Verformungsvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verformungsvorrichtung zur Verformung von hohlkörperförmigen oder flächenhaften Werkstücken mit Mitteln, um auf das zu verformende Werkstück lotrecht zur Werkstücksoberfläche in Verformungsrichtung hydraulisch einen Druck auszuüben und dadurch das zu verformende Werkstück in eine vorgesehene Form zu pressen.
Verformungsvorrichtungen dieser Art sind insbesondere zur Verformung von hohlkörperförmigen Werkstücken bereits bekannt geworden. Bei diesen bekannten Verformungsvorrichtungen werden hohlkörperförmige Werkstücke mit einem hydraulischen Druckmittel gefüllt, über das auf die Innenwand der Werkstücke Druckstösse ausgeübt werden. Durch diese Druckstösse werden die hohlkörperförmigen Werkstücke ausgebuchtet und dadurch in eine vorgesehene Form gepresst. Da die Werkstücke bei diesem Verformungsvorgang in der Regel an ihren Enden fest eingespannt sind, führt die Ausbuchtung zu einer Querschnittsverminderung in den ausgebuchteten Bereichen.
Diese Querschnittsverminderung ist die Folge einer plastischen Verformung des Werkstückes in den ausgebuchteten Bereichen, und in ungünstigen Fällen, z.B. an Stellen mit ungleichmässigem Gefügezustand oder Gaseinschlüssen können sich aufgrund dieser plastischen Verformung Risse ergeben, die zur Unbrauchbarkeit des verformten Werkstückes führen. Aber auch die Querschnittsverminderung an sich ist unerwünscht, da sie zu starken Schwankungen des Querschnitts führen kann und sich ausserdem in den Bereichen grösster Spannung bei der Verformung regelmässig der geringste Querschnitt ergibt, so dass beim späteren Gebrauch des Werkstückes bei einem Innendruck auf das Werkstück gerade an den Stellen grösster Spannung der geringste Querschnitt vorhanden ist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabenstellung war daher, eine Verformungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die querschnittsvermindernde Wirkung der durch den Druck auf die Werkstücksoberfläche bewirkte Verformung vermieden oder zumindest weitgehend reduziert werden kann.
Erfindungsgemäss wird das mit einer Verformungsvorrichtung der eingangs genannten Art erreicht, die gekennzeichnet ist durch Mittel, um auf das zu verformende Werkstück, zu sätzlich zu dem Druck in Verformungsrichtung auf die Werk stücksoberfläche, im wesentlichen quer zur mittleren Rich tung der durch den Druck auf die Werkstücksoberfläche bewirkten Verformung Stauchkräfte auszuüben und dadurch die querschnittsvermindernde Wirkung der durch den Druck auf die Werkstücksoberfläche bewirkten Verformung durch eine entsprechende Stauchung des Werkstückes mindestens teilweise zu kompensieren.
Vorteilhaft kann die vorliegende Verformungsvorrichtung mit Mitteln zur stossweisen Erzeugung des Druckes auf die Werkstücksoberflächesowiezur gleichzeitigen stossweisen Erzeugung der Stauchkräfte auf das zu verformende Werkstück, vorzugsweise in Form einer Vielzahl aufeinanderfolgender, die Verformung des Werkstückes schrittweise bewirkender Druck- und Stauchkraftstösse, versehen sein.
Bei einer zweckmässigen Ausführungsform der vorliegenden Verformungsvorrichtung ist ein an einen hydraulischen Druckstosserzeuger angeschlossenes Gehäuse vorgesehen, und die Mittel zur Ausübung der Stauchkräfte umfassen zwei in dem Gehäuse durch hydraulisch erzeugten Druck gegen einander verschiebbare, ein zu verformendes hohlkörperförmiges, vorzugsweise rohrförmiges Werkstück zwischen sich halternde Formgebungswerkzeuge, wobei ferner Mittel zur Einleitung des zur Übertragung des hydraulischen Druckes dienenden Druckmittels in das Innere des zu verformenden hohlkörperförmigen Werkstückes vorgesehen sind.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Verformungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein an einen hydraulischen Druckstosserzeuger angeschlossenes Gehäuse und eine Gruppe von Formgebungswerkzeugen vorgesehen ist und die Formgebungswerkzeuge in dem Gehäuse gegeneinander verschiebbar angeordnet sind und vorzugsweise aus jeweils mehreren Segmenten bestehen und dass die Mittel zur Ausübung der Stauchkräfte je einen in dem Gehäuse durch hydraulischen Druck verschiebbaren und mit Stirnseiten eines zu verformenden hohlkörperförmigen Werkstückes in Eingriff bringbaren Kolben auf beiden Seiten der Gruppe umfassen und die Kolben mit Durchtritten für das zur Übertragung des Druckes dienende Druckmittel in das Innere des zu verformenden hohlkörperförmigen Werkstückes versehen sind.
Bei dieder bevorzugten Ausführungsform können die Kolben zweckmässig ebenfalls als Formgebungswerkzeuge ausgebildet und mit dem zu verformenden Werkstück mittels innerhalb der Kolben vorgesehener stufenförmiger Absätze in Eingriff bringbar sein. Ferner kann bei dieser bevorzugten Ausführungsform vorteilhaft zwischen den Gehäuse und jedem Formgebungswerkzeug und zwischen dem Gehäuse und jedem Kolben mindestens je eine lösbare Arretierung zur Halterung der Formgebungswerkzeuge und Kolben in einer bestimmten Ausgangslage vorgesehen sein.
