DE10014619B4

DE10014619B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks in ein geformtes Hohlprodukt unter Verwendung einer Röhren-Hydroformung

Info

Publication number: DE10014619B4
Application number: DE10014619A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Sakurai; Eizaburou Yokohama Nakanishi; Shinji Yokohama Ooe; Masanobu Fujisawa Hayasaka; Junji Yokosuka Katamura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-03-26
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2020-03-25
Also published as: DE10014619A1; US6415638B1

Abstract

Verfahren zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks (W) in ein geformtes Hohlprodukt (S, SA, M1–M7) unter Verwendung eines Hydroformungsprozesses mit einer Hohlform (2, 22, 32, 42, 53, 64, 73, 84, 94, 104, 113) und einem. Stempel (6, 46, 52, 62, 63, 72, 82, 83, 92, 93, 102, 103, 112), wobei die Hohlform (2, 22, 32, 42, 53, 64, 73, 84, 94, 104, 113) und der Stempel (6, 46, 52, 62, 63, 72, 82, 83, 92, 93, 102, 103, 112) einen Hohlraum (2a, 22a, 32a, 42a, 53a, 64a, 73a, 84a, 94a, 104a, 113a) definieren, der einen polygonförmigen Querschnitt aufweist, mit den folgenden Schritten:
Anordnen des röhrenförmigen Werkstücks (W) im Hohlraum (2a, 22a, 32a, 42a, 53a, 64a, 73a, 84a, 94a, 104a, 113a) der Hohlform (2, 22, 32, 42, 53, 64, 73, 84, 94, 104, 113),
Befüllen des Innenraums des röhrenförmigen Werkstücks (W) mit einem Hydraulikfluid,
Erhöhen des Drucks des Hydraulikfluids...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks (W) in ein geformtes Hohlprodukt unter Verwendung eines Hydroformungsprozesses gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 und auf eine Vorrichtung zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks in ein geformtes Hohlprodukt unter Verwendung eines Hydroformungsprozesses gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 11, sowie auf eine weitere Vorrichtung zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks in ein geformtes Produkt unter Verwendung eines Hydroformungsprozesses. Insbesondere wird das Gebiet der Röhren-Hydroformung und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen etwa eines Kraftfahrzeug-Hohlteils wie etwa einer A-Säule, einer B-Säule, eines Dachholms oder dergleichen unter Verwendung eines Röhren-Hydroformungsprozesses diskutiert.
Ein Röhren-Hydroformungsprozeß ist ein neuer Prozeß, der kürzlich wegen seiner kostengünstigen Anwendung insbesondere in der Kraftfahrzeugindustrie viel Aufmerksamkeit erlangt hat. Wie bekannt, ist die Röhren-Hydroformung ein Prozeß, der die folgenden Hauptschritte umfaßt: Die Enden eines in einer Formeinheit befindlichen röhrenförmigen Werkstücks werden abgedichtet, woraufhin Hydraulikfluid in das röhrenförmige Werkstück gepumpt und mit Druck beaufschlagt wird, um die Querschnitte des Werkstücks in der Weise zu verformen, daß sie mit einem Querschnitt der Form übereinstimmen. Üblicherweise wird vor den Hauptschritten eine Vorformung ausgeführt, bei der für die Gewinnung einer im voraus definierten Form des Rohrs, die der endgültigen Komponente (d. h. dem Hohlprodukt) sehr ähnlich ist, ein allmähliches Verschließen der Form ausgeführt wird, wobei das Werkstück ein Hydraulikfluid mit verhältnismäßig niedrigem Druck aufnimmt. Hingegen wird in einem sogenannten Ausbauchungsprozeß in der Röhren-Hydroformung ein axialer Vorschub in Richtung der Längsachse des röhrenförmigen Werkstücks in der Form ausgeführt, während das Werkstück das Hydraulikfluid aufnimmt. Wenn dieser Ausbauchungsprozeß verwendet wird, kann die Dickenabnahme der Rohrwand während des Hydroformungsprozesses verringert werden.
Aufgrund der Art der Verformung des Werkstoffs des röhrenförmigen Werkstücks während des Hydroformungsprozesses ist es jedoch schwierig, ein hydrogeformtes Hohlprodukt zu schaffen, das Anwender zufrieden stellt. Tatsächlich besteht im Vorformungsschritt selbst dann, wenn als röhrenförmiges Werkstück ein Rohr aus Aluminium und/oder einem hochfesten Stahl verwendet wird, in einem Abschnitt, der während der Ausdehnung des Werkstücks einer Wanddickenabnahme unterworfen ist, die Neigung zu Rissen. Ferner wird im Vorformungsschritt ein von der Mitte des Werkstücks entfernter Eckabschnitt vor allem durch eine solche Wanddickenabnahme beeinflußt. Im Ausbauchungsprozeß kann eine Wanddickenzunahme über die gesamte Länge des röhrenförmigen Werkstücks ohne weiteres bewerkstelligt werden; eine Wanddickenzunahme in einem spezifischen Abschnitt, in dem sie erforderlich ist, etwa in einem Eckabschnitt oder dergleichen, kann jedoch nicht ohne weiteres bewerkstelligt werden, so daß eine Gewichtsverringerung des hydrogeformten Hohlprodukts insbesondere im Gebiet der Kraftfahrzeugindustrie bisher nicht zufriedenstellend erreicht worden ist.

Ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks in ein geformtes Hohlprodukt unter Verwendung eines Hydroformungsprozesses mit einer Hohlform und einem einzigen Stempel der eingangs genannten Art ist aus der US 5,735,156 bekannt. Insbesondere offenbart die genannte Druckschrift ein Verfahren, um eine nicht kreisförmige Röhre zu bilden, die unterschiedliche Querschnittsformen in ihrer Längsrichtung aufweist. Bei diesem Verfahren wird ein Vorprodukt in Form einer Röhre gebogen, während ein Innendruck auf das Innere der Röhre aufgebracht wird. Dadurch wird die Röhre in eine vorgegebene nichtkreisförmige Form gebracht. Der Stempel der Vorrichtung gemäß der Druckschrift US 5,735,156 weist einen Vorsprung auf, der auf einem mittleren Abschnitt der Röhre bezüglich deren Längserstreckung wirkt, so dass sich die Querschnittsform der Röhre in deren Längsrichtung ändert.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks in ein geformtes Hohlprodukt unter Verwendung eines Hydroformungsprozesses der eingangs genannten Art sowie eine Vorrichtung zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks in ein geformtes Hohlprodukt unter Verwendung eines Hydroformungsprozesses, insbesondere der eingangs genannten Art, zu schaffen, wobei das Hohlprodukt eine verbesserte Festigkeit aufweist.

Gemäß dem Verfahrensaspekt wir diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks in ein geformtes Hohlprodukt unter Verwendung eines Hydroformungsprozesses mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1.

Bevorzugte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Gemäß einem ersten Vorrichtungsaspekt wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks in ein geformtes Hohlprodukt unter Verwendung eines Hydroformungsprozesses mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 11.

Gemäß einem weiteren Vorrichtungsaspekt wird die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks in ein geformtes Produkt unter Verwendung eines Hydroformungsprozesses mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 20. Nachfolgen wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Längsschnittansicht einer Hydroformungsvorrichtung, die für die praktische Ausführung eines Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre verwendet wird;
2 eine Ansicht ähnlich 1, in der jedoch ein anderer oder Preßzustand der Vorrichtung gezeigt ist;
3 eine perspektivische Ansicht der Hydroformungsvorrichtung für die Ausführung des Verfahrens der ersten Ausführungsform;
4 eine schematische Seitenschnittansicht der Hydroformungsvorrichtung nach 3;
5 eine Schnittansicht eines geformten Hohlprodukts, das durch das Verfahren der ersten Ausführungsform geschaffen wird;
6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung einer Prüfung für die Untersuchung der mechanischen Festigkeit des geformten Hohlprodukts;
7 einen Graphen zur Erläuterung der Prüfergebnisse;
8 einen Graphen zur Erläuterung weiterer Prüfergebnisse;
9 eine schematische Darstellung einer Hohlform, die in einer Hydroformungsvorrichtung verwendet wird, die für die Ausführung eines Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre verwendet wird;
10 eine Teilschnittansicht einer Hohlform, die in einer Hydroformungsvorrichtung verwendet wird, die für die Ausführung eines Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre verwendet wird;
11 einen Graphen zur Erläuterung von Prüfergebnissen für die Ermittlung eines erwünschten Winkels einer weiteren schrägen Wand, welche die Hohlform nach 10 aufweist;
12 eine Längsschnittansicht einer Hydroformungsvorrichtung, die für die Ausführung eines Verfahrens gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre verwendet wird;
13 eine Ansicht ähnlich 12, in der jedoch ein anderer oder Preßzustand der Vorrichtung gezeigt ist;
14 eine Schnittansicht eines geformten Hohlprodukts, das durch das Verfahren gemäß der vierten Ausführungsform geschaffen wird;
15 eine Seitenschnittansicht einer Hydroformungsvorrichtung, die für die Ausführung eines Verfahrens gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre verwendet wird;
16 einen Graphen zur Erläuterung von Prüfergebnissen für die Untersuchung der Dickenzunahmerate bezogen auf den Stempel-Preßhub;
17 eine Seitenschnittansicht einer Hydroformungsvorrichtung, die für die Ausführung eines Verfahrens gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre verwendet wird;
18 eine Seitenschnittansicht einer Hydroformungsvorrichtung, die für die Ausführung eines Verfahrens gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre verwendet wird;
19 eine Seitenschnittansicht einer Hydroformungsvorrichtung, die für die Ausführung eines Verfahrens gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre verwendet wird;
20 eine Seitenschnittansicht einer Hydroformungsvorrichtung, die für die Ausführung eines Verfahrens gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre verwendet wird;
21 eine Schnittansicht eines geformten Hohlprodukts, das durch das Verfahren der neunten Ausführungsform geschaffen wird;
22 eine Seitenschnittansicht einer Hydroformungsvorrichtung, die für die Ausführung eines Verfahrens gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre verwendet wird;
23 eine Schnittansicht eines geformten Hohlprodukts, das durch das Verfahren gemäß der zehnten Ausführungsform geschaffen wird;
24 eine Seitenschnittansicht einer Referenz-Hydroformungsvorrichtung, die für den Nachweis der mit der neunten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre erzielten Verbesserung verwendet wurde;
25 eine Schnittansicht eines geformten Hohlprodukts, das durch die Vorrichtung nach 24 geschaffen wird;
26 eine Seitenschnittansicht einer Hydroformungsvorrichtung, die für die Ausführung eines Verfahrens gemäß einer elften Ausführungsform verwendet wird;
27 eine Schnittansicht eines geformten Hohlprodukts, das durch das Verfahren gemäß der elften Ausführungsform geschaffen wird;
28 eine vergrößerte Schnittansicht einer von vier Eckabschnitten des in 27 gezeigten geformten Hohlprodukts;
29 einen Graphen zur Erläuterung von Ergebnissen der Messung der Dicke an verschiedenen Positionen des Eckabschnitts;
30 eine Seitenschnittansicht einer Hydroformungsvorrichtung, die für die Ausführung eines Verfahrens gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre verwendet wird;
31 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Vorrichtung nach 30, die einen Preßzustand der Vorrichtung zeigt;
32 eine Schnittansicht eines geformten Hohlprodukts, das durch das Verfahren gemäß der zwölften Ausführungsform geschaffen wird;
33 eine vergrößerte Schnittansicht eines von vier vorstehenden, abgerundeten Eckabschnitten des Produkts nach 32;
34 eine Seitenschnittansicht einer Referenz-Hydroformungsvorrichtung, die verwendet wurde, um die mit dem Verfahren gemäß der zwölften Ausführungsform erzielte Verbesserung nachzuweisen;
35 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Vorrichtung nach 34, in der ein Preßzustand der Vorrichtung gezeigt ist;
36 einen Graphen, der Ergebnisse der Messung der Dicke verschiedener Abschnitte des vorstehenden, abgerundeten Eckabschnitts des Produkts nach 32 zeigt; und
37 eine perspektivische Ansicht einer Kraftfahrzeugkarosserie und einer Rahmenkonstruktion mit A-Säule, B-Säule, Seitendachholm und dergleichen, die durch den Röhren-Hydroformungsprozeß geschaffen werden können.
