DE10043024B4

DE10043024B4 - Verfahren zum Innenhochdruckumformen eines Hohlprofiles

Info

Publication number: DE10043024B4
Application number: DE2000143024
Authority: DE
Inventors: Armin Dipl.-Ing. Zuber; Wulf Dipl.-Ing. Leitermann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2020-09-02
Also published as: DE10043024A1

Abstract

Verfahren zum Innenhochdruckumformen und Beschneiden eines Hohlprofils (2) in einem Umformwerkzeug (1) mittels eines unter hohen Druck (p) setzbaren Fluids, wobei eine Öffnung des Hohlprofils (2) während des Innenhochdruckumformens mittels eines elastischen Dichtkörpers (4) verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Dichtkörper (4) das Hohlprofil (2) auf eine im Umformwerkzeug (1) ausgebildete Schneidkante (15) drückt, so dass das Hohlprofil (2) im Bereich der Schneidkante (15) durchtrennt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Innenhochdruckumformen eines Hohlprofiles in einem Umformwerkzeug mittels eines unter hohen Druck setzbaren Fluids, wobei eine Öffnung des Hohlprofiles während des Innenhochdruckumformens mittels eines elastischen Dichtkörpers verschlossen wird.

Das Innenhochdruckumformen ist ein mittlerweile hinlänglich bekanntes und auch vielfach angewendetes Verfahren zur maßgenauen Formgebung von Hohlkörpern. Häufig wird es auch zum Kalibrieren eingesetzt. Die in der Regel endseitigen Hohlprofilöffnungen werden während des Umformprozesses mittels geeigneter Einsätze und zugehöriger elastischer Dichtkörper zuverlässig verschlossen, um ein Austreten des unter hohem Druck stehenden Fluids zu verhindern. Die elastischen Dichtkörper können dabei unterschiedlich geformt sein (vgl. DE 43 09 680 A1 , DE 195 32 860 A1 und DE 196 53 646 A1 ). Durch die 199 09 927 A1 ist es auch bereits bekannt, den Dichtkörper relativ großvolumig auszuführen.

Es ist weiter bekannt, im Zuge des Umformprozesses unter Ausnutzung des unter hohem Druck stehenden Fluids in der Profilwandung Durchbrechungen, Bohrungen usw. einzubringen. Eine Verfahrensweise zum teilweisen oder vollständigen Durchtrennen eines nach dem Innenhochdruckumformverfahren geformten länglichen Hohlkörpers quer zu seiner Längserstreckung unter Zuhilfenahme von mindestens einer umlaufenden Schneidkante und unter weiterer Zuhilfenahme des Mediumdruckes ist durch die DE 197 24 037 A1 bekannt geworden. Dort wird durch eine kombinierte Anwendung eines mechanischen Schneidens entlang einer ersten Schneidkante und eines Innenhochdruck-Schneidens entlang einer zweiten Schneidkante erreicht, dass auch längliche Hohlkörper mit einem seitlichen, flanschartigen Fortsatz durchtrennt werden können. Die DE 195 30 056 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines T-förmigen bzw. mit mindestens einer domartigen Abzweigung versehenen Hohlkörpers, wobei die Domkappe unter Zuhilfenahme eines erhöhten Mediumdruckes ausgestanzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Umform- und Beschnittprozess beim Innenhochdruckumformverfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 weiter zu optimieren.