Weiter können bei der bevorzugten Ausführungsform zwischen den sich gegenüberliegenden Stirnseiten benachbarter Formgebungswerkzeuge sowie zwischen den sich gegenüberliegenden Stirnseiten von je einem Kolben und dem benachbarten Formgebungswerkzeug vorteilhaft elastische Rückstellmittel vorgesehen sein, die in Ausnehmungen in den sich gegenüberliegenden Stirnseiten abgestützt sind und die bei Verschiebung der Kolben gegeneinander gleichzeitig eine derartige Verschiebung der Formgebungswerkzeuge bewirken, dass sich immer untereinander gleichgrosse Abstände zwischen den sich gegenüberliegenden Stirnseiten benachbarter Formgebungswerkzeuge sowie zwischen den sich gegenüberliegenden Stirnseiten von je einem Kolben und dem benachbarten Forgebungswerkzeug ergeben.
Statt dessen können bei der bevorzugten Ausführungsform aber auch die einzelnen Formgebungswerkzeuge der Gruppe von Formgebungswerkzeugen an je einem von mehreren in Stufen wirksamen Kolben angebracht sein und Druckmittelkanäle zur aufeinanderfolgenden hydraulischen Druckbeaufschlagung der Kolben vorgesehen sein.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Verfor mungsvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie für eine hydraulische Formgebung an einen hydraulischen Schlagdruckerzeuger anschliessbare Formgebungswerkzeuge in Form mehrerer in einem äusseren zylindrischen Formgebungswerkzeug gleitender innerer Formgebungswerkzeuge, an den beiden äusseren Enden der Gruppe von inneren Formgebungswerkzeugen angeordnete, in dem äusseren Formgebungswerkzeug verschiebbar aufgenommene und zur axialen Verschiebung der beiden Enden eines rohrförmigen Werkstückes bestimmte Kolben aufweist, wobei die inneren Formgebungswerkzeuge und, falls erforderlich, die Kolben mit Vorsprüngen und/oder mit Ausnehmungen versehen sind, so dass sie als Formgebungswerkzeug verwendbar werden, und die darüber hinaus mit Arretierungen, bestehend aus einem Fortsatz,
einer Feder und einer rinnenförmigen Ausnehmung in dem äusseren Formgebungswerkzeug versehen ist, die sich zwischen den inneren Formgebungswerkzeugen und dem äusseren Formgebungswerkzeug und zwischen den Kolben und dem äusseren Formgebungswerkzeug befinden, wodurch die inneren Formgebungswerkzeuge und die Kolben in ihren entsprechenden Stellungen innerhalb des äusseren Formgebungswerkzeuges festlegbar werden, es aber den inneren Formgebungswerkzeugen gestattten, entsprechend der Kolbenbewegungen ihre Stellungen zu verlassen, mit wenigstens einem elastischen, aus Gummi gefertigten, der Rückstellung der inneren Formgebungswerkzeuge dienenden Teiles und Ausnehmungen zur Aufnahme des Teiles versehen ist, im äusseren Formgebungswerkzeug eine Rinne mit in die Rinne ausmündender Öffnung zur Entlüftung der inneren Formgebungswerkzeuge gegen die Atmosphäre aufweist,
und dass das zu verformende Werkstück in die inneren Formgebungswerkzeuge eingesetzt und innen mit Wasser gefüllt wird, wobei Dichtungspackungen zur Vermeidung eines Druckmittelaustrittes vorgesehen sind. Mit dieser Ausführungsform wird erreicht, dass ein hydraulischer Stossdruck als ein Innendruck auf ein Werkstück aufbringbar ist. Zur gleichen Zeit wird eine Formgebung dadurch erreicht, dass eine durch die Kolben ausgelöste Druckkraft aufgebracht wird. Durch den nach innen gerichteten Vorschub wird die sonst übliche Dicke des Werkstückes stark vermindert und die Formgebung leicht durchführbar. Diese Ausführungsform ist zur Verformung eines Werkstückes grosser Länge geeignet, die mit anderen Verfahren schwer durchführbar ist. Durch die Arretierungen und Rückstellelemente werden die inneren Werkzeuge selbsttätig in vorbestimmten Ausgangslagen gehalten.
Die inneren Formgebungswerkzeuge werden während des Formgebungsvorganges und der Verformung für einen unbehinderten Verfahrensablauf selbsttätig bewegt. In der Endstufe werden die inneren Formgebungswerkzeuge zur Vervollständigung des Verformungsvorganges nahe aneinandergebracht. Somit kann die axial gerichtete Druckbewegung vorbestimmt werden.
Vor dem Einsetzen und nach der Entnahme des Werkstückes werden die inneren Formgebungswerkzeuge immer selbsttätig in ihrer vorbestimmten Lage gehalten, wodurch die Bedienung der Vorrichtung sehr einfach ist. Da die Rückstell elemente keine Metallfedern enthalten, sind sie durch die Axialdruckkraft nicht zu beschädigen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Verformungsvorrichtung, die zur Verformung eines Werkstückes Anwendung findet, das ein nicht zu verformendes Teilstück aufweist, wird das Teilstück auf seinem äusseren und inneren Umfang mit hydraulischem Druck beaufschlagt, wodurch durch Verminderung des bei dem Verformungsvorgang anfallenden Reibungswiderstandes die Aufbringung eines hohen quergerichteten Druckes, d.h. eines in Formgebungswerkzeug-Längsrichtung verlaufenden Druckes vermieden wird. Gleichwohl wird der Vorschub des Werkstückes sichergestellt. wodurch die Verformung erleichtert wird. Dar über hinaus wurde eine Gewichtsverminderung der Formgebungswerkzeuge und die Synchronisation des Formgebungswerkzeug-Querdruckes zum inneren Druck durch die Verwendung eines Werkstückvorschubblockes möglich, wobei der Werkstückvorschubblock mit den Formgebungswerkzeugen verbunden ist.