Zum einfacheren Verständnis werden in der folgenden Beschreibung Richtungsausdrücke wie etwa oben, unten, rechts, links, vertikal, horizontal, aufwärts, abwärts und dergleichen verwendet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß diese Ausdrücke nur mit Bezug auf die Zeichnung, in der die entsprechenden Teile oder Strukturen dargestellt sind, zu verstehen sind.
In den 1 bis 8, insbesondere in den 1 bis 4, ist eine Hydroformungsvorrichtung 1 gezeigt, mit der ein Verfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre praktisch ausgeführt wird.
Wie aus der folgenden Beschreibung deutlich wird, wird die Erläuterung mit Bezug auf einen Prozeß zum Herstellen eines Kraftfahrzeug-Seitendachholms (siehe 37), der als Beispiel der Endkomponente oder eines geformten Hohlprodukts dient, gegeben.
Wie aus den 1 bis 4 hervorgeht, umfaßt die Hydroformungsvorrichtung 1 im allgemeinen eine Hohlform 2, die einen darin ausgebildeten Hohlraum 2a aufweist, zwei Abdichtwerkzeuge 3, welche die beiden offenen Enden eines röhrenförmigen Werkstücks W abdichten, zwei Unterstützungselemente 4, welche die beiden Endabschnitte des röhrenförmigen Werkstücks W stabil unterstützen, wobei ein Hauptabschnitt des röhrenförmigen Werkstücks W in den Hohlraum 2a der Hohlform 2 eingesetzt ist, zwei Beschickungsrohre 5, die in einem Innenraum Wa des röhrenförmigen Werkstücks W, dessen Enden durch die Abdichtwerkzeuge 3 abgedichtet sind, ein Hydraulikfluid liefern und aus diesem absaugen, sowie einen Stempel 6, der das röhrenförmige Werkstück W im Hohlraum 2a der Hohlform 2 preßt. Während des Pressens des röhrenförmigen Werkstücks W durch den Stempel 6 wird der Innenraum Wa des Werkstücks W mit dem Hydraulikfluid, das mit einem Druck P beaufschlagt ist, gefüllt gehalten. Zum Pressen des Stempels 6 gegen das Werkstück W ist mit dem Stempel 6 ein Stößel R verbunden, der sich von einem Hydraulikaktuator erstreckt.
Wie aus 4 hervorgeht, ist der Hohlraum 2a der Hohlform 2 durch zwei einander zugewandte vertikale Wände 2b, eine Bodenwand 2c und zwei schräge Wände 2d, die sich jeweils zwischen der Bodenwand 2c und einer vertikalen Wand 2b erstrecken, definiert. Der Stempel 6 ist so beschaffen, daß sie sich im Hohlraum 2a der Hohlform 2 aufwärts und abwärts bewegt. Der Stempel 6 umfaßt eine Werkstückpreß-Hauptfläche 6a und zwei vorstehende Seitenflächen 6b, die sich an den seitlichen Enden der Hauptfläche 6a befinden. Wie gezeigt ist, ist jede vorstehende Seitenfläche 6b zur vertikalen Wand 2b der Hohlform 2 im wesentlichen senkrecht.
Für die Herstellung des Kraftfahrzeug-Seitendachholms aus dem röhrenförmigen Werkstück W unter Verwendung der obenbeschriebenen Hydroformungsvorrichtung 1 werden die folgenden Schritte ausgeführt.
Zunächst wird das röhrenförmige Werkstück W in den Hohlraum 2a der Hohlform 2 eingesetzt und durch die Unterstützungselemente 4 stabil gehalten. Das röhrenförmige Werkstück W besitzt eine Wanddicke von ungefähr 2,2 mm. Genauer ist das Werkstück W aus Stahl des 370 MPa-Typs, d. h. aus einem Kohlenstoffstahl STKM11A, der durch die japanische Industrienorm JIS G 3445 spezifiziert ist, hergestellt. Anschließend werden die Abdichtwerkzeuge 3 in die offenen Enden des röhrenförmigen Werkstücks W eingesetzt, um dieses abzudichten. Anschließend wird ein Hydraulikfluid in den Innenraum Wa des Werkstücks W über Beschickungsrohre 5 eingeleitet, wobei der Innenraum des Werkstücks W auf einem gegebenen Druck P, der beispielsweise 50 MPa beträgt, gehalten wird. Der Druck P bleibt unterhalb eines Wertes, der eine Ausdehnung oder Ausbauchung des Werkstücks W bewirken würde.
Anschließend wird, wie in den 1 und 2 gezeigt ist, bei auf 50 MPa gehaltenem Innendruck P der Stempel 6 in den Hohlraum 2a der Hohlform 2 abgesenkt, um das röhrenförmige Werkstück W mit der Werkstückpreß-Hauptfläche (Arbeitsfläche) 6a zu pressen. Durch diese Schritte wird der Kraftfahrzeug-Seitendachholm S hergestellt, der einen abgeflachten, sechseckigen Querschnitt aufweist, wie aus 5 hervorgeht.
Wie aus 5 hervorgeht, besitzt der abgeflachte, sechseckige Querschnitt des in dieser Weise hergestellten Seitendachholms eine Umfangslänge, die kleiner als diejenige des röhrenförmigen Werkstücks W ist. Hingegen ist die Dicke des hergestellten Seitendachholms größer als diejenige eines entsprechenden Abschnitts des röhrenförmigen Werkstücks W mit Ausnahme einer Bodenwand Sc des Holms und ihres angrenzenden Abschnitts. Das heißt, wie aus 5 hervorgeht, durch Anwenden des Hydroformungsprozesses der vorliegenden technischen Lehre auf das Werkstück W nimmt die Dicke jeder vertikalen Wand Sb des Holms um ungefähr 9 % zu, nimmt die Dicke jedes Eckabschnitts Se, der zwischen der vertikalen Wand Sb und einer horizontalen oberen Wand Sa definiert ist, um mehr als 25 % zu und nimmt selbst die Dicke jedes abgerundeten Abschnitts Sf, der zwischen der vertikalen Wand Sb und der schrägen Wand Sd definiert ist, leicht zu.
Weiterhin wird unter Verwendung der obengenannten Hydroformungsvorrichtung 1 ein im wesentlichen übereinstimmender Hydroformungsprozeß auf ein röhrenförmiges Werkstück ausgeübt, das aus Stahl des 590 MPa-Typs hergestellt ist und eine Wanddicke von ungefähr 2,0 mm aufweist. Auch in diesem Fall zeigt jeder abgerundete Abschnitt Sf, der zwischen der vertikalen Wand Sb und der schrägen Wand Sd definiert ist, eine bestimmte Dickenzunahme. Diese Tatsache offenbart, daß selbst ein Rohr mit einem weniger gut schmiedbaren Stahl als Werkstück für den Hydroformungsprozeß der vorliegenden technischen Lehre verwendet werden kann.
Für die Untersuchung der mechanischen Festigkeit des so hergestellten Seitendachholms wurde eine Prüfung ausgeführt. Wie aus 6 hervorgeht, wurde ein längliches Prüfteil S' vom Holm S abgeschnitten, außerdem wurden zwei I-förmige Stahlblöcke 7 mit den entsprechenden Enden des Prüfteils S' verschweißt, um eine längliche Prüfteileinheit zu schaffen. Die längliche Prüfteileinheit wurde auf zwei Halterungen 8 gesetzt, die um 500 mm beabstandet waren. Dann wurde die Mitte der Prüfteileinheit durch einen abgerundeten Schieber 9 des Typs R50 nach unten gepreßt. Das heißt, daß auf die Mitte der Prüfteileinheit eine Last ausgeübt wurde, die durch den abgerundeten Kopf des Schiebers 9 allmählich erhöht wurde.
7 ist ein Graph, der die Prüfergebnisse anhand einer Beziehung zwischen der durch den abgerundeten Schieber 9 ausgeübten Last und dem Hub des Schiebers 9 zeigt. Zum Vergleich wurde eine ähnliche Prüfung auf ein Referenz-Prüfteil ausgeübt, das keine Dickenzunahme zeigte. Wie aus dem Graphen hervorgeht, zeigte das Prüfteil S', das gemäß der vorliegenden technischen Lehre hergestellt wurde, eine maximale Biegesteifigkeit (d. h. ungefähr 41,2 · 10³ N), die um ungefähr 64 % größer als diejenige (d. h. ungefähr 25,5 · 10³ N) des Referenz-Prüfteils war. Andere Prüfungen haben ergeben, daß bei einer Zunahme der Dicke der vertikalen Wände Sb um über 3 % die mechanische Festigkeit einen zufriedenstellenden Wert zeigte, wie aus 8 hervorgeht.
In 9 ist schematisch eine Hohlform 22 gezeigt, die in einer Hydroformungsvorrichtung 21 verwendet wurde, mit der ein Verfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre ausgeführt wird.
