 zeigt den Schnitt IV-IV durch die in Figur 3 abgebildete Presse. Die in den Figuren 1 bis 3 verwendeten Bezugszeichen bezeichnen dieselben Teile wie in Figur 4, so dass diesbezüglich auf die Beschreibung der Figuren 1 bis 3 verwiesen wird.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf die obere Formwerkzeughälfte 2 bei geschlossenem Formwerkzeug 1. Die durch die obere Formwerkzeughälfte 2 bzw. anderweitig verdeckte Bauteilkonturen sind hier gestrichelt dargestellt. Die Werkzeugkavität 5 im Innern des Formwerkzeugs 1 ist durch eine Strichpunktlinie dargestellt.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Explosionsumformen mit der erfindungsgemäßen, in dem Ausführungsbeispiel dargestellten Vorrichtung erläutert.
Zunächst wird ein rohrartiger Werkstückrohling in die untere Formwerkzeughälfte 3 eingelegt. Anschließend wird das Formwerkzeug, durch Aufbringen der oberen Formhälfte 2, geschlossen. Dadurch wird das Werkstück annähernd vollständig umschlossen. Lediglich die beiden Werkstückenden bleiben von außen zugänglich. Im Folgenden wird das Verfahren zum Verschließen der Werkstückenden anhand eines Werkstückendes erläutert.
Das Zündrohr 13, welches an seinem vorderen Ende 25 den Stopfen 10 sowie den Kragen 11 trägt, wird durch die Bewegung des Steuerelements 16 aus seiner Ruheposition 20 in seine Arbeitsposition 19. Dadurch wird der Stopfen 10 in den Endbereich des Werkstücks gepresst, wodurch das Werkstück an dieser Stelle konisch verformt und in die Halterippen 9 des Werkstückhaltebereichs 8 hineingedrückt wird. Hierdurch entsteht zwischen dem Stopfen 10 und dem Formwerkzeug 1 eine dichte Verbindung und das Werkstück wird in der Werkzeugform fixiert. Mit dem Einbringen des Stopfens wird gleichzeitig eine Verbindung zu einer Gaszuführungs- 33, Entlüftungs- 34 und Zündvorrichtung 35 hergestellt.
Durch die Bewegung des Zündrohrs 13 wird gleichzeitig der Kragen 11 auf die Mundstückanordnung 6 aufgebracht. Dieser umfasst die Mundstückanordnung ringartig und sichert diese so gegen ein Auseinanderstreben der einzelnen Formwerkzeugteile während des Umformprozesses.
Durch das Schließen des Formwerkzeugs 1 wird das mit der oberen Formwerkzeughälfte 2 verbundene Eingriffselement 22 mit der Nut 21 in dem Steuerelement 16 in Eingriff gebracht. Durch das über die Nut 15 ebenfalls mit dem Steuerelement 16 verbundene Zündrohr 13 wird das Formwerkzeug 1 so kraftschlüssig mit dem Stopfen 10 bzw. dem Kragen 11 am vorderen Ende 25 des Zündrohrs 13 verbunden. Ein Teil der bei der Explosion entstehenden Kräfte wird so über diesen Kraftkopplungsmechanismus umgeleitet und als Angriffskraft für den Stopfen 10 bzw. den Kragen 11 gegen das Formwerkzeug 1 genutzt.
Der Explosionsraum im Innern des Werkstücks wird über das Zündrohr 13 und den Stopfen 10 mit Knallgas in stöchiometrischer Mischung mit einem geringen Sauerstoff- überschuss gefüllt. Anschließend wird das Gas durch eine in dem Zündrohr 13 angeordnete Zündvorrichtung 35 gezündet, wodurch das Werkstück in die Werkzeugkavität 8 gedrückt wird. Gleichzeitig wird das Werkstück durch in dem Formwerkzeug 1 vorgesehene Schneidkanten 30, 31 beschnitten und mit den nötigen Löchern versehen. Auch der deformierte Haltebereich des Werkstücks wird von dem fertigen Formteil abgetrennt. Das abgetrennte Lochmaterial wird durch einen Auswurfmechanismus ausgeworfen.