Zusätzlich ist eine Druckeinstellbohrung innerhalb des Kolbens vorgesehen, mit deren Hilfe die Formgebungswerkzeugbewegung, die ausgelöst wird von dem quergerichteten, von einer unveränderlichen Querdruck-Einstellbohrung abgeleiteten Druck, in Übereinstimmung mit der Formgebungswerkzeugleitung eingestellt werden kann. Verglichen mit bekannten Forgebungswerkzeugen dieser Art liefert diese Ausführungsform der vorliegenden Verformungsvorrichtung Vorteile, wie die sichere Einstellung des Verformungsbetrages und Werkzeughubes, die Beseitigung des Ausbeulens des Werkstückes, die Gleichförmigkeit der geformten Gegenstände und die Qualitätsverbesserung der hergestellten Formlinge.
Im folgenden werden die Vorteile der vorliegenden Verformungsvorrichtung gegenüber bekannten Vorrichtungen im einzelnen näher erläutert:
Die herkömmlichen Formgebungswerkzeuge sind am äusseren Umfang mit einem Führungswerkzeug versehen, das die Aufgabe hat, die Deformation desjenigen Werkstückabschnittes zu verhindern, der nicht zu verformen ist. Bei kurzen Werkstücken ist dies ohne Schwierigkeiten herausnehmbar, selbst wenn ein innerer Druck auf das Werkstück aufgebracht und es auf das Führungswerkzeug aufgepresst war (aufgrund des inneren Druckes). Bei langen Werkstücken hingegen ist die Herausnahme des Werkstückes aufgrund des gesteigerten Reibungswiderstandes schwierig.
Bei der Vorrichtung nach der Erfindung ist der an den Formgebungswerkzeugen anliegende Werkstück abschnitt sehr gering und andere Abschnitte sind lediglich dem Druck ausgesetzt, wodurch der vorstehend beschriebene Nachteil vermieden ist. Somit eignet sich die erfindungsgemässe Vorrichtung besonders zur Verformung von Werkstücken grosser Länge.
Bei der Formgebung langer Werkstücke mittels Formgebungswerkzeugen mit grossen Verformungswegen treten etliche Nachteile auf, wie z.B. die Erhöhung des Werkzeuggewichtes im Verhältnis zur Werkzeuglänge, die instabile Bewegung der Formgebungswerkzeuge, die ihre Ursache in der hohen Anfangsenergie zur Bewegung schwerer Werkzeuge hat, die Zunahme der Trägheit, das Ungleichgewicht zwischen innerem und quergerichtetem Druck, wobei die Möglichkeit besteht, dass der quergerichtete Druck überwiegt, was ein ungewolltes Ausbuchten des Werkstückes zur Folge hat, sowie Verbiegungen und Gestaltsabweichungen der hergestellten Gegenstände, die Qualitätsverminderung und den Ausschluss des Formgebungsvorganges aufgrund gerissener Werkstücke. Letztere Nachteile gehen auf das Ungleichgewicht zwischen innerem und äusserem Druck zurück.
Durch die Vorrichtung nach der Erfindung werden die Herstellungskosten für Formgebungswerkzeuge gesenkt.
Zum Beispiel entfallen Löcher mit besonderer Toleranz, der Werkstoffaufwand für das Formgebungswerkzeug wird vermindert und die Gleitfläche der Formgebungswerkzeuge ist kürzer.
Auch die Herstellungskosten der Gegenstände sind vermindert. Zum Beispiel ist die Beschickung und Entnahme sehr einfach. Aufgrund der Gewichtsverminderung ist der Energieaufwand herabgesetzt.
Die Gewichtsverminderung der Formgebungswerkzeuge gewährleistet eine genaue Synchronisation des inneren Drukkes mit dem Kolbenquerdruck.
Das zu verformende Werkstück wird sicher den Form gebungswerkzeugen zugeführt.
Der Querdruck ist dadurch stufenlos einstellbar, indem man der Einstellbohrung im Kolben eine entsprechende Ge staltung erteilt, wodurch das Gleichgewicht zwischen Quer druck und innerem Druck sichergestellt ist. Damit wird der mögliche Verformungsgrad steigerbar.
An dem nicht zu verformenden Abschnitt des Werkstükkes wird keine Gleitreibung erzeugt. Demgemäss kann der
Kolbendruck herabgesetzt werden, und die Notwendigkeit der Querdrucksteigerung, sogar bei der Formgebung langer Werkstücke, ist beseitigt. Somit ist ein Verbiegen, Ausbeulen und Zerstören des Werkstückes vermieden.
Aufgrund der Gewichtsverminderung der Formgebungs werkzeuge ergibt sich ausserdem eine Verringerung der not wendigen Arbeitszeit für die Beladung mit einem Werkstück, dessen Entladung und Vorbereitung der Formgebungswerkzeuge. Kratzer auf der äusseren Oberfläche der Gegenstände sind vermieden, wodurch deren Güte gesteigert ist, denn zum Zeitpunkt der Druckstossaufbringung ist aufgrund der Berührungsflächenreibung und der Druckanlage des Werkstückes an den Formgebungswerkzeugen ein Schlupf ver hindert. Zu diesem Zeitpunkt folgt der Werkstücknach schiebeblock der Werkstückbewegung, wodurch auch ein Ausbeulen des nicht zu verformenden Abschnittes vermie den ist.
Die vorliegende Verformungsvorrichtung kann für jedwede Verformung Verwendung finden, sie eignet sich aber besonders zur Verformung eines relativ langen Werkstückes mit zu erzielenden grossen Verformungswegen. Neben Werk stücken aus Metall können auch Werkstücke aus anderen Materialien wie z. B. aus Kunststoff mit der vorliegenden Ver formungsvorrichtung verformt werden.