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist die Hohlform 22 mit einem axial verlaufenden gestuften Abschnitt 22g zwischen jeder vertikalen Wand 22b und der angrenzenden schrägen Wand 22d versehen. Vorzugsweise ist die Größe des gestuften Abschnitts 22g kleiner als die Dicke des röhrenförmigen Werkstücks W und größer als ein Zehntel (d. h. 1/10) der Dicke des Werkstücks W. Mit dem Bezugszeichen 22a ist ein durch die Hohlform 22 definierter Hohlraum bezeichnet. Mehrere Prüfungen haben ergeben, daß das Vorhandensein eines solchen gestuften Abschnitts 22g die Möglichkeit der Erzeugung unerwünschter Knicke des röhrenförmigen Werkstücks W während des Formungsprozesses verringert. Ferner haben die Prüfungen ergeben, daß das Vorhandensein der gestuften Abschnitte 22g die Hublänge des Stempels sicher reduziert.
In den 10 und 11, vor allem in 10, ist eine Hohlform 32 teilweise und im Schnitt gezeigt, die in einer Hydroformungsvorrichtung 31 verwendet wird, mit der ein Verfahren gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre ausgeführt wird.
Wie aus 10 hervorgeht, ist in dieser Hohlform 32 zwischen jeder vertikalen Wand 32b und der entsprechenden schrägen Wand 32d eine zusätzliche schräge Wand 32g ausgebildet, die zur vertikalen Wand 32b einen Winkel Θ bildet. Der Winkel Θ liegt vorzugsweise im Bereich von 0 bis 45°. Mit dem Bezugszeichen 32a ist ein durch die Hohlform 32 definierter Hohlraum bezeichnet. Prüfungen haben ergeben, daß aufgrund des Vorhandenseins der zusätzlichen schrägen Wände 32g die Reibung, die zwischen der Wand der Hohlform 32 und dem Stempel 6 unvermeidlich auftritt, verringert werden kann, und daß die Preßlast, die durch den Stempel 6 ausgeübt wird, auf die gesamte Konstruktion des Werkstücks W übertragen wird.
Um einen erwünschten Wert für den Winkel Θ für den Fall zu ermitteln, in dem der Hydroformungsprozeß die Umfangslänge des röhrenförmigen Werkstücks W um 3 % verringert, wurde eine Prüfung ausgeführt. In dieser Prüfung wurden viele röhrenförmige Werkstücke dem Hydroformungsprozeß unterworfen, in dem viele Hohlformen 32 mit unterschiedlichen Werten des Winkels Θ verwendet wurden, wobei die Zunahmerate der Dicke der vertikalen Wand Sb jedes Produkts (d. h. des Seitendachholms ) gemessen wurde.
Das Prüfergebnis ist in 11 dargestellt. Wie aus diesem Graphen hervorgeht, war die Zunahmerate der Dicke der vertikalen Wand Sb des Produkts S geringer als 3 %, wenn der Winkel Θ den Wert von ungefähr 50° überschritten hat.
In den 12 und 13 ist eine Hydroformungsvorrichtung 41 schematisch gezeigt, mit der ein Verfahren gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre ausgeführt wurde. Diese Formungsvorrichtung 41 war so entworfen, daß mit ihr ein hydrogeformtes Produkt SA mit einem rechtwinkligen Querschnitt hergestellt werden konnte, wie in 14 gezeigt ist.
In dieser vierten Ausführungsform wurden zwei Stempel 46 verwendet, die so angeordnet waren, daß sie sich in einem in einer Hohlform 42 ausgebildeten Hohlraum 42a aufeinander zu und voneinander weg bewegen konnten. Zwei Abdichtwerkzeuge 3, zwei Unterstützungselemente 4 und zwei Beschickungsrohre 5 waren in ungefähr der gleichen Weise wie in dem obenbeschriebenen Fall der ersten Ausführungsform 1 nach 1 und 2 angeordnet.
Um das Produkt SA herzustellen, wurde ein röhrenförmiges Werkstück W vorbereitet. Das röhrenförmige Werkstück W stimmte mit dem Werkstück W, das in der obenerwähnten ersten Ausführungsform verwendet wurde, im wesentlichen überein. Das röhrenförmige Werkstück W wurde in den Hohlraum 42a eingesetzt und durch die Unterstützungselemente 4 stabil gehalten. Dann wurden die Abdichtwerkzeuge 3 in die offenen Enden des röhrenförmigen Werkstücks W eingesetzt, um dieses abzudichten. Anschließend wurde Hydraulikfluid durch die Beschickungsrohre 5 in den Innenraum Wa des Werkstücks W eingeleitet, wobei der Innenraum des Werkstücks W auf einem gegebenen Druck von 50 MPa gehalten wurde.
Dann wurden bei konstant gehaltenem Innendruck die beiden Stempel 46 aufeinander zu bewegt, wie in 13 gezeigt ist, um das röhrenförmige Werkstück W von beiden Seiten zu pressen. Durch diese Schritte wurde das in
14 gezeigte Produkt SA erhalten, das einen rechtwinkligen Querschnitt aufweist.
Wie aus 14 hervorgeht, besaß das Produkt SA eine Umfangslänge, die kleiner als diejenige des röhrenförmigen Werkstücks W ist. Hingegen war die Dicke jeder vertikalen Wand SAb größer als diejenige eines entsprechenden Abschnitts des röhrenförmigen Werkstücks W. Tatsächlich war die Dicke jeder vertikalen Wand SAb viel größer als diejenige der vertikalen Wand Sb des Produkts S, das in der obenerwähnten ersten Ausführungsform hergestellt wird. Genauer war die Dicke jeder vertikalen Wand SAb um ungefähr 20 % erhöht. Weiterhin wurde keine Dickenverringerung an den vier Ecken SAe festgestellt. Das heißt, daß die Dicke jeder Ecke SAe um ungefähr 30 % erhöht war.
Darüber hinaus wurde der im wesentlichen gleiche Hydroformungsprozeß auf ein röhrenförmiges Werkstück W angewendet, das aus Stahl des 590 MPa-Typs hergestellt war und eine Wanddicke von ungefähr 2,0 mm besaß. Auch in diesem Fall wurde eine ausreichende Dickenzunahme des Produkts festgestellt. Diese Tatsache offenbart, daß selbst ein Rohr aus einem weniger gut schmiedbaren Stahl als Werkstück für den Hydroformungsprozeß der vorliegenden technischen Lehre verwendet werden kann.
In 15 ist schematisch eine Hydroformungsvorrichtung 51 gezeigt, mit der ein Verfahren gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre ausgeführt wird.
Ähnlich wie bei der Vorrichtung 1 gemäß der obenerwähnten ersten Ausführungsform umfaßt die Hydroformungsvorrichtung 51 gemäß dieser fünften Ausführungsform allgemein eine Hohlform 53 und einen Stempel 52. Die Hohlform 53 besitzt einen im allgemeinen U-förmigen Querschnitt und einen darin ausgebildeten Hohlraum 53a. Der Stempel 52 ist mit einem Stößel R (siehe 3) eines hydraulischen Aktuators verbunden, so daß der Stempel 52 im Hohlraum 53a der Hohlform 53 aufwärts und abwärts bewegt werden kann.
Wie in der Zeichnung gezeigt ist, ist der Stempel 52 an den seitlichen Enden dessen Hauptarbeitsfläche 52a mit entsprechenden Vorsprüngen 52b versehen, die in den Hohlraum 53a vorstehen. Jeder Vorsprung 52b besitzt einen dreieckigen Querschnitt und eine schräge Arbeitsfläche 52c, die dem Hohlraum 53a zugewandt ist. Weiterhin besitzt jeder Vorsprung 52b eine abgerundete Vorderkante. Vorzugsweise ist der Krümmungsradius der abgerundeten Kante ungefähr gleich der halben Dicke eines röhrenförmigen Werkstücks W. In der gezeigten Ausführungsform beträgt der Krümmungsradius ungefähr 1 mm.
Um die gewünschte Gestalt des Stempels 52 zu ermitteln, mit der ein zufriedenstellendes Hohlprodukt M1 aus dem röhrenförmigen Werkstück W hergestellt werden soll, wurden vier Stempel 52 vorbereitet. Die Vorsprünge 52b dieser Stempel 52 besaßen unterschiedliche Formen. Das heißt, daß die Länge L der schrägen Arbeitsfläche 52c und der Winkel α, der durch die schräge Arbeitsfläche 52c relativ zu einer vertikalen Wand 53b der Hohlform 53 definiert ist, in den vier Stempeln 52 unterschiedlich waren.
Durch die folgenden Schritte des Hydroformungsprozesses, in dem die vier Stempel 52 verwendet wurden, wurden aus entsprechenden röhrenförmigen Werkstücken W vier Produkte M1 hergestellt.
Zunächst wurde jedes röhrenförmige Werkstück W in den Hohlraum 53a der Hohlform 53 eingesetzt und stabil gehalten. Jedes röhrenförmige Werkstück W war aus Stahl des 370 MPa-Typs mit einem Durchmesser von 101,6 mm und einer Dicke von 2,0 mm hergestellt. Dann wurde der Innenraum des röhrenförmigen Werkstücks W mit einem Hydraulikfluid gefüllt und auf einem Druck von 20 MPa gehalten. Anschließend wurde der Stempel 52 in den Hohlraum 53a abgesenkt, um das röhrenförmige Werkstück W zu pressen. Durch diese Schritte wurden die vier Produkte M1 geschaffen, wovon jedes einen abgeflachten, achteckigen Querschnitt besaß, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist. In diesen vier Produkten M1 wurde die Dicke der beiden schrägen oberen Abschnitte M1a gemessen, um eine Dickenänderung der Abschnitte M1a aufgrund des Hydroformungsprozesses zu untersuchen. Die beiden abgeschrägten oberen Abschnitte M1a wurden hauptsächlich durch die Vorsprünge 52b des Stempels 52 geformt.
Das Ergebnis der Untersuchung ist in Tabelle 1 gezeigt. Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, nahm bei Verwendung des ersten Stempels 52 (d. h. α = 141°, D = 5,0) die Dicke jedes schrägen oberen Abschnitts M1a um 3 % zu, bei Verwendung des zweiten Stempels 52 (d. h. α = 153°, D = 5,6) nahm die Dicke des Abschnitts M1a um 15 % zu und bei Verwendung des dritten Stempels 52 (d. h. α = 153°, D = 6,7) nahm die Dicke des Abschnitts M1a um 10 % zu. Im Fall der ersten, der zweiten und der dritten Stempel 52 wurde ferner festgestellt, daß bei einer Zunahme des Preßhubs des Stempels 52 die Umfangslänge des Produkts M1 abnahm und die Dicke jedes schrägen oberen Abschnitts M1a zunahm. Als hingegen der vierte Stempel 52 (d. h. α = 124°, D = 9,0) verwendet wurde, zeigten die schrägen oberen Abschnitte M1a des Produkts M1 Falten. Das heißt, daß im Fall dieses vierten Stempels 52 bei einer Zunahme des Preßhubs des Stempels 52 an den beiden schrägen oberen Abschnitten M1a des Produkts M1 allmählich Falten auftraten.
