CZ299558B6

CZ299558B6 - Zpusob tvárení vnitrním tlakem dutého obrobku

Info

Publication number: CZ299558B6
Application number: CZ20003049A
Authority: CZ
Inventors: Kleinschmidt@Jörgen; Töpker@Dieter; Grussmann@Elmar
Original assignee: Benteler Ag
Priority date: 2000-08-18
Filing date: 2000-08-18
Publication date: 2008-09-03
Also published as: CZ20003049A3

Abstract

U zpusobu tvárení vnitrním tlakem dutého obrobku (2) z hliníku nebo hliníkové slitiny, majícího otevrené konce (17), v dutine (5) formy vícedílného nástroje (1), se obrobek (2) položí do otevreného predem ohrátého nástroje (1), poté se do koncu (17)obrobku (2) tesne zavedou uzavírací trny (10, 11), tvorící soucásti uzavíracích válcu (8, 9), a potom se uzavre nástroj (1), nacež se prostrednictvímalespon jednoho uzavíratelného trnu (10, 11) zavádí do obrobku (2) tlakové médium (14) a úcinkem tlakového média (14) se materiál obrobku (2) lisuje do dutiny (5) formy. Dusík se jako tlakové médium (14) vede pres uzavírací trn (10, 11), rovnež ohrátý prostrednictvím ohrívání nástroje (1), do za tepla plastifikovaného obrobku (2) a lisuje obrobek (2) v teplotním rozsahu mezi 250 a 350 .degree.C pri tlaku mezi 18 a 25 MPa do dutiny (5) formy, pricemž specifický vnitrní tlak se rídí pres regulacní ventil (15), zaclenený do prívodu (13) pro tlakové médium (14), v závislosti na príslušné teplote ohrátí obrobku (2) a teplote ohrevu nástroje (1).

Description

U způsobu tváření vnitřním tlakem dutého obrobku (2) z hliníku nebo hliníkové slitiny, majícího otevřené konce (17), v dutině (5) formy vícedílného nástroje (1), se obrobek (2) položí do otevřeného předem ohřátého nástroje (1), poté se do konců (17) obrobku (2) těsně zavedou uzavírací tmy (10, 11), tvořící součásti uzavíracích válců (8,9), a potom se uzavře nástroj (1), načež se prostřednictvím alespoň jednoho uzavíratelného tmu (10, 11) zavádí do obrobku (2) tlakové médium (14) a účinkem tlakového média (14) se materiál obrobku (2) lisuje do dutiny (5) formy. Dusík se jako tlakové médium (14) vede přes uzavírací trn (10,11), rovněž ohřátý prostřednictvím ohřívání nástroje (1), do za tepla plastifikovaného obrobku (2) a lisuje obrobek (2) v teplotním rozsahu mezi 250 a 350 °C při tlaku mezi 18 a 25 MPa do dutiny (5) formy, přičemž specifický vnitřní tlak se řídí přes regulační ventil (15), začleněný do přívodu (13) pro tlakové médium (14), v závislosti na příslušné teplotě ohřátí obrobku (2) a teplotě ohřevu nástroje (1).

i

Způsob tváření vnitřním tlakem dutého obrobku

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu tváření dutého obrobku, z hliníku nebo hliníkové slitiny, s otevřenými konci, vnitřním tlakem, v dutině formy vícedílného nástroje, při kterém se obrobek položí do otevřeného předem ohřátého nástroje, poté se do konců obrobku těsně zavedou uzavírací tmy, tvořící součásti uzavíracích válců, a potom se uzavře nástroj, načež se prostřednictvím alespoň jednoho uzavíracího tmu zavádí do obrobku tlakové médium a účinkem tlakového média se materiál obrobku lisuje do dutiny formy.

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 tažností, 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-A1-0 785 036 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 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 sku35 teěnost podmiňuje mimořádně vysoké náklady, které ovlivňují hospodárnost známého způsobu.

Prostřednictvím DE-A1-196 42 824 je známý způsob tváření dutého obrobku z hliníku nebo hliníkové slitiny, majícího otevřené konce, vnitřním tlakem, v dutině formy vícedílného nástroje, při kterém se obrobek položí do otevřeného nástroje, poté se do konců obrobku těsně zavedou uzavírací tmy, tvořící součásti uzavíracích válců, a potom se nástroj uzavře. Nato se prostřednictvím alespoň jednoho uzavíracího tmu zavádí do obrobku teplonosný olej s tlakem páry 10¹ MPa, tedy 1 bar, při teplotě asi 250 °C a tím se obrobek přizpůsobuje dutině formy v nástroji·

K tomuto způsobu je třeba poznamenat, že doby taktu k přetvoření obrobku jsou srovnatelně dlouhé. Příčinu toho tvoří skutečnost, že se tlakové médium předem ohřívá a pak se používá k nahřátí obrobku na přetvářecí teplotu. Teprve potom se obrobek na koncích uzavírá a přetváří. Také v důsledku používání teplonosného oleje je nákladový faktor srovnatelně vysoký. Dále není možno při použití teplonosného oleje zabránit těsnicím problémům na různých ventilech, pístech a těsnění tvářecího zařízení s ohledem na tam použité plastové součásti. Konečně je komplikované a časově náročné plnění teplonosného oleje do obrobku k tváření a jeho odstranění z něj.