Anhand der nachstehenden Figuren ist die Erfindung im folgenden an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung in ihrer Ausgangsstellung vor dem Formgebungsvorgang,
Fig. 2 die Ausführungsform nach Fig. 1 in ihrer Endstellung nach vollendetem Formgebungsvorgang,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung in ihrer Ausgangsstellung vor dem Formgebungsvorgang,
Fig. 4 die Ausführungsform nach Fig. 3 in ihrer Endstellung nach vollendetem Formgebungsvorgang,
Fig. 5 eine vergrösserte Darstellung einer Arretierung 24 für die Formgebungswerkzeuge der Ausführungsform nach Fig. 3,
Fig. 6, 7 eine vergrösserte Darstellung der elastischen Rückstellmittel 30 für die Formgebungswerkzeuge nach Fig. 3 in deren Ausgangsstellung (Fig. 6) und deren Endstellung (Fig. 7),
Fig.
8 eine perspektivische Ansicht eines aus zwei Segmenten bestehenden Formgebungswerkzeuges sowie eines einzelnen Segmentes desselben für die Ausführungsform nach Fig. 3,
Fig. 9 einen Querschnitt des Gehäuses 21 der Ausführungsform nach Fig. 3 in der Ebene IX-IX,
Fig. 10-13 Längsschnitte einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung sowie deren Stellungen in verschiedenen Verformungsstufen,
Fig. 14-18 halbe Längsschnitte einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Vorrichtung, deren Einzelteile symmetrisch zur Mitte der Formgebungswerkzeuge angeordnet sind, die für sich nicht notwendigerweise radialsymmetrisch ausgebildet zu sein brauchen, wobei Fig. 14 die Stellung der Formgebungswerkzeuge beim Einsetzen eines zu verformenden Werkstückes in die Verformungsvorrichtung, die Fig. 15 bis 17 verschiedene Verformungsstufen und die Fig.
18 den Endzustand der Verformung zeigen,
Fig. 19-21 Längsschnitte einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Verformungsvorrichtung, deren Einzelteile ebenfalls symmetrisch zur Mitte der Formgebungswerkzeuge angeordnet sind, die für sich nicht notwendigerweise radialsymmetrisch ausgebildet zu sein brauchen, wobei Fig. 19 die Stellung der Formgebungswerkzeuge beim Einsetzen eines zu verformenden Werkstückes in die Verformungsvorrichtung, Fig. 20 eine Verformungsstufe und Fig. 21 den Endzustand der Verformung zeigen.
In Fig. 1 weisen die zur Verformung eines rohrförmigen Werkstückes 1 bestimmten Formgebungswerkzeuge 2 einen linken und rechten Teil auf, die innerhalb einer zylindrischen Führung 3 verschiebbar angeordnet sind. Die Formgebungswerkzeuge 2 sind an ihrer Innenseite im Bereich 4 mit einer Stufe versehen, an der ein Ende des rohrförmigen Werkstükkes 1 abgestützt ist. Das Werkstück 1 wird durch in sein Inneres eingreifende Stützteile 5 gehaltert, die mit Dichtungen 6 versehen sind. Die Stützteile 5 mit Dichtungen 6 werden durch einen äusseren Träger 7 oder eine ähnlich ausgebildete Einrichtung sicher gelagert. Zwischen den Formgebungswerkzeugen 2 befindet sich ein Spalt 8, der mit der Umgebungsatmosphäre über eine Öffnung 9 in Verbindung steht. Als Querdruckkraft F wird hydraulischer Druck verwendet.
Zum gleichen Zweck wird auch ein hydraulisch erzeugter Druckstoss mit langer Wellenlänge angezogen. Obwohl der Druck ohne Verzögerung und stossweise aufgebracht wird, kann trotz seiner Höhe der Wasseraustritt dadurch verhindert werden, dass innerhalb der Formgebungswerkzeuge 2 Dichtungspackungen 10 oder 11 vorgesehen sind. Damit wird durch die vorstehend beschriebenen Formgebungswerkzeuge, durch gewaltsames Gegeneinanderbewegen der Formgebungswerkzeuge 2 in Richtung auf das Werkstück 1, eine Druckbelastung so ausgeübt, dass durch übermässige Zugspannun gen bedingte Querschnittsverminderungen oder Brücke vermieden werden, was zu einer Steigerung der Verformungsgüte führt. Die Formgebungswerkzeuge vermögen Werkstücke schwieriger geometrischer Gestaltung, die mit anderen Verfahren nicht geformt werden können, zu formen.
Nach der Ausführungsform gemäss den Fig. 3 bis 9 kennzeichnet die Bezugszahl 21 ein äusseres Formgebungswerkzeug, 22 ein inneres Formgebungswerkzeug, 23 das zu verformende Werkstück, 24 eine Arretierung und 25 einen Kolben. Das Innere des äusseren Formgebungswerkzeuges 21 ist zylindrisch ausgebildet. Der äussere Umfang des inneren Formgebungswerkzeuges 22 ist gleichermassen zylindrisch und das innere Formgebungswerkzeug 22 ist verschiebbar in das äussere Formgebungswerkzeug 21 eingesetzt. Der innere Umfang des inneren Formgebungswerkzeuges 22 ist mit Vorsprüngen und/oder Ausnehmungen entsprechend der herzustellenden Form versehen. Als zu verformendes Werkstück 23 ist hier ein herkömmliches Metallrohr vorgesehen. Wie in Fig. 5 dargestellt, sind eine Feder 32 und ein Zapfen 31 der Arretierung 24 in einer rinnenförmigen Ausnehmung 33 des äusseren Formgebungswerkzeuges 21 aufgenommen.
Verschiebt sich das innere Formgebungswerkzeug 22 bezüglich des äusseren Formgebungswerkzeuges 21, drückt der Fortsatz 31 die Feder 32 zusammen und der Zapfen 31 wird in die rinnenförmige Ausnehmung 33 eingetragen. Entsprechend der Anzahl innerer Formgebungswerkzeuge 22 sind Arretierungen 24 vorzusehen, und zwar wenigstens eine je innerem Formgebungswerkzeug 22. Mit Hilfe der Arretierungen 24 sind die inneren Formgebungswerkzeuge 22 entlang dem Innenumfang des äusseren Werkzeuges 21 angeordnet.
