DE10033771B4

DE10033771B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von doppelwandigen Durchbrechungen und Umstülpung eines Durchbruches

Info

Publication number: DE10033771B4
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: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2020-07-13
Also published as: DE10033771A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von doppelwandigen Durchbrechungen und Umstülpung eines Durchbruches, in einem zwei parallele Seiten aufweisenden Hohlprofil (16) nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren, bei dem a) eine Wandseite (28) des Hohlprofils (16) durch einen Innendruck (PI) in einen Hohlraum eines Umformwerkzeuges (14) bis zu einem Stülpstempel (10) aufgeweitet und die gegenüberliegende Wandseite durch einen Gegenhalter (18) abgestützt wird, b) die aufgeweitete Wandseite (28) durch Verschiebung des Stülpstempels (10) in Richtung Gegenhalter (18) umgestülpt wird, c) die an der Stirnseite des Stülpstempels (10) und die an der Stirnseite des Gegenhalters (18) anliegenden Wandflächen ausgestanzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Aufweitung der Werkstückwandseite (28) während des Umstülpens der Werkstückwandseite (28) diese mit einer Druckkraft (FR) beaufschlagt wird, die eine durch den Innendruck (PI) und eine Stülpstempelkraft (FSt) auf die Werkstückwandseite (28) erzeugte resultierende Kraft (FyRes) ausgleicht.

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 7 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.
Aus DE 197 51 402 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Abzweiges an einem Hohlprofil bekannt. Hierbei ist offenbart, dass mittels eines Stülpstempels eine aufgeweitete Wandseite eines Hohlprofils umgestülpt werden kann. Ein hierdurch umgestülpter Dom kann mittels eines axial verschiebbaren Ringkolbens kalibriert werden.
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 7 genannten Merkmalen, gelöst. Dadurch, dass nach der Aufweitung der Werkstückwandseite und während des Umstülpens der Werkstückwandseite diese mit einer Druckkraft beaufschlagt wird, die eine durch einen Innendruck und eine Stülpstempelkraft auf die Werkstückwandseite erzeugte resultierende Kraft ausgleicht 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:
1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt während des Aufweitvorganges;
2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Schnitt während des Stülpvorganges und
3 eine Einzelheit X gemäß 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 P_I erzeugt. Durch den Innendruck P_I 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 P_I abgestützt. Diese Situation ist in 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 Werkstückwandseite 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 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 P_I, 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 P_I 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 P_I erzeugte resultierende Kraft Fy_Res ausgleicht. Die Größe des dem Gegenhalter 20 zugeführten Druckes entspricht dabei annähernd dem Innendruck P_I. 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
P_I: Innendruck
F_R: Druckkraft des Gegenhalters 20
F_St: Stülpstempelkraft
Fy_Res: Resultierende Kraft

Claims

Verfahren zur Herstellung von doppelwandigen Durchbrechungen und Umstülpung eines Durchbruches, in einem zwei parallele Seiten aufweisenden Hohlprofil (16) nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren, bei dem a) eine Wandseite (28) des Hohlprofils (16) durch einen Innendruck (P_I) in einen Hohlraum eines Umformwerkzeuges (14) bis zu einem Stülpstempel (10) aufgeweitet und die gegenüberliegende Wandseite durch einen Gegenhalter (18) abgestützt wird, b) die aufgeweitete Wandseite (28) durch Verschiebung des Stülpstempels (10) in Richtung Gegenhalter (18) umgestülpt wird, c) die an der Stirnseite des Stülpstempels (10) und die an der Stirnseite des Gegenhalters (18) anliegenden Wandflächen ausgestanzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Aufweitung der Werkstückwandseite (28) während des Umstülpens der Werkstückwandseite (28) diese mit einer Druckkraft (F_R) beaufschlagt wird, die eine durch den Innendruck (P_I) und eine Stülpstempelkraft (F_St) auf die Werkstückwandseite (28) erzeugte resultierende Kraft (Fy_Res) ausgleicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung mit der Druckkraft (F_R) mit Beginn des Umstülpvorganges erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der Druckkraft (F_R) einstellbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckraft (F_R) hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckraft (F_R) mittels eines Druckübertragungsmittels auf die aufgeweitete Werkstückwandseite (28) übertragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckübertragungsmittel ein Gegenhalter (20) ist.
Vorrichtung zur Herstellung von doppelwandigen Durchbrechungen und Umstülpung eines Durchbruches, mittels eines Innenhochdruck-Umformwerkzeuges (14), in dem lotrecht zur Werkstücklängsachse ein verschiebbarer Stülpstempel (10) und ein gegenüberliegender verschiebbarer Gegenhalter (18) angeordnet sind, wobei zwischen einer Innenwand (12) des Umformwerkzeuges (14) und der Außenwand (26) des Stülpstempels (10) ein Stülpspalt (24) angeordnet ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Stülpspalt (24) zwischen der Innenwand (12) des Umformwerkzeuges (14) und der Außenwand (26) des Stülpstempels (10) ein in Verschiebungsrichtung des Stülpstempels (10) verschiebbarer Gegenhalter (20) angeordnet ist, und dass die Vorrichtung derart ausgestaltet ist, dass nach dem Umstülpvorgang das zwischen Umformwerkzeug und Stülpstempel (10) befindliche Werkstückwandseite (28) mit einer Druckkraft (F_R) durch den Gegenhalter (20) beaufschlagbar ist.