DE10033771A1

DE10033771A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von doppelwandigen Durchbrechungen und Umstülpung eines Durchbruches

Info

Publication number: DE10033771A1
Application number: DE2000133771
Authority: DE
Inventors: Thomas Winkler; Werner Meyer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2002-01-24
Anticipated expiration: 2020-07-13
Also published as: DE10033771B4

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von doppelwandigen Durchbrechungen und Umstülpung eines Durchbruches, in einem zwei parallele Seiten aufweisenden Hohlprofil nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren, bei dem DOLLAR A a) eine Wandseite des Hohlprofils durch den Innendruck in einen Hohlraum eines Umformwerkzeuges bis zu einem Stülpstempel aufgeweitet und die gegenüberliegende Wandseite durch einen Gegenhalter abgestützt wird, DOLLAR A b) die aufgeweitete Seite durch Verschiebung des Stülpstempels in Richtung Gegenhalter umgestülpt wird, DOLLAR A c) die an der Stirnseite des Stülpstempels und die an der Stirnseite des Gegenhalters anliegenden Wandflächen ausgestanzt werden, DOLLAR A sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von doppelwandigen Durchbrechungen und Umstülpung eines Durchbruches, mittels eines Innenhochdruck-Umformwerkzeuges, in dem lotrecht zur Werkstücklängsachse ein verschiebbarer Stülpstempel und ein gegenüberliegender verschiebbarer Gegenhalter angeordnet ist, wobei zwischen einer Innenwand des Umformwerkzeuges und der Außenwand des Stülpstempels ein Stülpspalt angeordnet ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens. DOLLAR A Es ist vorgesehen, dass nach der Aufweitung der Werkstückwandseite dem Umformwerkzeug im Bereich zwischen Innenwandseite des Umformwerkzeuges und Außenwandseite des Stülpstempels ein Druck zugeführt wird, der auf die aufgeweitete Werkstückwandseite und entgegen dem Innendruck gerichtet ist, beziehungsweise dass zur Übertragung des in dem Stülpspalt ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von doppelwandigen Durchbrechungen und Umstülpung eines Durchbruches mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen sowie die dazugehörige Vorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 10 genannten Merkmalen.

Aus der DE 195 30 055 A1 ist die Herstellung von doppelwandigen Durchbrechungen und Umstülpung eines Durchbruches zur Erzeugung von zylindrischen Lageraugen in Hohlkörper-Flachprofilen mittels des Innenhochdruck-Umformverfahrens bekannt. Dabei wird das in ein Innenhochdruck-Umformwerkzeug eingelegte Werkstück nach dem Verschließen seiner Enden mit einem hohen Innendruck beaufschlagt. Durch den Innendruck wird eine Wandseite des Hohlprofils in einem im Umformwerkzeug angeordneten Hohlraum gepresst. Die Wandseite wird dabei bis zu einem in den Hohlraum des Umformwerkzeuges angeordneten Stülpstempel aufgeweitet. Gegenüber dem Stülpstempel ist ebenfalls im Umformwerkzeug ein verschiebbarer Gegenhalter angeordnet. Der Gegenhalter stützt beim Aufweiten der Werkstückwandseite die gegenüber liegende Werkstückwandseite gegen den im Werkstück wirkenden Innenhochdruck ab. Nach entsprechender Aufweitung der einen Werkstückwandseite wird die aufgeweitete Seite durch Verschiebung des Stülpstempels in Richtung Gegenhalter umgestülpt. Zwischen der Wandung des Hohlraums des Umformwerkzeuges und der Wandung des darin angeordneten Stülpstempels ist ein entsprechender Stülpspalt angeordnet, der mindestens das Fünffache der Wanddicke des Hohlkörper-Flachprofils beträgt. Nach der Umstülpung erfolgt ein Ausstanzen der an der Stirnseite des Stülpstempels und der an der Stirnseite des Gegenhalters anliegenden Wandseiten durch ein beschleunigtes Verschieben des Stülpstempels und des Gegenhalters in Umstülprichtung.

