Verfahren und Vorrichtung zur kalten Formung von Hohlprofilkörpern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kalten Formung von Hohlprofilkörpern. Weiterhin bezieht sie sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass man einen Hohlkörper verschliesst und mit einer Flüs sigkeit auffüllt, worauf über mindestens zwei relativ gegeneinander bewegbare Formstempel ein Druck auf den Hohlkörper - unter Begrenzung des Höchstdruckes der Flüssigkeit - ausgeübt wird, und dass hierbei der Hohlkörper unter Verkleinerung seines Volumens in die gewünschte Form gebracht wird. Die Vorrich tung zur Durchführung des Verfahrens ist durch mindestens zwei Führungen relativ gegeneinander be wegbare Formstempel gekennzeichnet, durch welche ein Druck auf den Hohlkörper ausgeübt werden kann, wobei der Hohlkörper in die gewünschte Form gepresst wird.
Es ist bekannt, Hohlkörper dadurch zu verfor men, dass man dieselben mit einem Füllmittel auf füllt und mit Hilfe eines Stempels so lange Druck auf das Füllmittel ausübt, bis der Hohlkörper sich an eine vorgesehene Wandung anlegt und die ge wünschte Form annimmt. Bei diesem Verfahren wird durch Einführung des Stempels in den Hohlkörper Füllmittel verdrängt und das Volumen des Hohl körpers vergrössert. Dabei vergrössert sich die Ober fläche des Hohlkörpers, und je nach gewähltem Aus gangshohlkörper und der Form, in die er gebracht werden soll, verändert sich mehr oder minder kon trollierbar seine Wandstärke.
Demgegenüber wird beim erfindungsgemässen Verfahren nach dem Verschliessen und Auffüllen des Hohlkörpers mit Flüssigkeit Druck von aussen auf den Hohlkörper ausgeübt und er hierbei unter Verkleinerung seines Volumens in die gewünschte Form gebracht.
Beim erfindungsgemässen Verfahren bleibt die Oberfläche und Wandstärke des Ausgangshohlkör- pers während der Formung, abgesehen von Deh nungsänderungen, unverändert gleich gross. Damit ist eine etwa vom Konstrukteur geforderte genaue Einhaltung der Wandstärke gewährleistet.
Das Ver fahren hat weiterhin den Vorteil, dass selbst bei Formung von Hohlkörpern aus hochbeanspruchba- rem und damit sehr festem Material die Herstellung der Pressflächenformen, die dem Hohlkörper ganz oder teilweise die gewünschte Form geben, verhält nismässig einfach möglich ist. Sie unterliegen selbst bei Formung grosser Stückzahlen keinem nennens werten Verschleiss, und damit wird eine gute Mass haltigkeit erreicht.
Das Verfahren ist wirtschaftlich 'besonders vorteilhaft, wenn man als Ausgangshohl körper handelsübliche Hohlquerschnitte, beispiels weise rohrförmige Hohlprofile, verwenden kann.
Die Erfindung wird an Hand der schematisch dargestellten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, Fig.2 einen Querschnitt nach Linie A-B von Fig. 1, Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Teil der Vor richtung nach Fig. 1, Fig.4 ein Beispiel zur Formung einer hohlen Turbinenschaufel aus einem ringförmigen Hohlprofil,
Fig. 5 einen Längsschnitt eines Hohlkörpers nach dem Formen, Fig. 6 einen Querschnitt nach Fig. 5, Fig. 7 einen rohrförmigen Hohlkörper mit Form stempeln nach dem Formen.
In. Fig. 1 ist ein rohrförmiger Hohlkörper 1 an den Enden durch Stopfen 2, 3 verschlossen. Zwi schen den Stopfen 2, 3 und dem Hohlkörper 1 sind Dichtungen 4, 5 angeordnet. Der Stopfen 3 weist eine Bohrung 6 auf, die in einen Zufluss 7 mündet, der mit einem Absperrorgan 8 versehen ist. Der Stopfen 2 hat eine Bohrung 9, die über ein einstellbares Sicherheitsventil 10 mit einem Ab fluss 11 verbunden ist. Die Formstempel 12, 13 sind an den Pressstempeln 14, 15 befestigt, welche durch eine Vorrichtung 16 gegeneinander geführt sind.