Der Kolben 25 ist entlang dem inneren Umfang des äusseren Formgebungswerkzeuges 21 in der Richtung bewegbar vorgesehen, in die die Enden des Werkstückes 23 zu pressen sind. Auch die Kolben 25 sind mit Arretierungen 24 ausgestattet. Die Bezugszahl 26 bezeichnet ein Verschlussstück für ein Ende des Formgebungswerkzeuges, während mit 27 ein gleiches Verschlussstück für das andere Ende des Form-gebungswerkzeuges gekennzeichnet ist, wobei das Verschlussstück 27 mit einem Wassereinlasskanal 28 versehen ist. Die Verschlussstücke 26 und 27 sind an ihrer Anlageseite mit dem Kolben 25 mit Ausnehmungen versehen, so dass Wasser 29 auf den grössten Teil der Stirnfläche der Kolben 25 einwirken kann. Der Hohlraum innerhalb des zu verformenden Werkstückes 23 und der Wassereinlasskanal 28 sind mit Wasser gefüllt.
Mit 30 ist ein Rückstellelement des inneren Formgebungswerkzeuges 22 bezeichnet. Wie Fig. 6 zeigt, gehört zu dem Rückstellelement 30 ein elastischer Teil 35 aus Gummi oder einem ähnlichen Werkstoff und eine Ausnehmung 36, in der der elastische Teil 35 aufgenommen ist. Wenigstens ein Rückstellelement 30 ist zwischen den sich gegenüberliegenden Stirnflächen der inneren Formgebungswerkzeuge 22 sowie zwischen den entsprechenden Stirnflächen der jeweils äussersten inneren Formgebungswerkzeuge 22 und den Kolben 25 vorgesehen. Werden die Kolben 25 von beiden Seiten her einwärts bewegt, so wird der elastische Teil 35 des Rückstellelementes 30 zusammengedrückt, wie dies Fig. 7 zeigt, und erzeugt so eine Kraft zur Rückstellung des Kolbens 25 in die in Fig. 3 gezeigte Lage.
Mit 37 ist gesamthaft eine Rinne mit darin ausmündender Öffnung bezeichnet, über die die Luft innerhalb des inneren Formgebungswerkzeuges 22 in die Atmosphäre entweichen kann. Bevor der Verformungsvorgang eingeleitet wird, werden die inneren Formgebungswerkzeuge 22 mittels der Rückstellelemente 30 in Abstand zueinander eingestellt und in ihren vorbestimmten Lagen durch die Arretierungen 24, wie in Fig. 3 gezeigt gehalten. Wie in Fig. 4 verdeutlicht, sind die nach Abschluss des Verformungsvorganges in Anlage aneinandergebracht.
Das innere Formgebungswerkzeug 22 ist zur Herausnahme des Werkstückes 23 in zwei oder mehrere Segmente aufgeteilt. Jedoch sollte vorzugsweise das innere Formgebungswerkzeug 22 wie in Fig. 8 gezeigt ausgestattet sein, um die Trennung der Segmente zu verhindern. Ein Beispiel der gesamthaft mit 37 bezeichneten Rinne und Öffnung, die in Verbindung mit der Umgebung stehen, ist in Fig. 9 gezeigt In Fig. 3 ist eine Dichtungspackung mit 38 bezeichnet, die aus einem O-Ring oder einem metallischen Kolbenring bestehen kann und die zur Beseitigung von Wasserleckverlusten bestimmt ist. Die Packung ist innerhalb eines Einstiches eingesetzt. Das äussere Formgebungswerkzeug 21, das Verschlussstück 26 und das Verschlussstück 27 werden dann mittels Bolzen miteinander so verbunden, dass sie bei Bedarf auch wieder voneinander trennbar sind.
Der Kolben 25 ist an seiner Innenseite je nach Bedarf mit Vorsprüngen und/oder Ausnehmungen versehen, damit der Kolben 25 in gleicher Weise als Formgebungswerkzeug wie das innere Formgebungswerkzeug 22 (siehe Fig. 3) verwendet werden kann.
Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Formgebungswerkzeuge ist folgendermassen:
Zuerst wird das Werkstück 23 in das innere Formgebungswerkzeug 22, wie in Fig. 3 gezeigt, eingesetzt. Dann werden die Verschlussstücke 26 und 27 fest mit dem äusseren Formgebungswerkzeug 21 verbunden. Der Wassereinlasskanal 28 und das Innere des Werkstückes 23 werden dann -mit Wasser 29 gefüllt. Der Wassereinlasskanal 28 wird dann mit einem hydraulischen Druckstosserzeuger (nicht gezeigt) verbunden. Ein hoher von dem Erzeuger gelieferten Druck wird dann auf das Wasser 29 übertragen, wodurch das Werkstück 23 nach aussen getrieben wird. Zur gleichen Zeit wird der Kolben 25 von aussen her nach einwärts getrieben, wodurch das Werkstück 23 in axialer Richtung zusammengedrückt wird. Folglich wird das Werkstück 23 in eine Form gebracht, die der Form der inneren Formgebungswerkzeuge 22 entspricht.
Die durch die Formgebung bedingten Querschnittsverminderungen des Werkstückes 23 werden beseitigt durch die Nachförderung, ausgelöst durch die axiale Verdichtung, wodurch jede Möglichkeit extremer Querschnittsverminderungen und Reissen des Werkstückes 23 vermieden ist. Somit kann die Formgebung leicht bewerkstelligt werden. Während des vorstehenden Arbeitsablaufes gelangen die Zapfen 31 der Arretierungen 24 der Kolben 25 ausser Eingriff mit der rinnenförmigen Ausnehmung 33, und zwar aufgrund der hohen axialen Verdichtungskraft, die elastischen Teile 35 des Rückstellelementes 30 werden zusammengedrückt, und die inneren Formgebungswerkzeuge 22 nähern sich einander. Nach Abschluss des Verformungsvorganges sind die inneren Formgebungswerkzeuge 22 in Anlage aneinander gebracht, wie die Fig. 4 darstellt.