Nachteilig bei diesem Herstellungsverfahren ist, dass beim Umstülpen der aufgeweiteten Wandseite das Material am Stülpstempel einer Materialabstreckung und somit einer Wanddickenabnahme unterliegt. Hervorgerufen wird diese Materialabstreckung aufgrund der auf das Material in gegensätzlichen Richtungen wirkenden Kräfte. Erzeugt werden die in gegensätzlichen Richtungen wirkenden Kräfte einerseits durch die in Richtung Gegenhalter wirkende Stülpstempelkraft beim Umstülpen und andererseits durch den im Bereich des Stülpspalts auf das Material wirkenden Innendruck. Gleichzeitig mit der Wanddickenreduzierung treten in diesem Materialabschnitt zusätzliche unerwünschte Materialspannungen auf. Durch die Materialspannungen und die Wanddickenreduzierung besteht die Gefahr des Einreißens des Materials in diesem Bereich. Die Funktionstüchtigkeit der so hergestellten zylindrischen Lager wird stark beeinträchtigt und kann sogar bis zur Funktionsuntüchtigkeit führen. Die Materialabstreckungen überschreiten bei diesem Verfahren den zulässigen Toleranzbereich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei der Herstellung von doppelwandigen Durchbrechungen und Umstülpung eines Durchbruches nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren auftretende Materialabstreckungen und somit eine Wanddickenabnahme beim Umstülpen des Materials derart zu verringern, dass die Materialabstreckung im zulässigen Bereich liegt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von doppelwandigen Durchbrechungen und Umstülpung eines Durchbruches mit den in dem Anspruch 1 genannten Merkmalen, sowie durch die dazugehörige Vorrichtung mit den in dem Anspruch 10 genannten Merkmalen, gelöst. Dadurch, dass nach der Aufweitung der Werkstückwandseite dem Umformwerkzeug im Bereich zwischen Innenwandseite des Umformwerkzeuges und Außenwandseite des Stülpstempels ein Druck zugeführt wird, der auf die aufgeweitete Werkstückwandseite und entgegen dem Innendruck gerichtet ist, beziehungsweise dass zur Übertragung des in dem Stülpspalt zwischen der Innenwand des Umformwerkzeuges und der Außenwand des Stülpstempels zugeführten Druckes im Stülpspalt ein in Verschiebungsrichtung des Stülpstempels verschiebbarer Gegenhalter angeordnet ist, werden die auf das Material im Bereich zwischen Innenwandseite des Umformwerkzeuges und Außenwandseite des Stülpstempels wirkenden Kräfte reduziert. Durch die Reduzierung der auf das Material wirkenden Kräfte während des Umstülpvorganges wird das Material im Bereich des Stülpstempels einer verringerten Zugbelastung ausgesetzt. Folge davon ist eine verringerte Materialabstreckung in diesem kritischen Bereich. Durch die Verringerung der Materialabstreckung durch Zuführung einer entsprechenden Gegenkraft liegt die Wanddickenabnahme im zulässigen Toleranzbereich. Die Materialspannungen werden ebenfalls verringert und die Gefahr des Materialeinreißens wird weitestgehend ausgeschlossen.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt während des Aufweitvorganges;

Fig. 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt während des Stülpvorganges und

Fig. 3 eine Einzelheit X gemäß Fig. 2.

Die Herstellung von doppelwandigen Durchbrechungen und Umstülpung eines Durchbruches in einem zwei parallele Seiten aufweisenden Hohlprofil nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren erfolgt in einer an sich bekannten Umformmaschine, die aus einem Umformwerkzeug 14, einem Stülpstempel 10 und einem gegenüber dem Stülpstempel 10 angeordneten Gegenhalter 18 besteht. Das Werkstück 16 wird so in das Umformwerkzeug 14 eingelegt, dass die parallelen Seiten des als Hohlprofil ausgebildeten Werkstückes 16 jeweils in Richtung Stülpstempel 10 und Gegenhalter 18 zeigen. Nach Verschließen der offenen Enden des Werkstückes 16 wird im Werkstück 16 ein Innenhochdruck P₁ erzeugt. Durch den Innendruck P₁ erfolgt eine Aufweitung des Werkstückes 16, indem eine Wandseite des Hohlprofils in einen Hohlraum des Umformwerkzeuges 14 gedrückt wird. Dabei wird die aufgeweitete Werkstückwandseite 28 bis an die Stirnfläche des Stülpstempels 10 und an die Innenwand 12 des Hohlraumes des Umformwerkzeuges 14 gepresst. Die der aufgeweiteten Werkstückseite 28 gegenüber liegende Werkstückseite wird durch den Gegenhalter 18 gegenüber dem herrschenden Innendruck P₁ abgestützt. Diese Situation ist in Fig. 1 dargestellt.