Auf den Stopfen 3 ist bis zu einer Schulter 17 eine Platte 18 geschoben. Ebenfalls befindet sich auf dem Stopfen 2 eine Platte 19 an einer Schulter 20. Der Stopfen 2 ist seitlich durch Führungsstangen 21, 22 gehalten, die mit dem Querhaupt 23 fest verbunden sind. Das Querhaupt 23 ist quer zur Längsrichtung auf der Grundschiene 24 einstellbar und mittels Schrauben 25 befestigt. Der Stopfen 2 weist die entsprechenden Teile auf, nämlich die Führungs stangen 26, 27 sowie die den Teilen 23, 24 ent sprechenden Teile 28, 29 und das Befestigungsmittel 30. Der Stopfen 2 ruht auf einem elastischen Lager 31. Ebenfalls ruht der Stopfen 3 auf einem dem Lager 31 entsprechenden Auflager, das aus Gründen der übersichtlichkeit nicht gezeichnet ist.
Am Press- stempel 14 ist ein Element 33 befestigt, und mit dem Pressstempel 1 ist ein an seiner Oberfläche abgeschrägter Lagerbock 34 verbunden. Auf dem Lagerbock 34 gleitet ein Keil 36, der mit Hilfe einer Einrichtung 35 verstellt werden kann. Durch die Teile 33 bis 36 wird eine einstellbare Begrenzung durch Anschlag für die Bewegung der Pressstempel erreicht. Die Zugstangen 37, 38 sind durch die Platten 18, 19 geführt. Die Schrauben 39, 40 sind lose angezogen.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird an Hand der Vorrichtung wie folgt beschrieben: Der Hohlkörper wird, nachdem er an seinen Enden mit Stopfen 2, 3 verschlossen ist, mit einer Flüssigkeit 32 über die Zuleitung 7 voll aufgefüllt. Nach Absperren der Zuleitung 7 mit Hilfe des Organs 8 und nach Einstellen des Sicherheitsventils 10 auf einen bestimmten Höchstdruck werden die Press- stempel 14; 15 und damit die Formstempel 12, 13 relativ gegeneinander bewegt und so der Hohlkörper unter Verkleinerung seines Volumens in die ge wünschte Form gebracht.
In einem anderen Fall, bei Anwendung des Ver fahrens, wird vor dem Ausüben eines Druckes mittels der Pressstempel 14, 15 durch die Zuleitung 7 die Flüssigkeit 32 im Hohlkörper unter Druck gesetzt und dann erst mit Hilfe des Organs 8 abgesperrt.
Die Sicherung durch die Zuganker 37, 38 in Verbindung mit den Platten 18, 19 soll nur im Falle des Nachlassens der Dichtung 4, 5 bei Druck erhöhung in der eingeschlossenen Flüssigkeit -zur Wirkung kommen. Deshalb brauchen die Schrauben 39, 40 nur lose angezogen zu sein.
Beim Gegeneinanderbewegen der Formstempel 12, 13 und die durch das erfindungsgemässe Ver fahren bedingte Verkleinerung des Hohlquerschnitts erhöht sich der Druck der im Hohlkörper einge füllten Flüssigkeit. Dabei wirkt die Flüssigkeit druck- übertragend als Puffer und bewirkt, dass sich das Hohl körperprofil beim Quetschen gut an die durch die Pressflächen gegebene Form anlegt. Der beim Quet schen in der Flüssigkeit entstehende Druck wird durch das eingestellte Sicherheitsventil unter einer bestimmten Höchstgrenze gehalten.
Dieser auftre tende Höchstdruck sowie der vor dem Quetschen in der Flüssigkeit durch die Zuleitung 7 aufzubrin gende niedrigste Druck bestimmen sich dadurch, dass einmal beim Quetschen keine noch zulässigen Spannungen überschritten werden dürfen, und zum anderen muss er noch so hoch sein, dass sich das Profil gut an die durch die Pressflächen gegebene Form anlegt, ohne dass Falten oder ähnliches ent stehen.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird man den Ausgangshohlkörper etwas länger wählen als die Länge der Formstempel, und zwar um so viel, dass beim Quetschen die Dichtung 4, 5 erhalten bleibt und sie Spannungen im Hohlkörper im übergangs- bereich zwischen den Stopfen und den Formstem peln unter einer zulässigen Grenze 'bleiben. Dabei wird durch die elastische Auflagerung der Stop fen 2, 3 eine weitgehende Anpassung durch Mit gehen an die Querschnittsverschiebung beim Quet schen erreicht.
