CZ20003049A3 - Způsob a zařízení pro tváření dutého kovového obrobku vnitřním tlakem - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu a zařízení pro tváření dutých, zejména trubicovitých, obrobků vnitřním tlakem uvnitř uzavřeného nástroje.

Dosavadní stav techniky

Způsob tváření dutých, zejména trubicovitých obrobků vnitřním tlakem uvnitř uzavřeného nástroje je znám jak pro ocelový materiál, tak pro neželezné kovy. Tlakové médium dodávané do nástroje tvoří voda nebo vodní emulze. Tváření obrobku se provádí při teplotě okolí.

Ve známém případě je nevýhodné, že změna tvaru kovových materiálů při složitých operacích tváření je možná jen při velkých technických nákladech. Zejména v případě materiálů s malou tažnosti, jako např. hliníku, je nevyhnutelné vícenásobné mezižíhání. Každé mezižíhání ovlivňuje kovovou strukturu. Kromě toho v případě kovových materiálů jako například hliníku, jejichž struktura se nemění, existuje nebezpečí zkřehnutí. Jejich funkce při pozdějším praktickém použití tak může být značně zhoršena.

V rámci EP 0 785 036 Al je známo zavést do obrobku horký písek a pak jej tvářet. Přitom se před tvářením jak obrobek, tak také nástroj zahřívá. Během tváření se teplota

80561 (80561a)

PV 2000 - 3049 • · « · · 9 · 99··

9999 9 99 9 9 99 9 • 99 999 999999 99 9

9999 99 9 9999 _ 2 — ·· ·· ·· ·· ·· ·· nástroje i obrobku stále udržuje.

Tváření vnitřním tlakem pomocí písku však vyžaduje speciální zacházení. Malá zakřivení jsou dosažitelná, pokud vůbec, jen se značnými náklady. Také jednostranná vytvarování, např. vyklenutí, jsou jen obtížně proveditelná. Dále představuje značný problém utěsnění jakož i životnost nástroje. Vysoké kvality vnitřního povrchu s pískem v principu nelze dosáhnout. Také tato skutečnost podmiňuje mimořádně vysoké náklady, které ovlivňují hospodárnost známého způsobu.

Podstata vynálezu

Vynález je vycházeje ze stavu techniky založen na úkolu poskytnout způsob a zařízení pro tváření dutých kovových obrobků vnitřním tlakem, jehož pomocí by bylo možno s malými vnitřními tlaky a tvářecími silami při značně snížených konstrukčních nákladech dosáhnout vysoké vnitřní a vnější povrchové kvality.

Pokud jde o způsob, kterým je podle vynálezu tento úkol řešen, je uveden v nároku 1.

Vynález je založen na zjištění, že prostřednictvím ohřátí tvářeného obrobku jakož i otápění nástroje je možno dosáhnout zřetelného zvýšení deformace obrobku při současném zřetelném snížení tvářecích sil. Přitom se teploty účelně nastavují tak, aby byl zajištěn přes celou dutinu formy v nástroji rovnoměrný teplotní profil. Další výhoda vynálezu je spatřována v tom, že jak přídržné síly pro nástroj, tak také uzavírací síly na koncích obrobku jsou zřetelně sníženy. Kromě toho může být nástroj celkově vytvořen podstatně jednodušší.

80561 (80561a)

PV 2000 - 3049 • 0 ·0 ·* ·« 00 ·» « · · 9 9 9 9 9 9 9 9

9999 9 99 9 9 99 β • 0» 000 0 000·· 00 0

0000 00 0 0 0 0 0 «0 00 00 00 00

Ohřívání tlakového média se může provádět vně nástroje.

Zpravidla však stačí pro uvedení tlakového média na nezbytnou provozní teplotu ohřívat nástroj, přičemž se tlakové médium vede do obrobku skrze příslušné kanály v nástroji.

Také teploty potřebné ke snazšímu tváření obrobku je možno dosáhnout prostřednictvím ohřevu nástroje. Výhodné provedení, zejména při sériové výrobě, však spočívá podle nároku 2 v tom, že se obrobek před vložením do nástroje uvede na účelnou teplotu.

Ohřívání obrobku se může provádět různými způsoby. Výhodné však je podle nároku 3, když se obrobek uvádí na potřebnou teplotu externě v peci.

