DE10044880A1 - Method for manufacturing specially shaped hollow metal bodies involves reforming workpiece using several radially acting kneading tools to produce intermediate body which is then plastically reformed through internal pressure - Google Patents
Method for manufacturing specially shaped hollow metal bodies involves reforming workpiece using several radially acting kneading tools to produce intermediate body which is then plastically reformed through internal pressureInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von speziell geformten Hohlkörpern aus Metall, die ihrerseits beispielsweise in der Fahrzeugindustrie als rohrförmige Hohlkörper, in Form von Antriebsgelenkwellen, Lenkstangenrohren uvm. Verwendung finden können.The invention relates to a method for producing specially shaped hollow bodies made of metal, which in turn, for example in the automotive industry as a tubular Hollow body, in the form of drive cardan shafts, handlebar tubes and much more. use can find.
Aus der Praxis ist es bekannt, speziell konditionierte Rohre, d. h., Rohre mit über die Länge derselben unterschiedlichen Wandstärken und/oder Durchmessern sowie Außenkonturen für spezielle Anwendungsfälle einzusetzen. Durch diese Maßnahmen kann zum einen der Materialeinsatz an einen gegebenenfalls örtlich begrenzten Belastungsfall genauer angepaßt werden, und/oder es wird die Möglichkeit eröffnet, Material und demzufolge Gewicht einzusparen.In practice it is known to use specially conditioned pipes, i.e. that is, pipes with over the Length of the same different wall thicknesses and / or diameters as well Use outer contours for special applications. Through these measures On the one hand, the use of materials can be limited to a local area Load case can be adjusted more precisely and / or the possibility is opened Save material and consequently weight.
Hierfür haben sich als Ausgangswerkstücke sogenannte "Tailored Tubes" durchgesetzt, welches Rohre sind, die aus einzelnen Blechabschnitten mit unterschiedlichen Blechdicken zusammengeschweißt werden.So-called tailored tubes have established themselves as starting workpieces, which are pipes that consist of individual sheet metal sections with different Sheet thicknesses are welded together.
Diese Rohre werden nach Bedarf nachfolgend mittels des Umformverfahrens "Innen- Hochdruck-Umformen" in ihre endgültige Form gebracht, wobei beispielsweise ein Fluid in das Rohr eingebracht und unter einem derart hohen Druck gesetzt wird, dass sich eine plastische Verformung des Rohres ergibt.These tubes are subsequently made using the "internal High pressure forming "brought into its final form, for example a fluid introduced into the tube and placed under such a high pressure that there is a plastic deformation of the tube.
Als nachteilig wird an vorstehendem Verfahren jedoch der erhebliche Aufwand zur Herstellung solcher "Tailored Tubes" angesehen.A disadvantage of the above method, however, is the considerable effort involved Production of such tailored tubes viewed.
Fernerhin stellen die vorhandenen Schweißnähte regelmäßig Schwachstellen dar, die insbesondere bei der Umformung der Rohre sich negativ auf die Qualität des Endprodukts auswirken können. Furthermore, the existing weld seams regularly represent weak points that especially when reshaping the pipes negatively affect the quality of the End product.
Hier setzt die nachfolgend beschriebene Erfindung an.This is where the invention described below comes into play.
Aufgabe der Erfindung ist es, in Verbesserung des Standes der Technik und unter Vermeidung der Verwendung von sogenannten "Tailored Tubes" ein vereinfachtes und kostengünstigeres Verfahren zur Herstellung von speziell geformten Hohlkörpern aus Metall anzugeben.The object of the invention is to improve the state of the art and under Avoiding the use of so-called "tailored tubes" a simplified and less expensive process for the production of specially shaped hollow bodies Specify metal.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff des
Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass:
According to the invention, the object is achieved in connection with the features in the preamble of claim 1 in that:
- a) ein mit einer Bohrung versehenes Werkstück nach dem an sich bekannten Umformverfahren des "Rundknetens" mittels eines speziell geformten Werkzeugs in Form einer bestimmten Anzahl radial auf das Werkstück wirkender Knetwerkzeuge und gegebenenfalls eines in die Bohrung des Werkstücks eingreifenden Dorns zu einem Zwischenprodukt in Form eines rohrförmigen, gegebenenfalls unsymmetrischen Hohlkörpers gestaltet wird und nachfolgenda) a workpiece provided with a bore according to the known Forming process of "round kneading" using a specially shaped tool in shape a certain number of kneading tools acting radially on the workpiece and optionally a mandrel engaging in the bore of the workpiece into one Intermediate in the form of a tubular, possibly asymmetrical Hollow body is designed and subsequent
- b) dieses Zwischenprodukt in Form des Hohlkörpers nach dem an sich bekannten Umformverfahren des "Innen-Hochdruck-Umformens" zu einem vorläufigen Endprodukt plastisch umgeformt wird, derart, dass der Hohlkörper unter einen so hohen Innendruck gesetzt wird, dass sich eine plastische Verformung des Hohlkörpers im gewünschten Ausmaß und gegebenenfalls in begrenzten Abschnitten und/oder Bereichen der Wandung des Hohlkörpers ergibt.b) this intermediate in the form of the hollow body according to the known Forming process of "internal high pressure forming" to a preliminary End product is plastically formed, such that the hollow body under one so high internal pressure is set, that a plastic deformation of the Hollow body to the desired extent and, if necessary, in limited sections and / or areas of the wall of the hollow body.