Die quer zur Längsachse vorgesehene, einstell bare Führung des Hohlkörpers wird jeweils so ein gerichtet, dass beim Quetschen keine Relativbewe gungen zwischen dem Hohlkörper und den Press- flächen der Formstempel 12, 13 auftreten.
Weitere mit der Erfindung zusammenhängende Merkmale werden an Hand der Fig.4 bis 7 näher erläutert.
Die Pressflächen der Formstempel 41 und 43 (Fig. 4) haben ganz die Form des gewünschten Pro filquerschnitts. Der gestrichelt gezeichnete, ringför mige Hohlquerschnitt 42 wird zwischen die Form stempel gelegt, seitlich eingerichtet und beim For men geführt. Der obere Formstempel 41 befindet sich vor dem Formen in der gestrichelt gezeichne ten Stellung. Durch Pressen wird er gegen den Form stempel 43 bewegt und ist nach dem Formen in der Stellung 41', wobei der Ausgangshohlkörper 42 in die Form 42' gebracht wird.
In einem anderen Anwendungsbeispiel (Fig.7) wird die gewünschte Form durch die Pressflächen der Formstempel 44, 45 nur teilweise bewirkt. Um beispielsweise Überdehnungen an Stellen mit sehr kleinem Krümmungsradius zu vermeiden, kann man ballonartige Ausweitungen 46, 47 des Hohlkörpers 48 an den Seiten in Kauf nehmen. Die endgültige Profilgebung wird beispielsweise durch Verschwei ssen an den Stellen 49, 50 und durch Abtrennen der ballonartigen Ausweitungen erreicht.
Es ist auch möglich, nur auf einem Teil der Länge des Ausgangshohlkörpers, beispielsweise zwi schen den Stellen 52, 53 (Fig.5), den Querschnitt des Ausgangshohlprofils zu verkleinern. An dem jeweils seitlich an den Stellen 52 und 53 nach aussen anschliessenden Stück kann der Querschnitt entweder unverändert bleiben oder sich etwas vergrössern oder auch durch weitere Formstempel in eine bestimmte Form gebracht werden. Dabei hat sich gemäss der Erfindung nur das gesamte Volumen des Hohlkör pers zu verkleinern. Beispielsweise kann man so hohle Turbinenschaufeln 51 mit Füssen 54 zur Be festigung durch Formen aus einem Stück herstellen (Fig. 6).
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren kann man von beliebigen Hohlkörpern ausgehen. Vorteilhaft wird man dünnwandige, rohrförmige Hohlprofile ver wenden. Dabei braucht die Wandstärke nicht kon stant zu sein. Ebenfalls kann der Profilquerschnitt über die Länge des Hohlkörpers veränderlich sein. Auch kann man einen Ausgangshohlkörper mit über die Länge veränderlichem Umfang verwenden.
Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens kann der Druck auf den Hohlkörper langsam mittels Pressen ausgeübt werden. Es ist aber auch möglich, den Druck plötzlich, beispielsweise durch einen Hammer, aufzubringen. Dabei ist lediglich da für Sorge zu tragen, dass der im Hohlkörper auf tretende begrenzte Höchstdruck der Flüssigkeit nicht überschritten wird, was durch trägheitsarmes Ver halten des Sicherheitsventils erreicht wird.
Es ist weiterhin vorteilhaft, beim Aufbringen des Drucks durch die Formstempel den Hohlkörper rela tiv zu mindestens einem Formstempel zu führen. Damit wird erreicht, dass beim Formen der Hohl körper eine vorher relativ zum Formstempel einge richtete Lage beibehält. Ist diese Führung, die auch an einem Formstempel befestigt sein kann, einstell bar und ist weiterhin mindestens ein Formstempel quer zu seiner Bewegungsrichtung einstellbar, so ist eine Einrichtmöglichkeit für Formung verschiedener Ausgangshohlkörper gegeben.