Proces tváření může podle vynálezu spočívat v čistém rozšiřování obrobku v uzavřeném nástroji, nebo může být podle nároku 4 spojen s dodatečným přestavováním alespoň jednoho uzavíracího trnu. Tato metoda se používá zejména při komplexních konfiguracích, např. když v průběhu obrobku má být vytvořeno boční vytvarování ve formě vyklenutí a materiál se musí dotlačovat. Zde je navíc v oblasti vyklenutí v nástroji uspořádána další axiálně přestavitelná protisíla ve formě hydraulicky ovladatelné opěrné tyče.

Ačkoliv jako tlakové médium se může použít například slabě reaktivní olej, může podle vynálezu být účelnější plynné tlakové médium, jehož chemické složení je stanoveno tak, aby nenastávala oxidace na vnitřním povrchu obrobku. V této souvislosti je za zvlášť hospodárnou variantu pokládán dusík jako tlakové médium. Dusík nezpůsobuje žádné chemické změny materiálu obrobku ani neulpívá na vnitřní ploše obrobku. Kromě toho dusík, a sice ve formě čistého

80561 (80561a)

PV 2000 - 3049 • «9 « · « 9 9*99 « « 9«· 9 9 9 9 » 9 9 9

9 9 99« «99999 *9 «

999« «9 9 9999

99 «9 99 99 99 dusíku, který se při teplotě přicházející v úvahu chová nereaktivně, umožňuje zvláště výhodné využití.

Popřípadě se může použít také směs dusíku a argonu nebo hélia.

Další varianta způsobu je dána znaky nároku 6. Podle nich sestává tlakové médium z čistého vzduchu.

Požadované plasticity obrobku pro zmenšení jak vnitřního tlaku v obrobku tak také tvářecích sil je dosaženo podle nároku 7 v oblasti teplot 200 až 400 °C. V této oblasti teplot postačí vnitřní tlak o velikosti 150 až 500 bar (15 až 50 MPa) . Vyšší vnitřní tlaky v této oblasti přicházejí v úvahu, když např. tvářené obrobky mají větší tloušťky stěny.

S výhodou se však tváření obrobku provádí v rozmezí teplot 250 až 350 °C (podle nároku 8) . Výhodné vnitřní tlaky se pak pohybují mezi 180 a 250 bar (18 až 25 MPa).

Zvláště výhodné v rámci vynálezu je, když se podle nároku 9 tváří obrobek z hliníku nebo z hliníkové slitiny. V případě hliníku totiž deformovatelnost roste s rostoucí teplotou až k určitému stupni, dříve než začne rekrystalizace. Zároveň klesá mez tvárnosti na menší hodnotu napětí. V této souvislosti se ukázalo ekonomicky velmi zajímavé, že mezižíhání obrobku z hliníku, zejména když se má dále tvářet již alespoň částečně tvarovaný obrobek, může zcela odpadnout. Po předtvarování již není nutné žádné několikahodinové udržování na žíhací teplotě pro opětovné uvedení materiálu do plastifikovatelného stavu.

Pokud jde o zařízení, kterým je řešen úkol vynálezu, jsou jeho znaky uvedeny v nároku 10.

80561 (80561a)

PV 2000 - 3049 • · φ φ • · φ ·

Na základě těchto znaků mohou být potřebné tvářecí síly natolik sníženy, že nejenže stačí jednoduchý uzavírací mechanismus pro nástroj a pro uzavírání konců obrobku, ale také nástroj jako celek může být vytvořen značně jednodušeji. Interní pokusy ukázaly, že přídržné síly nástroje mohou být ve srovnání s až dosud potřebnými silami při vysokých tlacích a teplotách redukovány více než o polovinu. Důvodem toho je poměrně malý vnitřní tlak pro přetvařování materiálu obrobku, nacházejícího se v kvaziplastickém stavu, podle předem dané dutiny formy. Kromě toho, i při realizaci komplexních obrysů na předtvarovaných dutých kovových obrobcích, zejména z hliníku nebo hliníkové slitiny, mohou být zřetelně sníženy potřebné axiální dotlačovací síly působící prostřednictvím uzavíracích trnů na koncích obrobku. Přitom je samozřejmé, že parametry tvářecí teplota, axiální dotlačovací síla a komplexnost obrobku musí být uvedeny do souladu, a sice také s ohledem na tloušťky stěn a otevřený průměr obrobku jakož i příslušný materiál. Celkově může být nástroj vyroben levněj i.

Tlakovým médiem může být čistý dusík. Myslitelná je také plynná směs z dusíku a argonu nebo hélia. Tlakovým médiem může být také vzduch.