Die Luft innerhalb der inneren Formgebungswerkzeuge 22 wird über die gesamthaft mit 37 bezeichnete Rinne und Ausnehmung gegen die Atmosphäre entlüftet.
Dann wird das Verschlussstück 26 entfernt, und die inneren Formgebungswerkzeuge 22 werden aus dem äusseren Formgebungswerkzeug 21 zusammen mit dem Werkstück 23 herausgenommen. Jeder Zapfen 31 sollte vorzugsweise, wie in Fig. 5 gezeigt, mit einem hinteren Endabschnitt versehen sein, der ein Herausfallen aus der Rinne 33 verhindert, während der vorstehende Vorgang vollführt wird.
Dann werden die inneren Formgebungswerkzeuge 22 und ein neues Werkstück 23 in das äussere Formgebungswerkzeug 21 eingesetzt. Wie in Fig. 3 gezeigt, werden die inneren Formgebungswerkzeuge 22 selbsttätig durch die Arretierungen 24 und die Rückstellgummis 30 in ihre Ausgangslage gebracht. Das Lecken hydraulischen Mediums ist durch die Pakkung 38 verhindert. Bei der in den Fig. 10 bis 13 dargestellten Ausführungsform ist mit 41 eine hydraulische Druckkam mer, mit 41 ein Stössel, mit 43 ein Kanal, mit 44 eine innere Werkzeugkammer und mit 45 ein weiterer Kanal oder Durchgang bezeichnet. Der das das Eintreiben des Stössels 42 in die hydraulische Druckkammer 41 erzeugte Druckstoss setzt sich über den Kanal 43 in die innere Werkzeugkammer 44 fort.
Anderseits wird der durch ein Kolbenreduzierventil 51 eingestellte Druck von den Kanälen 43 und 45 in eine rückwärtige Kammer 47 eines A-Kolbens 46 geleitet, wodurch auf das Werkstück 48 ein in Querrichtung verlaufender Druck ausgeübt wird. Für diesen Fall ist der A-Kolben 46 mit einer vorderen Kammer 52 ausgestattet, die zur Atmosphäre offen ist. Dann wird auf das Werkstück 48 ein innerer und quergerichteter Druck aufgebracht, woraufhin das Werkstück 48 in den in Fig. 11 gezeigten Zustand übergeht. Dies bedeutet, dass sobald der A-Kolben 46 seine Bewegung vollendet hat, wird die rückwärtige Kammer 47 des A-Kolbens 46 mit der rückwärtigen Kammer 53 des B-Kolbens 56 über Kanäle 54 und 55 in Verbindung gebracht. So wird der hydraulische Druck auf den B-Kolben 56 übertragen.
Innere Formgebungswerkzeuge 57 und 58, die an der Vorderseite des B-Kolbens 56 vorgesehen sind, vollführen synchron mit der Bewegung des B-Kolbens 56 Gleitbewegungen, halten das Werkstück 48 beidseitig und verformen das Werkstück 48 mittels des Druckes zu der gewünschten Form. Danach gleiten, wie in Fig. 12 dargestellt, innere Formgebungswerkzeuge 60 und 61, die an der Vorderseite eines C-Kolbens 59, D Kolbens 62 und A-Kolbens 46 angeordnet sind, zur Mitte, und zwar um den Betrag, der dem Versatz des B-Kolbens 56 entspricht. Sowie der B-Kolben 56 seine Bewegung vollendet hat, wird die rückwärtige Kammer 47 des A-Kolbens 46 über einen Kanal 64 in Verbindung mit der rückwärtigen Kammer 63 des C-Kolbens 59 gebracht, wie dies Fig. 13 zeigt. Daher vollführt der C-Kolben 59 die gleiche Bewegung wie der B Kolben 56, um die Verformung herbeizuführen. Hierbei bewegt sich der B-Kolben 56 nicht.
Nachdem die Bewegung des des C-Kolbens 59 abgeschlossen ist, wird ein Durchtritt, der in die rückwärtige Kammer 47 des A-Kolbens 46 eingebracht ist, mit einer rückwärtigen Kammer 66 des D-Kolbens 62 in Verbindung gebracht, woraufhin sich der D-Kolben 62 in Richtung auf die Werkzeugmitten bewegt. Nach Abschluss der Verschiebung des D-Kolbens 62 ist die Verformung des Werkstückes 48 abgeschlossen. Die Bezugszahl 49 bezeichnet ein äusseres Formgebungswerkzeug, 50 ein Verschlussstück, und mit 67, 68 und 69 sind Ausnehmungen für Arretierfedern gekennzeichnet, die für die Rückstellung der Formgebungswerkzeuge notwendig sind.
Im folgenden wird die Ausführungsform gemäss den Fig. 14 bis 18 erläutert:
Gemäss Fig. 14 weist die Ausführungsform eine Druckkammer 71, einen Kanal 72 und eine im Werkzeug vorgesehene Druckkammer 73 auf. Ein Kolben 82 für ein Formgebungswerkzeug ist zwischen der Druckkammer 71 und der inneren Druckkammer 73 angeordnet. Der Kolben 82 weist einen Abschnitt 82a grossen Durchmessers und einen Abschnitt 82b kleinen Durchmessers auf. Der Innendurchmesser D1 und der Aussendurchmesser D2 des Abschnittes 82a sind so gewählt, dass sie in einen Teil 84 einpassbar sind. Der Abschnitt 82b kleinen Durchmessers am anderen Ende des Formgebungswerkzeugkolbens 82 ist in ein Werkstück 77 eingesetzt. Die beiden Abschnitte 82a und 82b sind zur Bildung eines Wasserdurchlasses 82c ausgestaltet, der an einen nicht gezeigten hydraulischen Druckstosserzeuger anschliessbar ist.