Spis WO 98/54370 učí odborníka tvářet ocel, zejména ocel legovanou borem. K tomu se nejdříve ocel nahřívá na teplotu nad bodem AC₃, zejména na teplotu mezi 775 a 1000 °C. Také tlak by

-1 CZ 299558 B6 měl ležet mezi 30 a 80 MPa, což znamená tlakové poměry mezi přibližně 300 a 800 bary. Uzavírací tmy jako součásti uzavíracích válců nejsou popsány.

Podstata vynálezu

Úkolem tohoto vynálezu je, vycházeje ze stavu techniky, poskytnout způsob tváření dutých obrobků z hliníku nebo z hliníkové slitiny, majících otevřené konce, vnitřním tlakem, který je udržován při krátkých dobách taktu a zajišťuje při zmenšených nákladech na tváření přesné tvářelo ní obrobku při nižších teplotách a tlacích.

Tento úkol se řeší způsobem tváření dutého obrobku z hliníku nebo hliníkové slitiny, s otevřenými konci, vnitřním tlakem, v dutině formy vícedílného nástroje, při kterém se obrobek položí do otevřeného předem ohřátého nástroje, poté se do konců obrobku těsně zavedou uzavírací tmy, tvořící součásti uzavíracích válců, a potom se uzavře nástroj, načež se prostřednictvím alespoň jednoho uzavíracího tmu zavádí do obrobku tlakové médium a účinkem tlakového média se materiál obrobku lisuje do dutiny formy. Podle vynálezu se dusík jako tlakové médium vede přes uzavírací tm, rovněž ohřátý prostřednictvím ohřívání nástroje, do za tepla plastífikovaného obrobku a lisuje obrobek v teplotním rozsahu mezi 250 a 350 °C při tlaku mezi 18 a 25 MPa, což je 180 bar a 250 bar, do dutiny formy, přičemž specifický vnitřní tlak se řídí přes regulační ventil, začleněný do přívodu pro tlakové médium, v závislosti na příslušné teplotě ohřátí obrobku a teplotě ohřevu nástroje.

Důležitá na novém způsobuje především skutečnost, že se nástroj před vložením obrobku ohřívá.

Tím se může tváření uskutečnit rychleji, protože musí být použito menšího tvářecího tlaku. Doby taktu se zkracují.

Tím, že se také alespoň jeden uzavírací tm při ohřívání nástroje ohřívá, nejsou již čelní strany obrobku vystaveny chladným oblastem nástroje. To přispívá k rychlejšímu a jednoduššímu tváře30 ní obrobku.

Při tom je třeba dávat pozor, aby se u daného tvářecího nástroje vesměs jednalo o součást s velkou hmotou materiálu.

Další podstatná přednost vynálezu je spatřována v použití dusíku jako tlakového média. Dusík nevede k chemickým změnám materiálu obrobku a ani neulpívá na vnitřních površích obrobku. Především dovoluje dusík, jako tlakové médium, a sice ve formě čistého dusíku, který se při příslušné teplotě chová málo reaktivně, zvláště přednostní použití způsobu. Dusík je v porovnání s teplonosným olejem podstatně nákladově příznivější. U dusíku také již neexistují problémy v jeho oběhu na ventilech, pístech a těsněních celého tvářecího zařízení. Konečně může být dusík podstatně rychleji zaváděn do obrobku a z něj opět odváděn.

Z ekonomického hlediska se ukazuje teplotní rozsah 250 až 350 °C při tlaku mezi 18 a 25 MPa, což je 180 bar a 250 bar, podle tloušťky stěny a uspořádání tvářeného obrobku při tváření hliníku nebo slitin hliníku jako zvláště výhodný. Zejména za tohoto aspektu může být specifický vnitřní tlak v příslušném tvářeném obrobku řízen přes regulační ventil, zařazený do přívodu pro tlakové médium, v závislosti na příslušné ohřívací teplotě obrobku a ohřívací teplotě nástroje.

Ohřívání dusíku se může provádět mimo nástroj. Zpravidla však postačuje ohřev nástroje, aby se dusík přivedl na potřebnou provozní teplotu, když se dusík vede přes odpovídající kanály v nástroji do obrobku.

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

-2CZ 299558 B6

Ohřívání obrobku se může provádět různými způsoby. Výhodné však je, 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 spojen s dostatečným přestavováním alespoň jednoho uzavíracího tmu. Tato metoda se používá zejména při komplexních konfiguracích, např. když v 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 přestavitelné protisíla ve formě hydraulicky ovládalo telné opěrné tyče.

Tlakové médium se může před zavedením do obrobku externě ohřívat.

Přehled obrázku na výkrese

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím příkladu provedení znázorněného na výkrese.