Dies gelingt erfindungsgemäß indem der elastische Dichtkörper das Hohlprofil auf eine im Umformwerkzeug ausgebildete Schneidkante drückt, so dass das Hohlprofil im Bereich der Schneidkante durchtrennt wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht. Hierbei wird das Innenhochdruckumformen und das Beschneiden unmittelbar aufeinanderfolgend durchgeführt. Hierfür können für das Umformen und das Beschneiden unterschiedliche Fluiddrücke verwendet werden. Besonders günstig ist es, wenn ein Dichtkörper aus Polyurethan verwendet wird. Außerdem erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Fluiddruck zum Beschneiden eines Hohlprofils mit einer Blechdicke s aufgrund der Beziehung eingestellt wird: p = 0,6·Rm·sa oder p = 0,8·Rm·sa mit
R_m = Zugfestigkeit des Hohlprofilstoffes
a = Nutlänge
wobei der Faktor 0,6 bei einem Hohlprofil (2) aus Aluminium und der Faktor 0,8 bei einem Hohlprofil (2) aus Stahl einzusetzen ist.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.
1 zeigt einen endseitigen Abschnitt eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Umformwerkzeuges.
2 zeigt ein p – ^s/_a – Diagramm.
Auf das Innenhochdruckumformverfahren als solches und den grundsätzlichen Aufbau eines hierfür verwendeten Werkzeuges braucht an dieser Stelle nicht näher eingegangen zu werden, da dies, wie eingangs erwähnt, dem Fachmann hinlänglich bekannt ist. Die nachfolgenden Ausführungen heben nur die wesentlichen Besonderheiten verfahrens- bzw. vorrichtungsgemäßer Art hervor, die für die Realisierung der Erfindung von Bedeutung sind.
So wird gemäß 1 ein von einem Werkzeug 1 umgebenes Hohlprofil 2 bzw. dessen Hohlraum 3 von einem Fluid beaufschlagt, wobei ein einstellbarer/steuerbarer Innendruck – p – dafür sorgt, dass sich das Hohlprofil aufweitet und an die Innenwand des Werkzeuges 1 anlegt. Zum Abdichten einer stirnseitigen Öffnung des Hohlprofiles 2 ist ein relativ großvolumiger elastischer Dichtkörper 4, z. B. aus Polyurethan, nämlich Vulkollan^® der Firma Bayer, vorgesehen, der sich an die Innenwand des Hohlprofiles 2 anlegt und von dort ausgehend, konzentrisch nach innen gerichtet mit einer Schräge 5 ausgestattet ist. Dieser ist eine Keilfläche 6 einer Prallplatte 7 gegenüber gestellt. Letztere weist eine zentrische Bohrung 8 auf, durch die eine Zugstange 9 hindurchragt, auf deren endseitigem Gewindeabschnitt 10 eine die Prallplatte 7 beaufschlagende Mutter 11 aufgeschraubt ist.
Während der elastische Dichtkörper 4 an einem stirnseitig eine Werkzeugöffnung verschließenden Gehäuseblock 12 anliegt, ragt die Zugstange 9 durch eine zentrische Gehäusebohrung 13 hindurch und bildet beispielsweise die Kolbenstange einer angeschlossenen, hier nicht gezeigten Kolben-Zylindereinheit (vgl. z. B. 2 der DE 199 09 927 A1 , so dass je nach deren Beaufschlagung über die Keilfläche 6 der Prallplatte 7 eine, neben der Fluid-Druckkraft, zusätzliche Axial- und Radialkraft auf den elastischen Dichtkörper 4 ausgeübt werden kann. Dadurch kann beispielsweise die Dichtwirkung erhöht werden.
Entlang der Längserstreckung des elastischen Dichtkörpers 4 ist das Werkzeug 1 mit einer umlaufenden Nut 14 mit Schneidkante 15 versehen. Diese dient dem Zweck, das Hohlprofil 2 nach erfolgter Innenhochdruckumformung zusätzlich quer zu beschneiden.
Dabei wird folgendermaßen vorgegangen: zunächst erfolgt durch Beaufschlagen des Hohlraumes 3 mit dem unter Druck – p – gesetzten Fluid das Innenhochdruckumformen des Hohlprofiles 2, um diesem seine endgültige Kontur zu geben. In einer zweiten Stufe wird der Fluiddruck so weit erhöht, dass die auf den elastischen Dichtkörper 4 ausgeübte Axial- und die sich daraus ergebende Radialkraft ausreicht, die Profilwandung an der Schneidkante 15 zu durchtrennen. Eine die Radialkraft erhöhende zusätzliche Beaufschlagung des elastischen Dichtkörpers 4 durch Beaufschlagen der Zugstange 9 kann sowohl in beiden Stufen (Umformen, Schneiden) als auch nur in einer der beiden Stufen erfolgen.
Ohne auf die Wirkung der Zugstange 9 bzw. der Prallplatte 7 zurückzugreifen ergibt sich für die Verfahrensdurchführung bei einem elastischen Dichtkörper 4 aus Vulkollan^® und einem Hohlprofil 2 aus Aluminium mit Blechdicke s ein erforderlicher Fluiddruck p für das Beschneiden entlang der Schneidkante 15 aufgrund folgender Zusammenhänge: Fs = ks·As = 0,6·Rm·b·s Fp = p·AF = p·b·a Fs = Fp 0,6·Rm·b·s = p·b·a ⇒ p = 0,6·Rm·sa (1) dabei sind:

F_s: = erforderliche Schneidkraft
k_s: = Scherfestigkeit des Hohlprofilwerkstoffes
A_s: = Scherfläche
R_m: = Zugfestigkeit des Hohlprofilwerkstoffes
b: = Schnittbreite (entspricht etwa dem Hohlprofilumfang)
s: = Blechdicke
F_p: = Schnittkraft
p: = Fluiddruck
A_F: = Druckfläche

Die Schneidkantentiefe bzw. Nuttiefe h und die Nutlänge a (vgl. 1) beeinflussen entscheidend das Schnittergebnis.
Aus der Erfahrung wählt man für die Schneidkantentiefe bzw. Nuttiefe h ca. die doppelte Blechdicke (= 2s).
Für die Nutlänge a kann als Richtwert die dreifach Blechdicke (= 3s) verwendet werden.
Nach dem Berechnungsansatz liegt der erforderliche Fluiddruck für Aluminium-Werkstoffe mit Werten für die Zugfestigkeit von 150 – 250 Mpa bei s / a zwischen 0,3 und 0,4 im Bereich von 250–600 bar (vgl. 2).
Besteht das Hohlprofil 2 aus Stahl, so ist in Formel (1) der Faktor 0,6 durch 0,8 zu erstetzen.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, im Wirkbereich des elastischen Dichtkörpers 4 nicht nur Querbeschnitte durchzuführen, um dem Hohlprofil 2 eine gewünschte Länge zu verleihen, sondern auch anderweitig verlaufende Schnitte oder Durchbrüche.

Claims

Verfahren zum Innenhochdruckumformen und Beschneiden eines Hohlprofils (2) in einem Umformwerkzeug (1) mittels eines unter hohen Druck (p) setzbaren Fluids, wobei eine Öffnung des Hohlprofils (2) während des Innenhochdruckumformens mittels eines elastischen Dichtkörpers (4) verschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Dichtkörper (4) das Hohlprofil (2) auf eine im Umformwerkzeug (1) ausgebildete Schneidkante (15) drückt, so dass das Hohlprofil (2) im Bereich der Schneidkante (15) durchtrennt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenhochdruckumformen und das Beschneiden unmittelbar aufeinander folgend durchgeführt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenhochdruckumformen und das Beschneiden bei unterschiedlichen Fluiddrücken (p) durchgeführt wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtkörper (4) aus Polyurethan verwendet wird.
Verfahren nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluiddruck p zum Beschneiden eines Hohlprofils (2) mit einer Bleckdicke s aufgrund folgender Beziehung eingestellt wird: p = 0,6·Rm·sa oder p = 0,8·Rm·sa mit R_m = Zugfestigkeit des Hohlprofilwerkstoffes a = Nutlänge wobei der Faktor 0,6 bei einem Hohlprofil (2) aus Aluminium und der Faktor 0,8 bei einem Hohlprofil (2) aus Stahl einzusetzen ist.