Es wurde nämlich gefunden, dass das an sich bekannte, jedoch für diesen konkreten Anwendungsfall bisher unbekannt gebliebene Umformverfahren des "Rundknetens" prädestiniert ist, qualitätsgerechte Zwischenprodukte zur Herstellung von speziell geformten Hohlkörpern bereitzustellen.It was found that the known, but for this concrete Use case of previously unknown forming processes of "round kneading" is predestined, high quality intermediate products for the production of special to provide shaped hollow bodies.
Als wesentlicher Vorteil wird angesehen, dass diese Zwischenprodukte im Gegensatz zu den sogenannten "Tailored Tubes" über einen ungestörten Faserverlauf verfügen und sich somit für das nachfolgend erforderliche Umformen als geeigneter darstellen, da negative Qualitätserscheinungen, wie Risse in der Wandung, schlechte Maßhaltigkeit oder schlechte Oberflächenqualität, welche bei der Verwendung von geschweißten Rohren, wie "Tailored Tubes" auftreten, kaum zu verzeichnen sind. A major advantage is considered that these intermediates as opposed to the so-called "tailored tubes" have an undisturbed fiber orientation and are therefore more suitable for the subsequent forming, since negative quality phenomena, such as cracks in the wall, poor dimensional accuracy or poor surface quality, which occurs when using welded Pipes, such as "tailored tubes", can hardly be recorded.
In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Werkstück derart nach dem Umformverfahren des "Rundknetens" umgeformt wird, dass ein Hohlkörper gebildet wird, der gegebenenfalls Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern und/oder Abschnitte und/oder Bereiche der Wandung mit unterschiedlichen Wandungsstärken aufweist.In an embodiment of the invention, it is proposed that the workpiece follow in this way the forming process of "round kneading" is formed to form a hollow body the sections with different diameters and / or Sections and / or areas of the wall with different wall thicknesses having.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Umformverfahren des "Innen-Hochdruck-Umformens" unter Verwendung eines die Negativform des gewünschten Endprodukts aufweisenden Gesenks erfolgt, wobei während dieses Umformverfahrens sich die Wandung des Hohlkörpers an die Innenkontur des Gesenks anschmiegt.In a further embodiment of the invention it is provided that the Forming process of "internal high pressure forming" using a die Negative form of the die having the desired end product takes place, wherein during this forming process, the wall of the hollow body adjoins the The contour of the die hugs.
Fernerhin wird vorgeschlagen, die einzelnen Verfahrensschritte "Rundkneten" und "Innen-Hochdruck-Umformen" getrennt voneinander oder in einer Fertigungsstraße mit kurzem Materialfluß kontinuierlich nacheinander durchzuführen.It is also proposed that the individual process steps "rotary kneading" and "Internal high-pressure forming" separately from one another or in a production line short material flow continuously in succession.
Das vorgeschlagene Verfahren hat im Hinblick auf bekannte Verfahren zur Herstellung von speziell geformten Hohlkörpern aus Metall den Vorteil, dass in weiten Grenzen beliebig geformte Hohlkörper gefertigt werden können, wobei alle Vorzüge der Kaltverformung Berücksichtigung finden. Aufgrund der Tatsache, dass konventionelle Zerspanungen nicht zur Anwendungen kommen müssen, ist ein ungestörter und demgemäß vorteilhafter Faserverlauf im Material zu verzeichnen. Des Weiteren ist eine gezielte Wandstärken-Umverteilung realisierbar, die ferner mit einer hohen Oberflächenqualität einhergeht.The proposed method has regard to known methods of manufacture of specially shaped hollow bodies made of metal have the advantage that within wide limits arbitrarily shaped hollow body can be made, with all the advantages of Cold forming should be taken into account. Due to the fact that conventional Machining does not have to be used is an undisturbed and accordingly advantageous fiber course in the material. Furthermore, one targeted redistribution of wall thickness can be realized, which also with a high Surface quality goes hand in hand.