Method and device for the cold forming of hollow profile bodies The invention relates to a method for the cold forming of hollow profile bodies. It also relates to a device for carrying out the method.
The method according to the invention consists in closing a hollow body and filling it with a liquid, whereupon a pressure is exerted on the hollow body via at least two mold punches which can be moved relative to one another - while limiting the maximum pressure of the liquid - and in this case the hollow body is reduced in size Volume is brought into the desired shape. The device for performing the method is characterized by at least two guides which can be moved relative to one another and through which a pressure can be exerted on the hollow body, the hollow body being pressed into the desired shape.
It is known to deform hollow bodies by filling them with a filler and using a stamp to exert pressure on the filler until the hollow body rests against a wall provided and assumes the desired shape. In this method, by inserting the punch into the hollow body, filler is displaced and the volume of the hollow body is increased. The upper surface of the hollow body increases, and depending on the selected output hollow body and the shape in which it is to be brought, its wall thickness changes more or less controllably.
In contrast, in the method according to the invention, after the hollow body has been closed and filled with liquid, pressure is exerted on the hollow body from the outside and it is brought into the desired shape while reducing its volume.
In the method according to the invention, the surface and wall thickness of the initial hollow body remain unchanged during the shaping, apart from changes in expansion. This ensures that the wall thickness is precisely adhered to, as required by the designer.
The method also has the advantage that even when hollow bodies are formed from highly stressable and thus very strong material, the production of the pressing surface molds, which give the hollow body the desired shape in whole or in part, is relatively simple. Even when large numbers of pieces are formed, they are not subject to any noteworthy wear and tear, and good dimensional stability is thus achieved.
The method is economically 'particularly advantageous if you can use commercially available hollow cross-sections as the starting hollow body, for example tubular hollow profiles.
The invention is explained in more detail with reference to the drawings shown schematically. 1 shows a longitudinal section of a device for performing the method, FIG. 2 shows a cross section along line AB of FIG. 1, FIG. 3 shows a plan view of part of the device according to FIG. 1, FIG. 4 shows an example for Forming a hollow turbine blade from an annular hollow profile,
FIG. 5 shows a longitudinal section of a hollow body after molding, FIG. 6 shows a cross section according to FIG. 5, FIG. 7 shows a tubular hollow body with shape stamping after molding.
In. 1, a tubular hollow body 1 is closed at the ends by plugs 2, 3. Between tween the plug 2, 3 and the hollow body 1 seals 4, 5 are arranged. The stopper 3 has a bore 6 which opens into an inflow 7 which is provided with a shut-off element 8. The stopper 2 has a bore 9 which is connected to a flow 11 via an adjustable safety valve 10. The forming punches 12, 13 are fastened to the pressing punches 14, 15, which are guided against one another by a device 16.
A plate 18 is pushed onto the stopper 3 up to a shoulder 17. Also located on the stopper 2 is a plate 19 on a shoulder 20. The stopper 2 is held laterally by guide rods 21, 22 which are firmly connected to the crosshead 23. The crosshead 23 can be adjusted transversely to the longitudinal direction on the base rail 24 and is fastened by means of screws 25. The plug 2 has the corresponding parts, namely the guide rods 26, 27 and the parts 23, 24 ent speaking parts 28, 29 and the fastening means 30. The plug 2 rests on an elastic bearing 31. The plug 3 also rests on a bearing 31 corresponding to the bearing, which is not shown for reasons of clarity.
An element 33 is attached to the press ram 14, and a bearing block 34 which is beveled on its surface is connected to the press ram 1. A wedge 36, which can be adjusted with the aid of a device 35, slides on the bearing block 34. The parts 33 to 36 provide an adjustable limit stop for the movement of the ram. The tie rods 37, 38 are guided through the plates 18, 19. The screws 39, 40 are loosely tightened.