Tabelle 1
16 ist ein Graph zur Erläuterung der Ergebnisse im Fall der Verwendung des zweiten Stempels 52 (d. h. α = 153°, D = 5,6). In dem Graphen ist die Dickenzunahmenrate der schrägen oberen Abschnitte M1a gegen den Preßhub des zweiten Stempels 52 aufgetragen. Wie aus dem Graphen hervorgeht, nimmt bei einer Zunahme des Preßhubs des zweiten Stempels 52 die Dicke der beiden schrägen oberen Abschnitte M1a zu, gleichzeitig nimmt die Dicke der beiden vertikalen Wandabschnitte M1b (siehe 15) des Produkts M1 zu. Die beiden vertikalen Wandabschnitte M1b wurden hauptsächlich durch die vertikalen Wände 53b der Hohlform 53 geformt. Wie ersichtlich ist, steigt die Dickenzunahmerate der schrägen oberen Abschnitte M1a im Vergleich zu derjenigen der vertikalen Wandabschnitte M1b stark an, wenn der Preßhub des Stempels 52 den Wert von 20 mm übersteigt. Das heißt, daß ausschließlich die Dicke der Wandabschnitte M1a, die hauptsächlich durch die Vorsprünge 52d des Stempels 52 geformt werden, zunimmt.
In 17 ist schematisch eine Hydroformungsvorrichtung 61 gezeigt, mit der ein Verfahren gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre ausgeführt wird.
Wie gezeigt, umfaßt die Vorrichtung 61 dieser Ausführungsform im allgemeinen eine Hohlform 64 und zwei Stempel 62 und 63, die so angeordnet sind, daß sie sich in einem Hohlraum 64a der Hohlform 64 aufeinander zu und voneinander weg bewegen. Obwohl in der Zeichnung nicht gezeigt, werden die beiden Stempel 62 und 63 durch einen hydraulischen Aktuator angetrieben.
Der Stempel 62 ist an den seitlichen Enden ihrer Hauptarbeitsfläche 62a mit entsprechenden Vorsprüngen 62b versehen, die in den Hohlraum 64a vorstehen. Jeder Vorsprung 62b besitzt einen dreieckigen Querschnitt und eine schräge Arbeitsfläche 62c, die dem Hohlraum 64a zugewandt ist. Die Länge L1 der schrägen Arbeitsfläche 62c beträgt 11,2 mm, ferner beträgt der Winkel α1, der durch die schräge Arbeitsfläche 62c relativ zu einer vertikalen Wand 64b der Hohlform 64 definiert ist, 153°.
Der andere Stempel 63 ist an den seitlichen Enden ihrer Hauptarbeitsfläche 63a mit entsprechenden Vorsprüngen 63b versehen, die in den Hohlraum 64a vorstehen. Jeder Vorsprung 63b besitzt einen dreieckigen Querschnitt und eine schräge Arbeitsfläche 63c. Die Länge L2 der schrägen Arbeitsfläche 63c beträgt 11,2 mm, während der Winkel α2, der durch die schräge Arbeitsfläche 63c relativ zu der vertikalen Wand 64b der Hohlform 64 definiert ist, 117° beträgt.
Ein röhrenförmiges Werkstück W wurde unter Verwendung der Hydroformungsvorrichtung 61 einem Hydroformungsprozeß unterworfen. Das Werkstück W war das gleiche wie jenes, das in der obenerwähnten fünften Ausführungsform verwendet wurde. Das röhrenförmige Werkstück W wurde in den Hohlraum 64a der Hohlform 64 eingesetzt und stabil gehalten. Anschließend wurde der Innenraum des Werkstücks W mit einem Hydraulikfluid gefüllt und auf einem bestimmten Druck gehalten, der keine freie Ausbauchung des Werkstücks W zur Folge hat. Dieser bestimmte Druck war niedriger als ein kritischer Pegel, der aus der folgenden Gleichung berechnet wird: CL = t0 × Sy × 0,6 (1)wobei CL der kritische Pegel (MPa) ist, t0 die Dicke des röhrenförmigen Werkstücks (mm) ist und Sy die Umformfestigkeit (MPa) ist.
Anschließend wurden die beiden Stempel 62 und 63 aufeinander zu bewegt, um das röhrenförmige Werkstück W zu pressen.
Durch diese Schritte wurde ein Hohlprodukt M2 geschaffen, das einen abgeflachten achteckigen Querschnitt besaß, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist.
Die Dicke der beiden schrägen oberen Abschnitte M2a und diejenige der beiden schrägen unteren Abschnitte M2b des Produkts M2 wurden gemessen, um die Dickenänderung dieser Abschnitte M2a und M2b aufgrund des Hydroformungsprozesses zu untersuchen.
Das Ergebnis der Untersuchung ist in Tabelle 2 gezeigt. Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, nahm die Dicke der oberen schrägen Abschnitte M2a und diejenige der unteren schrägen Abschnitte M2b aufgrund des Hydroformungsprozesses unter Verwendung der Hydroformungsvorrichtung 61 gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre um 10 % bzw. um 2 % zu. Genauer nahm ausschließlich die Dicke der Abschnitte M2a und M2b zu, die hauptsächlich durch die Vorsprünge 62b und 63b der oberen und unteren Stempel 62 geformt wurden. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß aufgrund des Hydroformungsprozesses durch die Vorrichtung 61 die Dicke der vertikalen Wände M2c des Produkts M2 ebenfalls zunahm.
Tabelle 2
Da die Dickenzunahme der spezifischen Abschnitte eine Werkstückhärtung dieser Abschnitte zur Folge hat, wird die mechanische Festigkeit des Produkts M2 aufgrund der Kombination aus der Dickenzunahme und der Werkstückhärtung erheblich erhöht.
Falls das so geschaffene Produkt M2 in die Hydroformungsvorrichtung 61, genauer in den Hohlraum 64a so eingesetzt wird, daß die beiden Wände M2c dem oberen bzw. dem unteren Stempel 62 bzw. 63 zugewandt sind, kann das Pressen des Produkts M2 durch die beiden Stempel 62 und 63 ein Produkt M2 mit im allgemeinen quadratischem Querschnitt schaffen. Ferner können durch diesen Prozeß die benachbarten Wände des Produkts M2 unterschiedliche Dicken aufweisen.
In 18 ist schematisch eine Hydroformungsvorrichtung 71 gezeigt, mit der ein Verfahren gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre ausgeführt werden kann.
Die Vorrichtung 71 gemäß der siebten Ausführungsform stimmt im wesentlichen mit der Vorrichtung 51 gemäß der fünften Ausführungsform nach 15 überein, mit der Ausnahme, daß in der siebten Ausführungsform des Stempels 72 mit nur einem einzigen Vorsprung 72b versehen ist. Das heißt, daß der Vorsprung 72b an einem seitlichen Ende der Hauptarbeitsfläche 72a des Stempels 72 vorgesehen ist. Der Vorsprung 72b besitzt einen dreieckigen Querschnitt und eine schräge Arbeitsfläche 72c. Der Stempel 72 bewegt sich im Hohlraum 73a der Hohlform 73. Die Länge L der schrägen Arbeitsfläche 72c beträgt 11,2 mm und der Winkel α, der durch die schräge Arbeitsfläche 72c relativ zur vertikalen Wand 73d der Hohlform 73 definiert ist, beträgt 153°.
Ein röhrenförmiges Werkstück W wurde einem Hydroformungsprozeß unter Verwendung der Hydroformungsvorrichtung 71 unterworfen. Das Werkstück W war das gleiche wie jenes, das in der obenerwähnten fünften Ausführungsform verwendet wurde. Das Werkstück W wurde in den Hohlraum 73a der Hohlform 73 eingesetzt und stabil gehalten. Anschließend wurde der Innenraum des Werkstücks W mit einem Hydraulikfluid gefüllt und auf einem Druck gehalten, der eine freie Ausbauchung des Werkstücks W nicht wesentlich förderte. Anschließend wurde der Stempel 72 abgesenkt, um das Werkstück W zu pressen. Durch diese Schritte wurde ein Produkt M3 geschaffen, das einen abgeflachten, siebeneckigen Querschnitt besaß.
Die Dicke eines schrägen oberen Abschnitts M3a des Produkts M3 wurde gemessen, um die Dickenänderung dieses Abschnitts M3a aufgrund des Hydroformungsprozesses zu untersuchen.
Die Ergebnisse der Untersuchung sind in Tabelle 3 gezeigt. Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, nahm die Dicke des schrägen oberen Abschnitts M3a aufgrund des Hydroformungsprozesses unter Verwendung der Hydroformungsvorrichtung 71 gemäß der siebten Ausführungsform um 10 % zu. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß aufgrund des Hydroformungsprozesses mittels der Vorrichtung 71 die Dicke der vertikalen Wände M3b des Produkts M3 ebenfalls zunahm.
Tabelle 3
In 19 ist schematisch eine Hydroformungsvorrichtung 81 gezeigt, mit der ein Verfahren gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre ausgeführt wird.
Die Vorrichtung 81 gemäß dieser achten Ausführungsform stimmt mit der Vorrichtung 61 der obenerwähnten sechsten Ausführungsform von 17 im wesentlichen überein, mit der Ausnahme, daß in der achten Ausführungsform die oberen und unteren Stempel 82 und 83 lediglich mit einem einzigen Vorsprung 82b bzw. 83b ausgebildet sind. Wie gezeigt, sind die Vorsprünge 82d und 83b in bezug auf eine Mittelachse der Vorrichtung 81 auf gegenüberliegenden Seiten angeordnet, ferner ist jeder Vorsprung 82b oder 83b an einem seitlichen Ende der Hauptarbeitsfläche 82a oder 83a der Stempel 82 bzw. 83 vorgesehen. Der Vorsprung 82b oder 83b besitzt eine dreieckige Form und eine schräge Arbeitsfläche 82c bzw. 83c. Der obere und untere Stempel 82 und 83 bewegen sich im Hohlraum 84a der Hohlform 84 aufeinander zu und voneinander weg. Die Länge L1 der schrägen Arbeitsfläche 82c des oberen Stempels 82 beträgt 11,2 mm und der Winkel α1, der durch die schräge Arbeitsfläche 82b relativ zur vertikalen Wand 84b der Hohlform 84 definiert ist, beträgt 153°. Hingegen beträgt die Länge L2 der schrägen Arbeitsfläche 83c des unteren Stempels 83 11,2 mm und beträgt der Winkel α2, der durch die schräge Arbeitsfläche 83c relativ zur vertikalen Wand 84b der Hohlform 84 definiert ist, 117°.