Ohřev nástroje se může provádět různým způsobem. Výhodné je elektrické otápění. Podle nároku 11 se dává přednost nástroji s kapacitním nebo induktivním elektrickým ohřevem.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím příkladu

80561 (80561a)

PV 2000 - 3049 • 0

0

0

00 000 0 000 0 0 00 0 0000 00 0 0000 provedení znázorněného na výkrese.

Příklady provedeni vynálezu

Vztahovou značkou 1. je označen schematicky znázorněný nástroj pro tváření dutého kovového obrobku 2, zejména hliníkové trubky z AlMg3, vnitřním tlakem. Předtvarovaný obrobek 2 tvaru S má v nástroji jL získat svůj konečný obrys tvaru S s bočním vyklenutím U ve středním přechodovém úseku 4. K tomu je v nástroji 1_ uspořádána příslušně vytvořená dutina 5 formy.

Nástroj _1 je jak ve znázorněné dolní zápustce 6, tak také v blíže neznázorněné horní zápustce opatřen topením j_, které je v příkladu provedení znázorněno jako elektrická topná spirála.

Pro nástroj 1_ jsou k oběma čelním stranám obrobku 2_ přiřazeny hydraulicky poháněné uzavírací válce j), 9 s axiálně přestavitelnými uzavíracími trny 10, 11. Jeden uzavírací trn 11 z těchto uzavíracích trnů 10, 11 je opatřen podélným kanálem 12, na který je připojen přívod 13 pro přivádění tlakového média 14 tvořeného čistým dusíkem. Přívod 13 je veden přes regulační ventil 15 s ukazatelem 16 tlaku.

Oba uzavírací trny 10, 11 slouží pro utěsnění konců 17 obrobku 2 jakož i pro vyvozování axiálních dotlačovacích sil v případě, že jsou potřebné pro vytvoření vyklenutí.

Za účelem zhotovení vyklenutí 3 je pro nástroj _1 uspořádána ještě opěrná tyč 18 jako součást hydraulicky ovladatelného válce 19.

80561 (80561a)

PV 2000 - 3049 • · · • · · · * · • · · • · · • · · é·

Při tváření obrobku 2 vnitřním tlakem se současně s ohřátím dutiny 5 formy v nástroji 1. obrobek 2 v blíže neznázorněné peci externě uvede na teplotu mezi 250 a 350 °C. Tutéž teplotu má také nástroj

Takto předem ohřátý obrobek 2_ se pak uloží do dutiny 5 formy a následně se uzavírací trny 10, 11 těsně zavedou do konců 17 obrobku 2. Nástroj 1^ se může uzavřít současně se zavedením uzavíracích trnů 10, 11 do konců 17 nebo může být uzavřen předtím.

Hned poté se prostřednictvím přívodu 13 do obrobku 2 s regulovatelným tlakem přivádí tlakové médium 14 a tím se plastifikovaný materiál lisuje do dutiny 5 formy.

K tomu nezbytný vnitřní tlak může být prostřednictvím regulačního ventilu 15 bez obtíží řízen v závislosti na příslušné teplotě ohřátí obrobku 2 a teplotě nástroje 1_.

Tlakové médium 14 se může před přivedením k uzavíracímu trnu 11 ohřát. Protože však také uzavírací trn 11 se prostřednictvím nástroje 1^ zároveň ohřeje, stačí teplo, předávané pak z nástroje 1^ na uzavírací trn 11 a z uzavíracího trnu 11 do tlakového média 14 v podélném kanálu 12, aby se navzájem přizpůsobila teplotní úroveň obrobku 2 a nástroje 1.

Zastupuje:

Dr. Miloš Všetečka v.r.

80561 (80561a)

PV 2000 - 3049 • · · ·♦·· ···· { « · · · · · · · · · · · *

JUDr. Miloš Všetečka advokát

120 00 Praha 2, Hálkova 2 ··· ·· · · · · · • · · · »· · · · · · ·

Claims (1)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob tváření dutého kovového obrobku (2) s otevřenými konci (17) vnitřním tlakem, v dutině (5) formy vícedílného nástroje (1), při kterém se obrobek (2) položí do předem ohřátého nástroje (1) a poté se do jeho konců (17) těsně zavedou uzavírací trny (10, 11) tvořící součásti uzavíracích válců (8, 9), přičemž se uzavře nástroj (1), načež se prostřednictvím alespoň jednoho uzavíracího trnu (11) zavádí do teplého plastifikovaného obrobku (2) ohřáté tlakové médium (14) a účinkem tlakového média (

   14) se materiál nástroj e