Příklady provedení vynálezu

U způsobu tváření dutého obrobku 2 z hliníku nebo hliníkové slitiny s otevřenými konci Γ7 vnitřním tlakem v dutině 5 formy vícedílného nástroje i se obrobek 2 položí do otevřeného předem ohřátého nástroje 1, poté se do konců 17 obrobku 2 těsně zavedou uzavírací tmy 10, 11, tvořící součásti uzavíracích válců 8, 9 a potom se uzavře nástroj i, načež se prostřednictvím alespoň jednoho uzavíracího tmu 10, JT zavádí do obrobku 2 tlakové médium J4 a účinkem tlakového média 14 se materiál obrobku 2 lisuje do dutiny 5 formy. Dusík se jako tlakové médium 14 vede přes uzavírací tm 10, 11, rovněž ohřátý prostřednictvím ohřívání nástroje 1, do za tepla plastifikovaného obrobku 2 a lisuje obrobek 2 v teplotním rozsahu mezi 250 °C a 350 °C při tlaku mezi

18 MPa a 25 MPa, což je mezi 180 bar a 250 bar, do dutiny 5 formy, přičemž specifický vnitřní tlak se řídí přes regulační ventil 15, začleněný do přívodu J3 pro tlakové médium 14, v závislosti na příslušné teplotě ohřátí obrobku 2 a teplotě ohřevu nástroje i.

Obrobek 2 se před založením do nástroje I ohřívá, a to výhodně externě v peci.

Při zavádění tlakového média 14 se alespoň jeden uzavírací tm 11 přestavuje do obrobku 2.

Tlakové médium 14 se před zaváděním do obrobku 2 externě ohřívá.

Na obrázku je schematicky znázorněný nástroj 1 pro tváření dutého obrobku 2 ve formě hliníkové trubky z AlMg3 vnitřním tlakem. Předtvarovaný obrobek 2 tvaru „S“ má v nástroji i získat svůj konečný obrys tvaru „S“ s bočním vyklenutím 3 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 neznázoměné horní zápustce opatřen topením 7, které je v příkladu provedení znázorněno jako elektrická topná spirála.

V nástroji I jsou k oběma čelním stranám obrobku 2 přiřazeny hydraulicky poháněné uzavírací válce 8, 9 s axiálně přestavitelnými uzavíracími tmy 10, 11. Jeden uzavírací trn JJ z těchto uzaví50 racích trnů 10, 11. Jeden uzavírací tm 11 z těchto uzavíracích trnů JO, 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 J6 tlaku.

Oba uzavírací tmy 10, 11 slouží pro utěsnění konců 17 obrobku 2 jakož i pro vyvozování axiál55 nich dotlačovacích sil v případě, že jsou potřebné pro vytvoření vyklenutí 3.

-3CZ 299558 B6

Za účelem zhotovení vyklenutí 3 je k nástroji 1 uspořádána ještě opěrná tyč 18 jako součást hydraulicky ovladatelného válce 19.

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

Takto předem ohřátý obrobek 2 se pak uloží do dutiny 5 formy a následně se uzavírací tmy 10, ío JT těsně zavedou do konců T7 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 tmu 11 ohřát. Protože však také uzavírací trn 11 se prostřednictvím nástroje 1 zároveň ohřeje, stačí teplo, předávané pak z nástroje 1 na uzavírací tm 11 a z uzavíracího tmu 11 do tlakového média 14 v podélném kanálu 12, aby se navzájem přizpůsobila teplotní úroveň obrobku 2 a nástroje 1.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

30 1. Způsob tváření vnitřním tlakem dutého obrobku z hliníku nebo hliníkové slitiny, majícího otevřené konce (17), v dutině (5) formy vícedílného nástroje (1), při kterém se obrobek (2) položí do otevřeného předem ohřátého nástroje (1), poté se do konců (17) obrobku (2) těsně zavedou uzavírací tmy (10, 11), tvořící součásti uzavíracích válců (8, 9), a potom se uzavře nástroj (1), načež se prostřednictvím alespoň jednoho uzavíracího tmu (10, 11) zavádí do obrobku (2) tla35 kove médium (14) a účinkem tlakového média (14) se materiál obrobku (2) lisuje do dutiny (5) formy, vyznačující se tím, že se dusík jako tlakové médium (14) vede přes uzavírací tm (10, 11), rovněž ohřátý prostřednictvím ohřívání nástroje (1), do za tepla plastifikovaného obrobku (2) a lisuje obrobek (2) v teplotním rozsahu mezi 250 a 350 °C při tlaku mezi 18 a 25 MPa do dutiny (5) formy, přičemž specifický vnitřní tlak se řídí přes regulační ventil

40 (15), začleněný do přívodu (13) pro tlakové médium (14), v závislosti na příslušné teplotě ohřátí obrobku (2) a teplotě ohřevu nástroje (1).
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že obrobek (2) se před založením do nástroje (1) ohřívá.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že obrobek (2) se ohřívá externě v peci.
4. Způsob podle některého z nároků laž3, vyznačující se tím, že při zavádění tla50 kového média (14) se alespoň jeden uzavírací tm (11) přestavuje do obrobku (2).
5. Způsob podle některého z nároků laž4, vyznačující se tím, že tlakové médium (14) se před zaváděním do obrobku (2) externě ohřívá.

55 1 výkres