Ein röhrenförmiges Werkstück W wurde einem Hydroformungsprozeß unter Verwendung der Hydroformungsvorrichtung 81 unterworfen. Das Werkstück W wurde in den Hohlraum 84a der Hohlform 84 eingesetzt und stabil gehalten. Anschließend wurde der Innenraum des Werkstücks W mit einem Hydraulikfluid gefüllt und auf einen bestimmten Druck gehalten, der eine freie Ausbauchung des Werkstücks W nicht wesentlich förderte. Anschließend wurden die beiden Stempel 82 und 83 aufeinander zu bewegt, um das röhrenförmige Werkstück W zu pressen. Durch diese Schritte wurde ein Produkt M4 geschaffen, das einen abgeflachten sechseckigen Querschnitt besaß, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist.
Die Dicke eines schrägen oberen Abschnitts M4a und die Dicke eines schrägen unteren Abschnitts M4b des Produkts M4 wurden gemessen, um die Dickenänderung dieser Abschnitte M4a und M4b aufgrund des Hydroformungsprozesses zu untersuchen.
Das Ergebnis dieser Untersuchung ist in Tabelle 4 gezeigt. Wie aus Tabelle 4 hervorgeht, nahmen die Dicken des oberen und des unteren schrägen Abschnitts M4a bzw. M4b um 10 % bzw. 2 % zu. Genauer nahm ausschließlich die Dicke der Abschnitte M4a und M4b, die hauptsächlich durch die Vorsprünge 82b und 83b der Stempel 82 bzw. 83 geformt wurden, zu. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß die Dicke der vertikalen Wände M4c des Produkts M4 aufgrund des Hydroformungsprozesses ebenfalls zunahm.
Tabelle 4
In 20 ist schematisch eine Hydroformungsvorrichtung 91 gezeigt, mit der ein Verfahren gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre ausgeführt wird.
Die in der neunten Ausführungsform verwendete Vorrichtung 91 stimmt mit der Vorrichtung 61 der obenerwähnten sechsten Ausführungsform nach 17 im wesentlichen überein, mit der Ausnahme, daß in der neunten Ausführungsform die Vorsprünge 93b des unteren Stempels 63 von denjenigen (63b) des unteren Stempels 63 der sechsten Ausführungsform verschieden sind. Das heißt, daß in der neunten Ausführungsform die Länge L2 jeder schrägen Arbeitsfläche 93c 11,2 mm betrug, jedoch der Winkel α2, der durch die schräge Arbeitsfläche 93c relativ zur vertikalen Wand 94b der Hohlform 94 definiert ist, 153° beträgt und somit mit demjenigen der schrägen Arbeitsfläche 92c jedes Vorsprungs 92b des oberen Stempels 92 übereinstimmt.
Ein röhrenförmiges Werkstück W wurde einem Hydroformungsprozeß unter Verwendung der Hydroformungsvorrichtung 91 unterworfen. Das in dieser Ausführungsform verwendete Werkstück W stimmte mit demjenigen, das in der fünften Ausführungsform verwendet wurde, im wesentlichen überein, mit der Ausnahme, daß in der neunten Ausführungsform das Werkstück W aus einem Stahl des 590 MPa-Typs hergestellt wurde. Das röhrenförmige Werkstück W wurde in den Hohlraum 94a der Hohlform 94 eingesetzt und stabil gehalten. Dann wurde der Innenraum des Werkstücks W mit einem Hydraulikfluid gefüllt und auf einem Druck von ungefähr 20 MPa gehalten. Anschließend wurden die beiden Stempel 92 und 93 aufeinander zu bewegt, um das röhrenförmige Werkstück W zu pressen. Während dieses Preßvorgangs wurde der Hydraulikdruck im Werkstück W erhöht. Durch Verwendung eines (nicht gezeigten) Anzapfventils wurde jedoch eine schnelle Zunahme des Drucks unterdrückt. Für diesen Preßvorgang war der maximale Preßhub jedes Stempels 92 oder 93 so festgelegt, daß ein Produkt M5 (siehe 21) eine Umfangslänge besaß, die kleiner als diejenige des nicht gepreßten röhrenförmigen Werkstücks W ist. Bei maximalem Preßhub jedes Stempels 92 oder 93 hatte der Druck des Fluids im Werkstück W einen Wert von mehr als 30 MPa.
Durch diese Schritte wurde das Produkt M5 geschaffen, das einen abgeflachten achteckigen Querschnitt besaß, wie aus 21 hervorgeht.
Die Dicke der beiden schrägen oberen Abschnitte M5a, die Dicke der beiden schrägen unteren Abschnitte M5b und die Dicke der beiden vertikalen Abschnitte M5c des Produkts M5 wurden gemessen und betrugen 2,30 mm, 2,30 mm bzw. 2,20 mm. Das heißt, daß die Dicke der schrägen oberen Abschnitte M5a um 15 % zunahm, die Dicke der schrägen unteren Abschnitte M5b ebenfalls um 15 % zunahm und die Dicke der vertikalen Abschnitte M5c um 10 % zunahm.
Darüber hinaus wurde festgestellt, daß Abschnitte, die von den obengenannten Abschnitten M5a, M5b und M5c verschieden sind (d. h. die oberen und unteren horizontalen Wandabschnitte), keine Dickenänderung zeigten.
In 22 ist schematisch eine Hydroformungsvorrichtung 101 gezeigt, mit der ein Verfahren gemäß einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre ausgeführt wird.
Die in der zehnten Ausführungsform verwendete Vorrichtung 101 stimmt mit der Vorrichtung 81 der obenbeschriebenen achten Ausführungsform von 19 im wesentlichen überein, mit der Ausnahme, daß in der zehnten Ausführungsform der Vorsprung 103b des unteren Stempels 103 von dem Vorsprung 83b des unteren Stempels 83 der achten Ausführungsform verschieden ist. Genauer beträgt die Länge L2 der schrägen Arbeitsfläche 103c 11,2 mm, der Winkel ⎕2, der durch die schräge Arbeitsfläche 103c relativ zur vertikalen Wand 104b der Hohlform 104 definiert ist, beträgt jedoch 153° und stimmt somit mit demjenigen der schrägen Arbeitsfläche 102c des Vorsprungs 102b des oberen Stempels 102 überein.
Ein röhrenförmiges Werkstück W wurde einem Hydroformungsprozeß unter Verwendung der Hydroformungsvorrichtung 101 unterworfen. Das in dieser Ausführungsform verwendete Werkstück W war das gleiche wie jenes, das in der obenerwähnten neunten Ausführungsform verwendet wurde. Das röhrenförmige Werkstück W wurde in den Hohlraum 104a der Hohlform 104 eingesetzt und stabil gehalten. Der Innenraum des Werkstücks W wurde mit einem Hydraulikfluid gefüllt und auf einem Druck von ungefähr 20 MPa gehalten. Anschließend wurden die beiden Stempel 102 und 103 aufeinander zu bewegt, um das röhrenförmige Werkstück W zu pressen. Für diesen Preßvorgang wurde der maximale Preßhub jedes Stempels 102 oder 103 so festgelegt, daß das Produkt M6 (siehe 23) eine Umfangslänge erhielt, die kleiner als diejenige des nicht gepreßten röhrenförmigen Werkstücks W war. Beim maximalem Preßhub jedes Stempels 102 oder 103 hatte der Druck des Fluids im Werkstück W einen Wert von mehr als 30 MPa.
Durch diese Schritte wurde das Produkt M6 hergestellt, das einen abgeflachten sechseckigen Querschnitt besaß, wie aus 23 ersichtlich ist.
Die Dicke eines schrägen oberen Abschnitts M6a, die Dicke eines schrägen unteren Abschnitts M6b und die Dicke zweier vertikaler Abschnitte M6c und M6d des Produkts M6 wurden gemessen und besaßen Werte von 2,24 mm, 2,24 mm, 2,16 mm bzw. 2,20 mm. Das heißt, daß die Dicke des schrägen oberen Abschnitts M6a um 12 % zunahm, die Dicke des schrägen unteren Abschnitts M6b um 12 % zunahm, die Dicke des vertikalen Abschnitts M6c um 8 % zunahm und die Dicke des anderen vertikalen Abschnitts M6d um 10 % zunahm. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß die von den obenerwähnten Abschnitten M6a, M6b, M6c und M6d verschiedenen Abschnitte (d. h. die oberen und unteren horizontalen Wandabschnitte) keine Dickenänderung zeigten.
In 24 ist eine Referenz-Hydroformungsvorrichtung 111 gezeigt, die hergestellt wurde, um die mit der vorliegenden technischen Lehre erzielte Verbesserung nachzuweisen.
Die Vorrichtung 111 stimmt mit der in der obenerwähnten fünften Ausführungsform nach 15 verwendeten Vorrichtung 51 im wesentlichen überein, mit der Ausnahme, daß in dieser Referenzvorrichtung 111 ein Hohlraum 113a der Hohlform 113 wie gezeigt einen vollkommen flachen Boden 113c aufweist. Die Länge L der schrägen Arbeitsfläche 112c jedes Vorsprungs 112b beträgt 11,2 mm und der Winkel α, der durch die schräge Arbeitsfläche 112c relativ zur vertikalen Wand 113b der Hohlform 113 definiert ist, beträgt 153°.
Ein röhrenförmiges Werkstück wurde einem Hydroformungsprozeß unter Verwendung der Referenzvorrichtung 111 unterworfen. Das Werkstück W stimmte mit dem in den obenerwähnten neunten und zehnten Ausführungsformen verwendeten Werkstück W überein. Die Schritte des Hydroformungsprozesses waren im wesentlichen die gleichen wie jene in den neunten und zehnten Ausführungsformen.
Durch diese Schritte wurde ein Produkt M7 hergestellt, das einen abgeflachten sechseckigen Querschnitt besaß, wie aus 25 hervorgeht.
Es wurden die Dicken eines rechten schrägen oberen Abschnitts M7a und einer linken vertikalen Wand M7c des Produkts M7 gemessen, wobei sich Werte von 2,30 mm bzw. 2,20 mm ergaben. Das heißt, daß die Dicke dieser Abschnitte M7a und M7b um 15 % bzw. 10 % zunahm. Es wurde jedoch festgestellt, daß die von diesen Abschnitten M7a und M7b verschiedenen Abschnitte keine Dickenänderung zeigten. Das bedeutet, daß im Fall der Referenzvorrichtung 111 das Produkt M7 keine gleichmäßigen vertikalen und schrägen Abschnitte mit jeweils erhöhter Dicke besaß.