Ein Formgebungswerkzeug 80 ist mittels nicht gezeigter Schrauben oder ähnlicher Befestigungsmittel fest mit dem Kolben 82 verbunden. An einem Ende ist das Formgebungswerkzeug 80 an seinem äusseren Umfang mehrstufig ausgebildet, und zwar identisch mit dem Abschnitt 82a grossen Durchmessers, und es weist einen inneren Durchmesser auf, in den der äussere Durchmesser des Werkstückes 17 einpassbar ist. Ein stufenförmiger zur Aufnahme eines Ende des Werkstückes 77 bestimmter Querdruckkolben 74 ist gleitend auf dem Kolben 82 und in dem Formgebungswerkzeug 80 aufgenommen. Eine rückwärtige Kammer 75 des Querdruckkolbens 74 steht mit dem Kanal 72 über eine Drossel 76 in Verbindung. Dadurch wird der in der Druckkammer 71 vorgegebene hydraulische Druck über den Kanal 72 in die innere Druckkammer 73 geleitet und auf das Werkstück 77 aufgebracht.
Zur gleichen Zeit wird der hydraulisch erzeugte Druckstoss, beeinflusst durch die Drossel 76, auf die rückwärtige Kammer 75 des das Werkstück in Querrichtung beaufschlagenden Kolbens 74 aufgebracht, der an der Querseite des Werkstückes 77 angeordnet ist. Wird der Druck auf das Ende des Werkstückes 77 aufgebracht, dann steht das Werkstück unter einem inneren und quergerichteten Druck und wird, wie Fig. 15 zeigt, verformt. Hierbei wird das Formgebungswerkzeug 80 festgehalten, da darauf kein Druck zur Einwirkung kommt. Der Kolben 74 wird durch den Druckstoss in Tätigkeit gesetzt, und die rückwärtige Kammer 75 des Kolbens 74 wird mit einer Kammer 78 an der Querseite des Formgebungswerkzeuges über einen Kanal 79 in Verbindung gebracht, der zuvor entsprechend den Verformungsbedingungen ausgestaltet wurde.
Zum Beispiel ist die Arbeitslage an dem in Fig. 14 gezeigten Abstand l, bestimmt worden.
Nur wenn die Kammer 78 an der Querseite des Kolbens mit Druck beaufschlagt wird, beginnt das Formgebungswerkzeug 80 zu gleiten. Die einzelnen Formgebungswerkzeuge 80 gleiten gegen die Mitte sämtlicher Formgebungswerkzeuge zu, siehe dazu die Arbeitslage nach Fig. 16, wobei das Werkstück 77 durch den Kolben 74, der den Werkstückquerdruck aufbringt, und durch den inneren Druck verformt wird.
Als nächstes wird eine rückwärtige Kammer 81 des Kolbens 82, die mit dem Formgebungswerkzeug 80 verbunden ist, mittels eines Druckkanals 83 angeschlossen. Das Formgebungswerkzeug 80 wird mit Druck beaufschlagt und gleitet weiter in Richtung auf die Mitte der Formgebungswerkzeuge zu. Die in Fig. 18 gezeigte Verformung wird somit durch den resultierenden Druck des durch den Werkstückquerdruckkolben 74 erzeugten Druckes und den hydraulisch erzeugten Druckstoss erreicht. In diesem Falle wird der Kanal 83 entsprechend der gewünschten Form angeordnet. Bei der letzten Formgebungsstufe wird das Formgebungswerkzeug 80 festgelegt, und der Kanal 83 wird nicht verwendet, wohingegen aber der volle Oberflächendruck Anwendung findet, um so den Druck zur Aufnahme der Reaktionskraft zur Verfügung zu haben.
Zum Beispiel wird die Lage des Druckkanals 83 durch den Abstand 12 oder 12 bestimmt, wie in Fig. 15 gezeigt. 12 stellt den Abstand von der Oberfläche des Kolbens 82 für das Formgebungswerzeug zu dem Kanal 83 dar, der im Vorsprung 84a des Körpers eingebracht ist. Mit 13 ist die Passlänge des Kolbens 82 mit dem Vorsprung 84a bezeichnet. Ihr Verhältnis sollte sich folgendermassen bestimmen: 11 12, 13 < vollständiger Hub.
Im folgenden wird die Bewegung eines jeden Einzelteiles der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beschrieben:
1. Sollte das Werkstück 77 nicht vollständig in das Formgebungswerkzeug eingebracht sein, bringt der Werkstückquerdruckkolben 74 auf das Werkstück 77 einen quergerichteten Druck auf, bis das Werkstück 77 entsprechend eingesetzt ist. (Da das Formgebungswerkzeug 80 während dieses Verfahrensschrittes nicht mit Druck beaufschlagt ist, bewegt es sich nicht und ist festgehalten).
2. Sollte das Formgebungswerkzeug 80 vor dem Kolben 74 gleiten, wird der Kanal 79 dureh den Kolben 74 abgesperrt und das Formgebungswerkzeug 80 in dieser Lage zum Stillstand gebracht.
3. Wird Druck auf den Kolben 74 und das Formgebungswerkzeug 80 gemäss 2. aufgebracht, neigt der Kolben 74 dazu, sich vorwärts zu bewegen. Durch diese Bewegung des Kolbens 74 nimmt das Formgebungswerkzeug 80 die Reaktionskraft auf. Da jedoch die Kammer 78 an der Querseite des Formgebungswerkzeuges 80 geschlossen ist, wird der Druck aufgrund der geringfügigen Rückwärtsbewegung des Formgebungswerkzeuges 80 von selbst erhöht. Der Druck stellt sich selbsttätig ein und der Kolben 74 wird gezwungen, sich nach vorn zu bewegen. Die vorstehend erwähnten Bewegungsabläufe können durch Einstellung des Druckes in der Kammer 78 an der Querseite des Formgebungswerkzeuges 80 beeinflusst werden.