Danach erfolgt durch Verschiebung des Stülpstempels 10 in Richtung Gegenhalter 18 eine Umstülpung der aufgeweiteten Werkstückwandseite 28. Die dem Stülpstempel 10 zugeführte Stülpstempelkraft F_St, ist dabei größer als die auf die Innenfläche der aufgeweiteten Werkstückwaridseite 28 wirkende Innendruckkraft. Damit keine Materialquetschungen während des Umstülpvorgangs auftreten können, ist zwischen der Innenwand 12 des Umformwerkzeuges 14 und der Außenwand 26 des Stülpstempels 10 ein Stülpspalt 24 angeordnet. Der Stülpspalt 24 beträgt mindestens das Fünffache der Wanddicke des Werkstückes 16, um eine entsprechende Umstülpung durchführen zu können. Beim Umstülpvorgang wird das Material der aufgeweiteten Werkstückwandseite 28 am Stülpstempel 10 gedehnt. Der Dehnungsbereich des Materials am Stülpstempel 10 ist in Fig. 3 mit 22 gekennzeichnet. Die Materialdehnung wird verursacht einerseits durch die auf die Materialfläche im Stülpspalt 24 wirkende resultierende Kraft Fy_Res und andererseits durch die beim Stülpvorgang aufgebrachte entgegengerichtete Stülpstempelkraft F_St. Die resultierende Kraft Fy_Res wird hervorgerufen durch den Innendruck P₁, der auf die Materialfläche des im Stülpspalt 24 befindlichen Materials wirkt. Durch die entgegenwirkenden Kräfte Fy_Res und F_St wird Material im Bereich 22 des Stülpstempels 10 gedehnt, wodurch die Wanddicke reduziert wird. Um die unerwünschte Reduzierung der Wanddicke im Bereich 22 zu verringern, wird erfindungsgemäß dem Umformwerkzeug 14 im Bereich zwischen Innenwandseite 12 des Umformwerkzeuges 14 und Außenwandseite 26 des Stülpstempels 10 ein Druck zugeführt, der auf die aufgeweitete Werkstückwandseite 28 und entgegen dem Innendruck P₁ gerichtet ist. Dabei ist zur Übertragung des in dem Stülpspalt 24 zwischen der Innenwand 12 des Umformwerkzeuges 14 und der Außenwand 26 des Stülpstempels 10 zugeführten Druckes im Stülpspalt 24 ein in Verschiebungsrichtung des Stülpstempels 10 verschiebbarer Gegenhalter 20 angeordnet. Der Gegenhalter 20 wird während des Stülpvorganges mit einer Druckkraft F_R beaufschlagt, die die durch den Innendruck P₁ erzeugte resultierende Kraft Fy_Res ausgleicht. Die Größe des dem Gegenhalter 20 zugeführten Druckes entspricht dabei annähernd dem Innendruck P₁. Dadurch werden Materialspannungen und Materialabstreckungen in dem Bereich 22 vermindert.

Die Druckzuführung auf das Material im Stülpspalt 24 erfolgt über den Gegenhalter 20 mit Beginn des Umstülpvorganges. Es ist aber auch möglich, dass der Gegenhalter 20 bereits während des Aufweitvorganges der aufzuweitenden Werkstückwandseite 28 mit einem entsprechenden Druck beaufschlagt wird. Dabei ist der Gegenhalter 20 so angeordnet, dass die Stirnfläche des Gegenhalters 20 mit der Stirnfläche des Stülpstempels 10 eine Linie bildet. Eine weitere Variante sieht vor, dass die Druckzuführung auf den Gegenhalter 20 in Abhängigkeit von der Wanddickenreduzierung des umzustülpenden Materials am Stülpstempel 10 beim Stülpvorgang erfolgt. Das heißt, dass bei erhöhter Wanddickenreduzierung die Druckkraft F_R des Gegenhalters 20 erhöht wird.

Nach Beendigung des Umstülpvorgangs wird das zwischen Umformwerkzeug 14 und Stülpstempel 10 im Stülpspalt 24 befindliche Material bis zum oberen Rand der aufgeweiteten Seite des Hohlprofils gedrückt. Dieses erfolgt durch Erhöhung der Druckkraft im Bereich zwischen Innenwandseite 12 des Umformwerkzeuges 14 und Außenwandseite 26 des Stülpstempels 10. Der Gegenhalter 20 drückt somit durch die erhöhte Druckkraft F_R das Material bis zum oberen Rand der aufgeweiteten Seite des Hohlprofils.