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß ein gewünschtes Ergebnis bei der Herstellung des geformten Hohlprodukts M5 oder M6 erhalten wird, wenn die schräge Oberfläche 92c, 93c, 102c oder 103c jedes Vorsprungs 92b, 93b, 102b bzw. 103b der Stempel 92, 93, 102 bzw. 103 so konstruiert ist, daß die folgenden Gleichungen erfüllt sind. 4 ≤ L/t0 ≤ 7,5 (2) α ≥ 10 × (L/t0) + 68 (3)wobei L die Länge der schrägen Fläche ist, t0 die anfängliche Dicke des röhrenförmigen Werkstücks ist und α der Winkel zwischen der schrägen Fläche und der vertikalen Wand ist.
In 26 ist schematisch eine Hydroformungsvorrichtung 121 gezeigt, mit der ein Verfahren gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre ausgeführt wird. Wie später im einzelnen beschrieben wird, ist die Vorrichtung 121 gemäß dieser Ausführungsform so konstruiert, daß ein röhrenförmiges Werkstück W in ein hohles quadratisches Produkt M8 (siehe 27) mit vier abgerundeten Ecken M8a geformt wird.
Wie aus 26 hervorgeht, umfaßt die in der elften Ausführungsform verwendete Vorrichtung 121 im allgemeinen feste untere und obere Formen 122 und 123, die aneinander angebracht sind, um dazwischen einen in Längsrichtung verlaufenden Hohlraum 121a zu definieren. Jede feste Form 122 oder 123 ist an seitlich voneinander beabstandeten inneren Abschnitten mit in Längsrichtung verlaufenden konkaven Flächen 122a bzw. 123a ausgebildet. Diese konkaven Flächen 122a und 123a werden verwendet, um die vier abgerundeten Ecken M8a des Produkts M8 zu formen.
Die beiden festen Formen 122 und 123 sind jeweils mit vertikalen Schlitzen 122b und 123b versehen, in denen untere bzw. obere Stempel 124 bzw. 125 beweglich aufgenommen sind. Die beiden festen Formen 122 und 123 sind vertikal voneinander beabstandet, um dazwischen horizontale Schlitze 126a und 126b zu definieren, in denen linke und rechte Stempel 127 und 128 beweglich aufgenommen sind. Diese vier Stempel 124, 125, 127 und 128 werden verwendet, um die vier flachen Wandabschnitte M8b des Produkts M8 zu formen.
Wie aus 26 hervorgeht, mündet jeder Schlitz 122b, 123b, 126a oder 126b in den Hohlraum 121a über in Längsrichtung verlaufende Rippen, die Umfangsendabschnitte der entsprechenden konkaven Flächen 122a und 123a bilden. Das heißt, daß jede Rippe P1 eine Innenkante des entsprechenden Schlitzes 122b, 123b, 126a oder 126b bildet.
Es wird angemerkt, daß in der Hydroformungsvorrichtung 121 gemäß der elften Ausführungsform die Rippen P1 so geformt und bemessen sind, daß sie die folgenden geometrischen Bedingungen erfüllen.
Eine imaginäre gerade Linie T1, die durch zwei benachbarte Rippen P1 jedes Schlitzes verläuft, verläuft außerhalb des durch die unteren und oberen Hohlformen 122 und 123 definierten Hohlraums 121a. Mit anderen Worten, die imaginäre gerade Linie T1 verläuft durch keinen Teil des Hohlraums 121a Wenn die Stempel 124, 125, 127 und 128 in ihre vordersten Arbeitsstellungen gebracht werden, stimmt die flache Arbeitsfläche (ohne Bezugszeichen) jedes Stempels 124, 125, 127 oder 128 mit der entsprechenden imaginären Linie T1 überein. In diesem Zustand ist die Arbeitsfläche jedes Stempels 124, 125, 127 oder 128 mit den Rippen P1, d. h. mit den Umfangsendabschnitten der konkaven Oberflächen 122a und 123a, bündig.
Ein röhrenförmiges Werkstück W wurde einem Hydroformungsprozeß unter Verwendung der Hydroformungsvorrichtung 121 unterworfen. Das Werkstück W war aus Stahl des 370 MPa-Typs hergestellt und besaß einen Durchmesser von 123 mm und eine Dicke von 2 mm. Das Werkstück W wurde in den Hohlraum 121a der festen Formen 122 und 123 eingesetzt, anschließend wurden die Stempel 124, 125, 127 und 128 in ihre Ruhestellung bewegt, woraufhin das Werkstück W im Hohlraum 121a stabil gehalten wurde. Dann wurde der Innenraum des Werkstücks W mit einem Hydraulikfluid gefüllt, ferner wurde der Druck im Werkstück W erhöht und auf einem Wert von 10,1 MPa gehalten. Anschließend wurden die Stempel 124, 125, 127 und 128 in ihre Arbeits- oder Preßstellungen bewegt, um das Werkstück W zu pressen. Während dieses Preßvorgangs wurde der Druck im Werkstück W allmählich erhöht, wobei bei maximalem Preßhub jedes Stempels der Druck im Werkstück W auf einen Wert von 24,8 MPa erhöht wurde.
Durch diese Schritte wurde ein hohles, quadratisches Produkt M8 geschaffen, das einen quadratischen Querschnitt mit vier abgerundeten Ecken besaß, wie aus 27 hervorgeht. Der Krümmungsradius jeder Ecke M8a betrug 8 mm, die Höhe betrug 100 mm und die Breite betrug 100 mm.
Die Dicke der verschiedenen Abschnitte a bis j einer abgerundeten Ecke M8a und ihres benachbarten flachen Wandabschnitts M8b des Produkts M8 wurde gemessen, wie aus 28 hervorgeht.
29 ist ein Graph, der die Ergebnisse der Dickenmessung zeigt, wobei die Dicken der Abschnitte a bis j gegen die Meßposition aufgetragen wurden. Zum Vergleich wurden Ergebnisse betrachtet, die durch eine herkömmliche Hydroformungsvorrichtung ohne bewegliche Stempel erhalten wurden. Wie aus diesen Graphen hervorgeht, war im herkömmlichen Fall die Dicke der abgerundeten Ecke M8a um höchstens 20 % verringert, während im Fall des Produkts M8 der vorliegenden technischen Lehre die Dicke dieser Ecke M8a um höchstens 20 erhöht war. Das heißt, daß bei Verwendung der Hydroformungsvorrichtung 121 gemäß der elften Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre eine Dickenverringerung im Eckabschnitt unterdrückt werden kann.
In 30 ist schematisch eine Hydroformungsvorrichtung 131 gezeigt, mit der ein Verfahren gemäß einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre ausgeführt wird. Wie später im einzelnen beschrieben wird, ist die Vorrichtung 131 gemäß dieser Ausführungsform so konstruiert, daß ein röhrenförmiges Werkstück W in ein hohles, quadratisches Produkt M9 (siehe 32) mit vier vorstehenden abgerundeten Ecken M9a geformt wird.
Wie aus 30 hervorgeht, umfaßt die in der zwölften Ausführungsform verwendete Vorrichtung 131 im allgemeinen feste untere und obere Formen 133 und 134, die aneinander angebracht sind, um dazwischen einen in Längsrichtung verlaufenden Hohlraum 131a zu definieren.
Jede feste Form 133 oder 134 ist an seitlich beabstandeten Innenabschnitten mit in Längsrichtung verlaufenden konkaven Flächen 133a oder 134a versehen.
Die beiden festen Formen 133 und 134 sind jeweils mit vertikalen Schlitzen 133b und 134b versehen, in denen untere bzw. obere Stempel 135 und 136 beweglich aufgenommen sind. Die beiden Formen 133 und 134 sind vertikal voneinander beabstandet, um dazwischen horizontale Schlitze 137a und 137b zu definieren, in denen linke bzw. rechte Stempel 138 und 139 beweglich aufgenommen sind.
Wie gezeigt, ist jeder Stempel 135, 136, 138 oder 139 an den seitlichen Enden der Arbeitsfläche 135a, 136a, 138a oder 139a mit entsprechenden konkaven Aussparungen 135b, 136b, 138b bzw. 139b ausgebildet. Wie aus 31 hervorgeht, werden eine konkave Fläche 134a oder 133a der festen Hohlform 134 oder 133 und zwei benachbarte konkave Aussparungen 136b und 138b, 136b und 139b, 138b und 135b oder 135b und 139b der entsprechenden Stempel 136, 138, 139 und 135 dazu verwendet, eine vorstehende abgerundete Ecke M9a des Produkts M9 zu formen.
Wie aus 30 hervorgeht, ist jeder Schlitz 133b, 134b, 137a oder 137b im Hohlraum 131a mit in Längsrichtung verlaufenden Rippen P2 versehen, die Umfangsendabschnitte der entsprechenden konkaven Flächen 133a und 134a bilden. Das heißt, daß jede Rippe P2 eine Innenkante des entsprechenden Schlitzes 133b, 134b, 137a oder 137b bildet.
Es wird angemerkt, daß in der Hydroformungsvorrichtung 131 gemäß der zwölften Ausführungsform die Rippen P2 so geformt und bemessen sind, daß die folgenden geometrischen Bedingungen erfüllt werden.
Wie aus 30 hervorgeht, verläuft eine imaginäre gerade Linie T2, die durch zwei benachbarte Rippen P2 jedes Schlitzes verläuft, außerhalb des Hohlraums 131a, der durch untere und obere feste Hohlformen 133 und 134 definiert ist. Mit anderen Worten, die imaginäre gerade Linie T2 verläuft durch keinen Bereich des Hohlraums 131a. Wie aus 31 hervorgeht, stimmt die Außenkante jeder konkaven Aussparung 136b, 138b, 135b oder 139b mit der entsprechenden geraden Linie T2 überein, wenn die Stempel 136, 138, 135 und 139 in ihre jeweiligen vordersten Arbeitsstellungen gebracht werden. In diesem Zustand ist die Außenkante jeder konkaven Aussparung 136b, 138b, 135b oder 139b mit den Rippen P2, d. h. mit den Umfangsendabschnitten der konkaven Flächen 134a und 133a bündig.