4. Bewegt sich der Kolben 74 vorwärts, wird der Kanal 79 angeschlossen, und in die Kammer 78 wird Druck eingebracht, wodurch die Verformung bewerkstelligt wird.
5. Nach vorangeschrittener Verformung wird die Formgebung durch den Druck, der sich eingestellt hat, wenn mehr Formgebungswerkzeugdruck notwendig ist (Reaktionskraft aufgrund inneren Druckes) und durch den Druck auf die Rückkammer 81 des Kolbens 82 vorangetrieben.
6. Werden die Formgebungswerkzeuge weiter vorangetrieben, wird der durch den Druckkanal 83 geleitete Druck in der Endstufe in den vollen Oberflächendruck umgewandelt, um den inneren Verformungsdruck zu überwinden. Auf diese Weise werden die Formgebungswerkzeuge 80 dicht aneinandergebracht.
7. Wie Fig. 17 zeigt, ist hierbei der für die Fromgebungswerkzeuge 80 zur Formgebung notwendige Druck höher angesetzt als der des Werkstückquerdruckkolbens 74. Mithin werden die Formgebungswerkzeuge 80 vorwärtsbewegt und dicht aneinandergebracht, bevor die Formgebung des Werkstückes 77 beendet ist.
8. Durch weitere Aufbringung hydraulisch erzeugten Druckes wird der Kolben 74zu dem Zeitpunkt des Arbeitsablaufes betätigt, an dem die Formgebungswerkzeuge aneinandergebracht sind. Die Formgebung wird mit Hilfe des Kolbens 74 und des inneren Druckes vollendet, während sich das Werkstück 77 in das Formgebungswerkzeug hineinbewegt.
Der vorstehend beschriebene Arbeitsablauf vollzieht sich nach Aufbringung des Druckstosses stufenlos während einer kurzen Zeitspanne. Dadurch wird der Formgebungsvorgang vollzogen.
Im folgenden wird die in den Fig. 19 bis 21 gezeigte Ausführungsform beschrieben. In Fig. 19 bezeichnet 91 eine hydraulische Druckkammer, 92 einen Kanal, 93 eine innere Werkzeugdruckkammer, 94 ein Werkstück, 95 und 96 Kanäle und 97 einen Querdruckkolben. Der in der Druckkammer 91 erzeugte Druckstoss wird von dem Kanal 92 in die Kammer 93 geleitet und auf das Werkstück 94 aufgebracht. Zur gleichen Zeit wirkt der Druck auf den Querdruckkolben 97 ein, der an der Rückseite eines Formgebungswerkzeuges 102 vorgesehen ist. Die Verformung wird so durch die resultierende Kraft der inneren Presskraft und der Querpresskraft herbeigeführt. Der Anfangsdruck wird einer einen quergerichteten Druck aufbringenden Kammer 104 über eine feststehende, regelnde Bohrung 103 in einer Kolbenführung 107 zugeleitet.
Zum Zwecke der Anpassung der zu formenden Gestalt an den Formgebungsschritt werden mehrere den Querdruck einstellende Bohrungen 98, die in dem Querdruckkolben 97 angeordnet sind und stufenweise zueinander hinzugeschaltet werden, in Verbindung mit der Kammer 104 gebracht. Die Verformung wird somit durch Einstellung ihres Querdruckes vorangetrieben. In diesem Fall können z.B. die den Querdruck einstellenden und in den Querdruckkolben 97 einbringbaren Bohrungen 89 zueinander voreilend, d h. axial nebeneinander am äusseren Umfang zur aufeinanderfolgenden Beaufschlagung angeordnet sein.
Da sich das zu verformende Werkstück 94 zum Zeitpunkt der Beschickung der Vorrichtung innerhalb des Formgebungswerkzeuges 102 befindet, ist das Werkstück 94 innerhalb der Formgebungswerkzeuge nicht unbedingt durch einen quergerichteten Druck zu bewegen. Demgemäss wird ein Werkstückabschnitt (a), der nicht zur Verformung bestimmt ist, an seinem inneren und äusseren Umfang mit Druck beaufschlagt.
Dies verhindert ein Ausbeulen und Verbiegen des Werkstükkes, wenn der quergerichtete Druck auf das Werkstück 94 aufgebracht wird, der von dem Werkstück-Nachschiebeblock 100 herrührt, der über eine Verbindungsstange 99 mit dem Querdruckkolben 97 verbunden ist. Das Werkstück 94 ist mit den Formgebungswerkzeugen über den Werkstück-Nachschiebeblock 100 synchronisiert, der am Querdruckkolben 97 befestigt ist. Der Querdruckkolben 97 und die Formgebungswerkzeuge 102 sind an einer verschiebbaren Formgebungswerkzeugführung 101 angeordnet.
Ein O-Dichtangsring 105 und ein Dichtungsring 106 dienen zur Abdichtung gegen Flüssigkeitsaustritt. Zur Zeit der Aufbringung des Druckstosses wird ein Wasseraustritt mittels des Anlageabschnittes (b) zwischen dem Querdruckkolben 97 und dem Werkstück 94, das sich aufgrund des inneren Druckes aufbeult, verhindert.
Die Kolbenführung 107 ist mit einem hydraulischen Druckkanal 95 und einer Werkzeugführung 108 versehen. Die Bezugsziffer 109 kennzeichnet ein feststehendes Werkzeug, das auch dazu dient, ein verschiebbares Formgebungswerkzeug lagenmässig festzulegen.