The method according to the invention is described using the device as follows: The hollow body is completely filled with a liquid 32 via the supply line 7 after it has been closed at its ends with stoppers 2, 3. After the supply line 7 has been shut off with the aid of the organ 8 and after the safety valve 10 has been set to a certain maximum pressure, the press rams 14; 15 and thus the forming die 12, 13 moved relative to one another and so brought the hollow body into the desired shape while reducing its volume.
In another case, when the method is used, the liquid 32 in the hollow body is pressurized through the feed line 7 before pressure is exerted by means of the ram 14, 15 and only then shut off with the aid of the organ 8.
The securing by the tie rods 37, 38 in connection with the plates 18, 19 should only come into effect in the event of the seal 4, 5 weakening when the pressure in the enclosed liquid increases. Therefore the screws 39, 40 only need to be loosely tightened.
When the forming punches 12, 13 move against one another and the reduction in the hollow cross-section caused by the inventive method, the pressure of the liquid filled into the hollow body increases. The liquid acts as a pressure-transferring buffer and ensures that the hollow body profile rests well against the shape given by the pressing surfaces when squeezed. The pressure generated in the liquid when it is squeezed is kept below a certain maximum limit by the set safety valve.
This occurring maximum pressure as well as the lowest pressure to be applied in the liquid through the supply line 7 before squeezing are determined by the fact that once no more permissible voltages may be exceeded during squeezing, and on the other hand it must be high enough for the profile to change well applied to the shape given by the pressing surfaces without wrinkles or the like arising.
When carrying out the method, the starting hollow body will be chosen to be slightly longer than the length of the forming die, namely by so much that the seal 4, 5 is retained when squeezed and it pels tension in the hollow body in the transition area between the plug and the forming die stay below an allowable limit '. The elastic support of the stop fen 2, 3 is a substantial adjustment by going with the cross-sectional shift when Quet's achieved.
The adjustable guide of the hollow body provided transversely to the longitudinal axis is adjusted in such a way that no relative movements occur between the hollow body and the pressing surfaces of the forming dies 12, 13 when squeezing.
Further features related to the invention are explained in more detail with reference to FIGS.
The pressing surfaces of the forming dies 41 and 43 (FIG. 4) have the shape of the desired profile cross-section. The dashed, ringför-shaped hollow cross-section 42 is placed between the form stamp, set up on the side and guided in the For men. The upper molding die 41 is in the dashed line drawn position before molding. By pressing it is moved against the mold punch 43 and is in the position 41 'after molding, wherein the initial hollow body 42 is brought into the mold 42'.
In another application example (FIG. 7), the desired shape is only partially produced by the pressing surfaces of the forming punches 44, 45. In order, for example, to avoid overstretching at points with a very small radius of curvature, balloon-like expansions 46, 47 of the hollow body 48 on the sides can be accepted. The final profile is achieved, for example, by welding at points 49, 50 and by severing the balloon-like widenings.
It is also possible to reduce the cross-section of the initial hollow profile only on part of the length of the initial hollow body, for example between the points 52, 53 (FIG. 5). The cross-section can either remain unchanged or increase somewhat or can also be brought into a certain shape by further shaping punches on the piece adjoining laterally to the outside at points 52 and 53. According to the invention, only the entire volume of the Hohlkör has to be reduced. For example, you can make so hollow turbine blades 51 with feet 54 to Be fastening by molding in one piece (Fig. 6).
In the process according to the invention, any desired hollow bodies can be used. It will be advantageous to use thin-walled, tubular hollow profiles. The wall thickness does not need to be constant. The profile cross-section can also be variable over the length of the hollow body. You can also use an initial hollow body with a variable circumference over the length.
In the device for performing the process, the pressure on the hollow body can be slowly exerted by pressing. But it is also possible to apply the pressure suddenly, for example with a hammer. It is only necessary to ensure that the limited maximum pressure of the liquid occurring in the hollow body is not exceeded, which is achieved by the low-inertia behavior of the safety valve.
It is also advantageous, when the pressure is applied through the forming die, to guide the hollow body rela tively to at least one forming die. This ensures that when the hollow body is formed, it retains a position previously set up relative to the forming die. If this guide, which can also be attached to a forming die, is adjustable, and if at least one forming die is also adjustable transversely to its direction of movement, there is a facility for forming various initial hollow bodies.