Ein röhrenförmiges Werkstück W wurde einem Hydroformungsprozeß unter Verwendung der Hydroformungsvorrichtung 131 unterworfen. Das Werkstück W war aus einem Stahl des 370 MPa-Typs hergestellt und besaß einen Durchmesser von 140 mm und eine Dicke von 2 mm. Das Werkstück W wurde in den Hohlraum 131a der festen Formen 133 und 134 eingesetzt, außerdem wurden die Stempel 135, 136, 138 und 139 in ihre Ruhestellungen bewegt, wobei das Werkstück W im Hohlraum 131a stabil gehalten wurde. Anschließend wurde der Innenraum des Werkstücks W mit einem Hydraulikfluid gefüllt, wobei der Druck im Werkstück W erhöht und auf einem Wert von 10,1 MPa gehalten wurde. Anschließend wurden die Stempel 135, 136, 138 und 139 in ihre Arbeits- oder Preßstellungen bewegt, um das Werkstück W zu pressen, wobei der Innendruck des Werkstücks W auf 20,2 MPa gehalten wurde. Bei maximalem Preßhub jedes Stempels wurde der Druck im Werkstück W auf einen Pegel von 24,8 MPa erhöht.
Durch diese Schritte wurde ein hohles, quadratisches Produkt M9 geschaffen, das einen im allgemeinen quadratischen Querschnitt mit vier vorstehenden abgerundeten Ecken besaß, wie aus 32 ersichtlich ist. Der Krümmungsradius jeder Ecke M9a betrug 10 mm, die Höhe betrug 100 mm und die Breite betrug 100 mm.
Die Dicke der verschiedenen Abschnitte a bis j einer vorstehenden abgerundeten Ecke M9a und ihres benachbarten flachen Wandabschnitts M9b des Produkts M9 wurde gemessen, wie aus 33 hervorgeht.
36 ist ein Graphen, der die Ergebnisse der Dickenmessung zeigt und in dem die Dicken dieser Abschnitte a bis j gegen die Meßposition aufgetragen sind.
Um die mit dem Verfahren gemäß der zwölften Ausführungsform der vorliegenden technischen Lehre erzielte Verbesserung nachzuweisen, wurde ein Referenzverfahren unter Verwendung der in 34 gezeigten Hydroformungsvorrichtung 141 ausgeführt.
Wie in der Zeichnung gezeigt, enthält die Vorrichtung 141 feste untere und obere Formen 143 und 144, untere und obere Stempel 145 und 146 sowie linke und rechte Stempel 148 und 149, die im wesentlichen in der gleichen Weise wie jene der obenerwähnten Vorrichtung 131 gemäß der zwölften Ausführungsform von 30 angeordnet waren. Jede feste Form 143 oder 144 ist an seitlich beabstandeten Innenabschnitten mit in Längsrichtung verlaufenden konkaven Flächen 143a oder 144a versehen.
Jeder Stempel 145, 146, 148 oder 149 ist mit einer flachen Arbeitsfläche 145a, 146a, 148a oder 149a versehen.
Wie aus den 34 und 35 hervorgeht, ist jeder Schlitz 143b, 144b, 147a oder 147b im Hohlraum 141a mit in Längsrichtung verlaufenden Rippen P3 versehen, die Umfangsendabschnitte der entsprechenden konkaven Flächen 143a und 144a bilden. Das heißt, daß jede Rippe P3 eine Innenkante des entsprechenden Schlitzes 143b, 144b, 147a oder 147b bildet.
In dieser Referenzvorrichtung 141 sind die Rippen P3 so geformt und bemessen, daß sie die folgenden geometrischen Bedingungen erfüllen.
Wie aus 34 hervorgeht, verläuft eine imaginäre gerade Linie T3, die durch zwei benachbarte Rippen P3 jedes Schlitzes verläuft, innerhalb (nicht außerhalb) des Hohlraums 141a, der durch die unteren und oberen festen Hohlformen 144 definiert ist. Mit anderen Worten, die imaginäre Linie T3 verläuft durch den vorstehenden Teil des Hohlraums 121a, der durch die konkave Oberfläche 144a oder 143a der Hohlform 144 bzw. 143 definiert ist. Wenn die Stempel 145, 146, 148 und 149 in ihre vordersten Arbeitsstellungen gebracht werden, stimmt die flache Arbeitsfläche 145a, 146a, 148a oder 149a jedes Stempels mit der entsprechenden imaginären geraden Linie T3 überein. In diesem Zustand ist die Arbeitsfläche 145a, 146a, 148a oder 149a jedes Stempels mit den Rippen P3 bündig, wie aus 35 ersichtlich ist.
Ein röhrenförmiges Werkstück W wurde einem Hydroformungsprozeß unter Verwendung der Referenzvorrichtung 141 unterworfen. Das Werkstück W und die Hydroformungsschritte waren die gleichen wie jene, die in der obenerwähnten zwölften Ausführungsform verwendet wurden. Dadurch wurde ein hohles, quadratisches Produkt MR geschaffen, das eine ähnliche Konstruktion wie das Produkt M9, das mit der zwölften Ausführungsform hergestellt wurde, besaß. Die Dicken der verschiedenen Abschnitte a bis j des Produkts MR wurden gemessen. Das Ergebnis der Dickenmessung ist im Graphen von 36 aufgetragen.
Wie aus diesem Graphen ersichtlich ist, nahm die Dicke der vorstehenden abgerundeten Ecke M9a um ungefähr 15 % zu, während im Produkt MR, das mit der Referenzvorrichtung 141 hergestellt wurde, keine Dickenzunahme festgestellt wurde, jedoch im Abschnitt g ein Riß entstanden ist.

Claims

Verfahren zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks (W) in ein geformtes Hohlprodukt (S, SA, M1–M7) unter Verwendung eines Hydroformungsprozesses mit einer Hohlform (2, 22, 32, 42, 53, 64, 73, 84, 94, 104, 113) und einem. Stempel (6, 46, 52, 62, 63, 72, 82, 83, 92, 93, 102, 103, 112), wobei die Hohlform (2, 22, 32, 42, 53, 64, 73, 84, 94, 104, 113) und der Stempel (6, 46, 52, 62, 63, 72, 82, 83, 92, 93, 102, 103, 112) einen Hohlraum (2a, 22a, 32a, 42a, 53a, 64a, 73a, 84a, 94a, 104a, 113a) definieren, der einen polygonförmigen Querschnitt aufweist, mit den folgenden Schritten: Anordnen des röhrenförmigen Werkstücks (W) im Hohlraum (2a, 22a, 32a, 42a, 53a, 64a, 73a, 84a, 94a, 104a, 113a) der Hohlform (2, 22, 32, 42, 53, 64, 73, 84, 94, 104, 113), Befüllen des Innenraums des röhrenförmigen Werkstücks (W) mit einem Hydraulikfluid, Erhöhen des Drucks des Hydraulikfluids auf einen gegebenen Pegel, der niedriger als ein kritischer Pegel ist, oberhalb dessen eine Ausbauchung des röhrenförmigen Werkstücks (W) bewirkt wird, Pressen des Stempels (6, 46, 52, 62, 63, 72, 82, 83, 92, 93, 102, 103, 112) gegen das röhrenförmige Werkstück (W), um es zu verformen, wobei der Druck des Hydraulikfluids auf dem gegebenen Pegel gehalten wird, wodurch ein geformtes Hohlprodukt (S, SA, M1–M7) gebildet wird, das einen polygonförmigen Querschnitt besitzt, der mit demjenigen des Hohlraums (2a, 22a, 32a, 42a, 53a, 64a, 73a, 84a, 94a, 104a, 113a) im wesentlichen übereinstimmt, gekennzeichnet durch Fortsetzen des Preßvorgangs durch den Stempel (6, 46, 52, 62, 63, 72, 82, 83, 92, 93, 102, 103, 112), bis die Umfangslänge des geformten Hohlprodukts (S, SA, M1-M7) im Umformbereich kürzer als die Umfangslänge des röhrenförmigen Werkstücks (W) ist.
Verfahren zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gegebene Druckpegel des Hydraulikfluids wenigstens bis zu dem Zeitpunkt beibehalten wird, zu dem das Pressen der Stempel (6, 46, 52, 62, 63, 72, 82, 83, 92, 93, 102, 103, 112) gegen das röhrenförmige Werkstück (W) an diesem einen abgerundeten Eckabschnitt erzeugt hat.
Verfahren zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das röhrenförmige Werkstück (W) im Hohlraum (2a, 22a, 32a, 42a, 53a, 64a, 73a, 84a, 94a, 104a, 113a) fixiert wird, bevor das Hydraulikfluid in das röhrenförmige Werkstück (W) eingeleitet wird.
Verfahren zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pressen des Stempels (6, 46, 52, 62, 63, 72, 82, 83, 92, 93, 102, 103, 112) gegen das röhrenförmige Werkstück (W) solange fortgesetzt wird, bis ein gegebener Abschnitt des geformten Hohlprodukts (S) dicker als ein entsprechender Abschnitt des röhrenförmigen Werkstücks (W) ist.
Verfahren zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der polygonförmige Querschnitt des Hohlraums ein Querschnitt mit wenigstens vier Ecken ist.
Verfahren zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (6, 46, 52, 62, 63, 72, 82, 83, 92, 93, 102, 103, 112) eine Arbeitsfläche (6a, 52a, 62a, 63a, 72a, 82a, 83a, 92a, 93a, 102a, 103a, 112a) aufweist, die mit der äußeren Fläche des röhrenförmigen Werkstücks (W) in direkten Kontakt gelangt, wenn die Stempel (6,46,52, 62, 63, 72, 82, 83, 92, 93, 102, 103, 112) gegen das röhrenförmige Werkstück (W) gepreßt wird, und die Arbeitsfläche (6a, 52a, 62a, 63a, 72a, 82a, 83a, 92a, 93a, 102a, 103a, 112a) eine flache Hauptfläche und wenigstens eine schräge Fläche (52c, 62c, 63c, 72c, 82c, 83c, 92c, 93c, 102c, 103c, 112c), die zueinander angewinkelt sind, aufweist, wobei beim Pressen des Stempels (6, 46, 52, 62, 63, 72, 82, 83, 92, 93, 102, 103, 112) die flache Hauptfläche und die schräge Fläche (52c, 62c, 63c, 72c, 82c, 83c, 92c, 93c, 102c, 103c, 112c) ein geformtes Hohlprodukt (S, SA, M1–M7) mit zwei benachbarten, angewinkelten Wänden schaffen.