Wahlweise kann das Beschneiden und/oder das Lochen des Werkstücks auch in einem separaten, nachgeordneten Verfahrensschritt erfolgen. Hierfür wird das durch das Exp- losionsumformen fertig geformte Werkstück der Werkzeugform entnommen und in eine weitere Form eingebracht, in welcher es mit Löchern und/oder Einschnitten versehen und/oder von dem Haltebereich getrennt wird. Nach dem Umformprozess wird das Formwerkzeug 1 über das Zündrohr 13 und den Stopfen 10 entlüftet. Das Zündrohr 13 wird durch Absenken des Steuerelements 16 aus seiner Arbeits- 19 wieder in seine Ruheposition 20 gebracht. Dadurch wird auch der Stopfen 10 sowie der Kragen 11 von dem Formwerkzeug entfernt. Nun kann das Formwerkzeug geöffnet und das fertige Formteil entnommen werden.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Explosionsumformen eines rohrartigen Werkstücks, welche ein mehrteiliges, in geschlossenem Zustand das Werkstück annähernd vollständig umschließendes Formwerkzeug (1) umfasst und im Bereich wenigstens eines Endes des Formwerkzeugs (1) ein Stopfen (10) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei eingesetztem Stopfen (10) eine Dichtung zwischen dem Formwerkzeug (1) und dem Stopfen (10) ausgebildet ist, bei welcher das Werkstückende zwischen dem Stopfen (10) und dem Formwerkzeug (1) eingespannt und deformiert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der lichte Abstand zwischen dem Stopfen (10) und dem Formwerkzeug (1) bei eingesetztem Stopfen (10) kleiner als die Materialdicke eines Werkstückrohlings ist.
3. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (1 ) einen die endgültige Werkstückform definierenden Formbereich (7) sowie mindestens einen das Werkstück haltenden Werkstückhaltebereich (8) aufweist.
4. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (5) des Formwerkzeugs (1) im Werkstückhaltebereich (8) konisch ausgeformt ist.
5. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (10) an seinem vorderen, dem Werkstück zugewandten Ende einem Werkstückhaltebereich (8) des Formwerkzeugs (1) entsprechend ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stopfen (10) eine Verbindung des Explosionsraums im Innern des Formwerkzeugs (1) mit einer Gaszuführungsvorrichtung, Entlüftungsvorrichtung und/oder Zündvorrichtung herstellt.
7. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Formwerkzeug (1) zwischen einem die endgültige Werkzeugform definierenden Formbereich (7) und einem das Werkstück haltenden Werkstückhaltebereich (8) eine Trennkante vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Formwerkzeug (1) mindestens eine Lochmatrize zum Herstellen eines Lochs im Werkzeug vorgesehen ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Lochgrunds der Lochmatrize ein Auswurfmechanismus für das abgetrennte Lochmaterial vorgesehen ist.
10. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Formwerkzeug (1) mindestens eine Schneidmatrize zum Beschneiden des Werkstücks vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mundstückanordnung (6), welche mehrere Formwerkzeugteile umfasst und den Zugang zu einem Formbereich (7) des Formwerkzeugs (1) bildet, in geschlossenem Zustand von einem Kragen (11) umfasst wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der von dem Kragen (11) eingefasste Abschnitt der Mundstückanordnung (6) einen Werkstückhaltebereich (8) aulweist.
13. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen (11) einstückig mit dem Stopfen (10) ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kraftkopplungsmechanismus vorgesehen ist, welcher wenigstens einen Teil der durch die Explosion entstehenden Kräfte in eine Richtung umkehrt, in welcher der Stopfen (10) auf das Formwerkzeug (1) drückt.
15. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kraftkopplungsmechanismus vorgesehen ist, welcher wenigstens einen Teil der durch die Explosion entstehenden Kräfte in eine Richtung umlenkt, in welcher ein Kragen (11) in eine eine Mundstückanordnung des Formwerkzeugs umgreifende Stellung gedrückt wird.
16. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingriffselement (22) des Formwerkzeugs (1) und ein Zündrohr (13) jeweils auf einer Bewegungsbahn in einem bewegbaren Steuerelement (16) geführt sind, wobei die Bewegungsbahn des Eingriffselements (22) etwa parallel zu der Bewegungsrichtung des Steuerelements (16) und die Bewegungsbahn des Zündrohrs (13) quer zu dieser angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsbahnen als Nuten (15, 21) in dem Steuerelement (16) ausgebildet sind, in welche ein Absatz des Eingriffselements (23) bzw. des Zündrohrs eingreift.
18. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umlenkmechanismus vorgesehen ist, durch welchen ein Zündrohr (13) mittels einer Bewegungsbahn zwischen einer Arbeitsposition (19), in welcher das Zündrohr (13) gegen das Formwerkzeug (1) drückt, und einer zu dem Formwerkzeug (1) beabstandeten Ruheposition (20) bewegbar ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung eines Steuerelements (16), welches über die Bewegungsbahn des Umlenkmechanismus mit dem Zündrohr (13) gekoppelt, ist das Zündrohr zwischen der Arbeitsposition (19) und der Ruheposition (20) bewegbar ist.
20. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der zur Betätigung des Umlenkmechanismus aufzubringenden Kraft zu der resultierenden, das Zündrohr (13) bewegenden Kraft etwa 3-5:1, insbesondere 3,5-4,5:1 und im Besonderen etwa 4:1 beträgt.
21. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsbahn quer zu der Bewegungsrichtung des Zündrohrs (13) verlaufend angeordnet ist.
22. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsbahn etwa 60° bis 85°, insbesondere 75° bis 80° und im Besonderen etwa 77° gegenüber der Bewegungsrichtung des Zündrohrs (13) geneigt ist.
23. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündrohr (13) an seinem vorderen, dem Formwerkzeug (1) zugewandten Ende (25) den Stopfen (10) trägt.
24. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündrohr (13) an seinem vorderen, dem Formwerkzeug (1) zugewandten Ende (25) einen Kragen (11) trägt, welcher eine Mundstückanordnung (6) des Formwerkzeugs (1) umgreift.
25. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündrohr (13) in einer die Bewegungsbahn bildenden Nut (15) geführt ist.
26. Explosionsumformverfahren für ein rohrartiges Werkstück, bei welchem das Werkstück in eine mehrteilige, geöffnete Werkzeugform (1) eingelegt und durch Schließen der Werkzeugform (1) von dieser annähernd vollständig umschlossen wird, und an wenigstens eine von außen zugängliche Öffnung des Werkstücks ein Stopfen (10) eingepresst wird, wobei das Werkstück unter Ausbildung einer Dichtung zwischen dem Stopfen (10) und dem Werkzeug (1) eingespannt und verformt wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein von außen zugänglicher Endbereich des Werkstücks durch das Einbringen des Stopfens (10) konisch verformt wird.
28. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein von außen zugänglicher Endbereich des Werkstücks durch das Einbringen des Stopfens (10) in in einem Werkstückhaltebereich (8) des Formwerkzeugs (1) vorgesehene Rippen (9) gedrückt wird.
29. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Einbringen des Stopfens (10) eine Verbindung eines Explosionsraums mit einer Gaszuführungsvorrichtung, Endlüftungsvorrichtung und/oder Zündvorrichtung hergestellt wird.
30. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossener Werkzeugform (1) ein Kragen (11) auf eine mehrere Formwerkzeugteile umfassende Mundstückanordnung (6), welche den Zugang zu einem Formbereich (7) des Formwerkzeugs (1) bildet, aufgebracht wird, wobei der Kragen (11) die Mundstückanordnung (6) umfasst.
31. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der auf das Formwerkzeug (1) wirkenden Explosionskräfte umgeleitet wird und den Stopfen (10) gegen eine Mundstückanordnung (6) drücken, welche den Zugang zu einem Formbereich (7) des Formwerkzeugs (1) bildet.
32. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der auf das Formwerkzeug (1) wirkenden Explosionskräfte umgeleitet wird und einen Kragen (11) in eine eine Mundstückanordnung (6) des Formwerkzeugs (1) umgreifende Stellung drücken.
33. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zündrohr (13) mittels einer Bewegungsbahn zwischen einer Arbeitsposition (19), in welcher das Zündrohr (13) auf eine Mundstückanordnung (6) des Formwerkzeugs (1) drückt, welche den Zugang zu einem Formbereich (7) des Formwerkzeugs (1) bildet, und einer zu dem Formwerkzeug (1) beabstandeten Ruheposition (20) bewegt wird.
34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Formwerkzeug bewegbares Eingriffselement (22) des Formwerkzeugs (1) und das Zündrohr (13) mittels je einer Bahnkurve eines bewegbaren Steuerelements (16) geführt werden und beim Bewegen des Steuerelements (16) das Zündrohr (13) zwischen der Arbeitsposition (19) und der Ruheposition (20) bewegt wird während das Eingriffselement (22) still steht.
35. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Explosionsraum mit Knallgas in etwa stöchiometrischer Mischung mit einem geringen O2-Überschuss gefüllt wird.
36. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück während des Explosionsumformens beschnitten wird.
37. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der deformierte Haltebereich des Werkstücks während des Explosionsumformens von dem fertigen Formteil abgetrennt wird.
38. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück wahrend des Explosionsumformens mit wenigstens einem Loch versehen wird.
39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das abgetrennte Lochmaterial ausgeworfen wird.
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