Die auf den Gegenhalter 20 wirkende Druckkraft F_R wird pneumatisch, hydraulisch oder mechanisch erzeugt und ist in ihrer Größe einstellbar.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung können in einem Hohlprofil doppelwandige Durchbrechungen und Umstülpung des Durchbruches in Form von zylindrischen Lagern, Buchsen oder entsprechend anders gestalteter Durchbrüche hergestellt werden. Materialabschwächungen, die eine unerwünschte Reduzierung der Wanddicke des umgestülpten Materials zur Folge haben, werden weitestgehend vermieden. Die im Material auftretenden Spannungen werden ebenfalls verringert, und die Gefahr des Materialeinreißens wird weitestgehend ausgeschlossen.

BEZUGSZEICHENLISTE

10

Stülpstempel

12

Innenwand des Umformwerkzeuges

14

Umformwerkzeug

16

Werkstück

18

Gegenhalter

20

Gegenhalter

22

Dehnungsbereich des Materials

24

Stülpspalt

26

Außenwand des Stülpstempels

28

Aufgeweitete Werkstückwandseite
P₁

Innendruck
F_R

Druckkraft des Gegenhalters

20

F_St

Stülpstempelkraft
Fy_Res

Resultierende Kraft

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von doppelwandigen Durchbrechungen und Umstülpung eines Durchbruches, in einem zwei parallele Seiten aufweisenden Hohlprofil nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren, bei dem

a) eine Wandseite des Hohlprofils durch den Innendruck in einen Hohlraum eines Umformwerkzeuges bis zu einem Stülpstempel aufgeweitet und die gegenüber liegende Wandseite durch einen Gegenhalter abgestützt wird,
b) die aufgeweitete Seite durch Verschiebung des Stülpstempels in Richtung Gegenhalter umgestülpt wird,
c) die an der Stirnseite des Stülpstempels und die an der Stirnseite des Gegenhalters anliegenden Wandflächen ausgestanzt werden,

dadurch gekennzeichnet, dass nach der Aufweitung der Werkstückwandseite dem Umformwerkzeug im Bereich zwischen Innenwandseite des Umformwerkzeuges und Außenwandseite des Stülpstempels ein Druck zugeführt wird, der auf die aufgeweitete Werkstückwandseite und entgegen dem Innendruck gerichtet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckzuführung mit Beginn des Umstülpvorganges erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckzuführung in Abhängigkeit von der Wanddickenreduzierung des umzustülpenden Materials am Stülpstempel beim Stülpvorgang erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des dem Umformwerkzeug zugeführten Druckes annähernd der Größe des Innendruckes entspricht.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Umstülpvorgang das zwischen Umformwerkzeug und Stülpstempel befindliche Material durch Erhöhung des dem Umformwerkzeug zugeführten Druckes bis zum oberen Rand der aufgeweiteten Seite des Hohlprofils gedrückt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des zwischen Innenwandseite des Umformwerkzeuges und Außenwandseite des Stülpstempels zugeführten Drucks einstellbar ist.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen Innenwandseite des Umformwerkzeuges und Außenwandseite des Stülpstempels zugeführte Druck hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen Innenwandseite des Umformwerkzeuges und Außenwandseite des Stülpstempels zugeführte Druck mittels eines Druckübertragungsmittels auf die aufgeweitete Werkstückwandseite übertragen wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckübertragungsmittel ein Gegenhalter ist.

10. Vorrichtung zur Herstellung von doppelwandigen Durchbrechungen und Umstülpung eines Durchbruches, mittels eines Innenhochdruck- Umformwerkzeuges, in dem lotrecht zur Werkstücklängsachse ein verschiebbarer Stülpstempel und ein gegenüber liegender verschiebbarer Gegenhalter angeordnet ist, wobei zwischen einer Innenwand des Umformwerkzeuges und der Außenwand des Stülpstempels ein Stülpspalt angeordnet ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung des in dem Stülpspalt (24) zwischen der Innenwand (12) des Umformwerkzeuges (14) und der Außenwand (26) des Stülpstempels (10) zugeführten Druckes im Stülpspalt (24) ein in Verschiebungsrichtung des Stülpstempels (10) verschiebbarer Gegenhalter (20) angeordnet ist.