Verfahren zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (46, 62, 63, 82, 83, 92, 93, 102, 103) zwei Stempelelemente umfaßt, wobei das röhrenförmige Werkstück (W) dazwischen angeordnet wird, und jedes Stempelelement eine Arbeitsfläche (62a, 63a, 82a, 83a, 92a, 93a, 102a, 103a) aufweist, die mit der äußeren Fläche des röhrenförmigen Werkstücks (W) in direkten Kontakt gelangt, wenn es gegen das röhrenförmige Werkstück (W) gepreßt wird, so daß beim Pressen die Arbeitsflächen (62a, 63a, 82a, 83a, 92a, 93a, 102a, 103a) der beiden Stempelelemente gegenüberliegende Wände des geformten Hohlprodukts (S) formen.
Verfahren zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Arbeitsflächen (62a, 63a, 82a, 83a, 92a, 93a, 102a, 103a) der beiden Stempelelemente eine flache Hauptfläche und wenigstens eine schräge Fläche (62c, 63c, 82c, 83c, 92c, 93c, 102c, 103c), die relativ zueinander angewinkelt sind, enthält, so daß beim Pressen der beiden Stempelformelemente gegen das röhrenförmige Werkstück (W) die flache Hauptfläche und die schräge Fläche (62c, 63c, 82c, 83c, 92c, 93c, 102c, 103c) an jeder der gegenüberliegenden Wände des geformten Hohlprodukts (S) zwei angewinkelte Wandabschnitte erzeugen.
Verfahren zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schräge Fläche (62c, 63c, 82c, 83c, 92c, 93c, 102c, 103c) der Arbeitsfläche (62a, 63a, 82a, 83a, 92a, 93a, 102a, 103a) jedes der Stempelelemente in bezug auf die entsprechende flache Hauptfläche einen stumpfen Winkel definiert.
Verfahren zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der kritische Druckpegel des Hydraulikfluids im röhrenförmigen Werkstück (W) anhand der folgenden Gleichung berechnet wird: CL = t0 × Sy × 0,6,wobei CL der kritische Druckpegel (MPa) ist, t0 die Dicke (mm) des röhrenförmigen Werkstücks (W) ist und Sy die Umformfestigkeit (MPa) ist.
Vorrichtung zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks (W) in ein geformtes Hohlprodukt (S, SA, M1–M7) unter Verwendung eines Hydroformungsprozesses mit einer Hohlform (2, 22, 32, 42, 53, 64, 73, 84, 94, 104, 113) und zumindest einem Stempel (6, 46, 52, 62, 63, 72, 82, 83, 92, 93, 102, 103, 112), wobei die Hohlform (2, 22, 32, 42, 53, 64, 73, 84, 94, 104, 113) und der Stempel (6, 46, 52, 62, 63, 72, 82, 83, 92, 93, 102, 103, 112) einen Hohlraum (2a, 22a, 32a, 42a, 53a, 64a, 73a, 84a, 94a, 104a, 113a) definieren, der einen polygonförmigen Querschnitt aufweist, wobei der Stempel (6, 46, 52, 62, 63, 72, 82, 83, 92, 93, 102, 103, 112) in der Hohlform (2, 22, 32, 42, 53, 64, 73, 84, 94, 104, 113) bewegbar aufgenommen ist, und ein Arbeitsfläche (6a, 52a, 62a, 63a, 72a, 82a, 83a, 92a, 93a, 102a, 103a, 112a) mit zumindest einem Vorsprung (6b) aufweist, die Arbeitsfläche (6a, 52a, 62a, 63a, 72a, 82a, 83a, 92a, 93a, 102a, 103a, 112a) dem Hohlraum (2a, 22a, 32a, 42a, 53a, 64a, 73a, 84a, 94a, 104a, 113a) zugewandt sind, und einen Aktuator (R) zum Pressen des Stempels (6, 46, 52, 62, 63, 72, 82, 83, 92, 93, 102, 103, 112) gegen das röhrenförmige Werkstück (W) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (2a, 22a, 32a, 42a, 53a, 64a, 73a, 84a, 94a, 104a, 113a) sich mit seinem polygonförmigen Querschnitt sich in Längsrichtung erstreckt, und die Arbeitsfläche (6a, 52a, 62a, 63a, 72a, 82a, 83a, 92a, 93a, 102a, 103a, 112a) des Stempels (6, 46, 52, 62, 63, 72, 82, 83, 92, 93, 102, 103, 112) den Hohlraum (2a, 22a, 32a, 42a, 53a, 64a, 73a, 84a, 94a, 104a, 113a) verschließt, wobei der Vorsprung (6b) an einem seitlichen Endbereich der Arbeitsfläche (6a, 52a, 62a, 63a, 72a, 82a, 83a, 92a, 93a, 102a, 103a, 112a) des Stempels (6, 46, 52, 62, 63, 72, 82, 83, 92, 93, 102, 103, 112) ausgebildet ist und eine in bezug auf die Arbeitsfläche (6a, 52a, 62a, 63a, 72a, 82a, 83a, 92a, 93a, 102a, 103a, 112a) angewinkelte schräge Fläche (52c, 62c, 63c, 72c, 82c, 83c, 92c, 93c, 102c, 103c, 112c) aufweist.
Vorrichtung zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (2a, 22a, 32a, 42a, 53a, 64a, 73a, 84a, 94a, 104a, 113a) der Hohlform (2, 22, 32, 42, 53, 64, 73, 84, 94, 104, 113) durch einander zugewandte vertikale Wände, eine horizontale Bodenwand und zwei schräge Wände, die jeweils zwischen einer vertikalen Wand und der horizontalen Bodenwand verlaufen, definiert ist.
Vorrichtung zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch Abdichtwerkzeuge (3), die beide offene Enden des röhrenförmigen Werkstücks (W) abdichten, Unterstützungselemente (4), die beide Endabschnitte des röhrenförmigen Werkstücks (W) stabil unterstützen, und Beschickungsrohre (5), die den Innenraum des röhrenförmigen Werkstücks (W) mit einem Hydraulikfluid befüllen und diesem entziehen.
Vorrichtung zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum zwischen jeder der vertikalen Wände und der entsprechenden schrägen Wand mit einem axial verlaufenden gestuften Abschnitt versehen ist, wobei die Größe des gestuften Abschnitts kleiner als die Dicke des röhrenförmigen Werkstücks (W) und größer als ein Zehntel der Dicke ist.
Vorrichtung zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum mit einer zusätzlichen schrägen Wand versehen ist, die zwischen jeder der vertikalen Wände und der entsprechenden schrägen Wand verläuft und einen Winkel relativ zur vertikalen Wand definiert, der im Bereich von 0° bis 45° liegt.
Vorrichtung zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (42a, 64a, 84a, 94a, 104a) der Hohlform (42, 64, 84, 94, 104) zwei einander zugewandte vertikale Wände aufweist und der Stempel (62, 63, 82, 83, 92, 93, 102, 103) zwei Stempelemente aufweist, die im Hohlraum (42a, 53a, 64a, 84a, 94a, 104a) beweglich aufgenommen sind und durch den Aktuator (R) aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden können, wobei jedes Stempelformelement eine Arbeitsfläche (62a, 63a, 82a, 83a, 92a, 93a, 102a, 103a) besitzt, die mit einer äußeren Fläche des röhrenförmigen Werkstücks (W) in direkten Kontakt gelangt, wenn es gegen das röhrenförmige Werkstück (W) gepreßt wird, wobei die Arbeitsfläche (62a, 63a, 82a, 83a, 92a, 93a, 102a, 103a)n der beiden Stempelformelemente mit den jeweiligen Vorsprüngen versehen sind.
Vorrichtung zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Arbeitsflächen (62a, 63a, 82a, 83a, 92a, 93a, 102a, 103a) der beiden Stempelelemente an ihren seitlichen Enden mit entsprechenden Vorsprüngen versehen ist, wovon jeder eine schräge Fläche (62c, 63c, 82c, 83c, 92c, 93c, 102c, 103c) aufweist, die in den Hohlraum vorsteht und in bezug auf die entsprechende Arbeitsfläche (62a, 63a, 82a, 83a, 92a, 93a, 102a, 103a) angewinkelt ist.
Vorrichtung zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen der schrägen Fläche (62a, 63a, 82a, 83a, 92a, 93a, 102a, 103a) und der vertikalen Wand des Hohlraums (42a, 64a, 84a, 94a, 104a) definierte Winkel im Bereich von 135° bis 165° liegt.
Vorrichtung zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks nach zumindest einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe und die Form der schrägen Fläche jedes Vorsprungs (6b) so festgelegt sind, daß die folgenden Gleichungen erfüllt sind: 4 ≤ L/t0 ≤ 7,5 α ≥ 10 × (L/t0) + 68wobei L die Länge der schrägen Fläche ist, t0 die Anfangsdicke des röhrenförmigen Werkstücks (W) ist und α der Winkel zwischen der schrägen Fläche und der vertikalen Wand ist.
Vorrichtung zum Formen eines röhrenförmigen Werkstücks (W) in ein geformtes Produkt (M8, M9) unter Verwendung eines Hydroformungsprozesses mit einer Hohlform (122, 123, 133, 134), die vier in Längsrichtung verlaufenden konkaven Flächen (122a, 123a, 133a, 134a) und vier Stempel (124, 125, 127, 128, 135, 136, 138, 139) aufweist, die einen in Längsrichtung verlaufenden Hohlraum (121a, 131a) definieren, wobei die konkaven Flächen (122a, 123a, 133a, 134a) vier abgerundete Eckabschnitte des Hohlraums (121a, 131a) definieren, und vier Schlitze (122b, 123b, 126a, 126b, 133b, 134b, 137a, 137b) vorgesehen sind, die in der Hohlform (122, 123, 133, 134) ausgebildet sind und in den Hohlraum (121a, 131a) münden, wobei die vier Stempel (124, 125, 127, 128, 135, 136, 138, 139) in den vier Schlitzen (122b, 123b, 126a, 126b, 133b, 134b, 137a, 137b) der Hohlform (122, 123, 133, 134) bewegbar aufgenommen sind, und Arbeitsflächen (135a, 136a, 138a, 139a) der Stempel (124, 125, 127, 128, 135, 136, 138, 139) dem Hohlraum (121a, 131a) zugewandt sind, und zwischen den konkaven Flächen (122a, 123a, 133a, 134a) und den Schlitzen (122b, 123b, 126a, 126b, 133b, 134b, 137a, 137b) jeweils in Längsrichtung verlaufende Rippen (P1, P2) vorgesehen sind, die Umfangsendabschnitte der entsprechenden konkaven Flächen (122a, 123a, 133a, 134a) bilden, wobei eine imaginäre gerade Linie (T1, T2), die durch zwei Rippen (P1, P2) eines jeden der Schlitze (122b, 123b, 126a, 126b, 133b, 134b, 137a, 137b) verläuft, außerhalb des Hohlraums (121a, 131a) verläuft.