Weiterhin werden Ersparnisse an Arbeitszeit und Material zur Herstellung solcher Hohlkörper gesehen.Furthermore, savings in working time and material for the production of such Seen hollow body.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawings and is in following described in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 die schematische Ansicht einer Vorrichtung zum "Rundkneten" in einer Schnittdarstellung, Fig. 1 is a schematic view of a device for "swaging" in a sectional view,
Fig. 2 die Vorrichtung nach Fig. 1 in der Vorderansicht I, Fig. 2 shows the device of FIG. 1 in a front view I,
Fig. 3 die schematische Ansicht einer Vorrichtung zum "Innen-Hochdruck- Umformen". Fig. 3 is a schematic view of a device for "internal high-pressure forming".
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von speziell geformten Hohlkörpern aus Metall wird in einem ersten Verfahrensschritt gemäß den Fig. 1 und 2 die an sich bekannte Vorrichtung zum "Rundkneten" verwendet.To carry out the method according to the invention for the production of specially shaped hollow bodies made of metal, the known device for "round kneading" is used in a first method step according to FIGS. 1 and 2.
Diese Vorrichtung zum "Rundkneten" besteht im wesentlichen aus zwei oder mehreren, vorliegend vier, in schneller Folge radial auf ein mit einer Bohrung versehenes, demgemäß rohrförmiges Werkstück 1 einwirkenden Knetwerkzeugen 2, wobei die Knetwerkzeuge 2 das Werkstück 1 umlaufen und den zu bearbeitenden Werkstückumfang ganz oder teilweise umschließen.This device for "circular kneading" essentially consists of two or more, in the present case four, kneading tools 2 acting in rapid succession radially on a correspondingly tubular workpiece 1 provided with a bore, the kneading tools 2 rotating around the workpiece 1 and the workpiece circumference to be machined entirely or partially enclose.
Das Werkstück 1 kann sowohl nach dem sogenannten Einstechverfahren als auch nach dem Längsvorschubverfahren bearbeitet werden, wobei bei dem erstgenannten vorzugsweise örtliche Querschnittsverminderungen und bei dem zweitgenannten lange reduzierte Querschnitte erzeugt werden.The workpiece 1 can be machined both by the so-called plunge method and by the longitudinal feed method, with the first-mentioned preferably reducing local cross-sections and the second-mentioned long reduced cross-sections.
Fernerhin besteht die Möglichkeit, zur Unterstützung des Umformvorganges einen sogenannten besonders gestalteten Dom 3 in die Bohrung des rohrförmigen Werkstücks 1 einzuführen, um die gewünschte Formgebung mittels der Knetwerkzeuge 2 vorteilhaft zu unterstützen.Furthermore, there is the possibility of introducing a so-called specially designed dome 3 into the bore of the tubular workpiece 1 to support the shaping process, in order to advantageously support the desired shaping by means of the kneading tools 2 .
In Abhängigkeit von der aktuellen Gestaltung, der Drehgeschwindigkeit und der ausgeübten, radialen Druckkräfte der Knetwerkzeuge 2 sowie der Längsvorschubgeschwindigkeit des Werkstücks 1 kann ein Zwischenprodukt in Form eines rohrförmigen, gegebenenfalls unsymmetrischen Hohlkörpers 4 geschaffen werden, das seinerseits über einen ungestörten Faserverlauf 5 verfügt und gegebenenfalls Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern und/oder Abschnitte und/oder Bereiche der Wandung mit unterschiedlichen Wandungsstärken aufweist.Depending on the current design, the speed of rotation and the radial pressure forces exerted by the kneading tools 2 and the longitudinal feed speed of the workpiece 1 , an intermediate product in the form of a tubular, possibly asymmetrical hollow body 4 can be created, which in turn has an undisturbed fiber course 5 and, if necessary, sections with different diameters and / or sections and / or areas of the wall with different wall thicknesses.
In einem nachfolgenden, zweiten Verfahrensschritt wird das Zwischenprodukt in Form eines rohrförmigen, gegebenenfalls unsymmetrischen Hohlkörpers 4 gemäß Fig. 3 in ein sogenanntes Gesenk 6 eingebracht, dessen Innenwandung 7 die Negativform des zukünftigen Fertigproduktes aufweist.In a subsequent, second process step, the intermediate product in the form of a tubular, optionally asymmetrical hollow body 4 according to FIG. 3 is introduced into a so-called die 6 , the inner wall 7 of which has the negative shape of the future finished product.
In der vorliegenden Ausführungsform ist dieses Gesenk 6 als oben offener Behälter gestaltet, der seinerseits eine Preßplatte 8 aufweist die mit einer bestimmten Preßkraft "F", den vom Hohlkörper 4 umschlossenen Raum abdichtend, auf das Gesenk 6 aufgepreßt werden kann.In the present embodiment, this die 6 is designed as a container which is open at the top and which in turn has a press plate 8 which can be pressed onto the die 6 with a specific pressing force “F”, sealing the space enclosed by the hollow body 4 .
Anschließend erfolgt eine Verformung der Wandung des Hohlkörpers 4 derart, dass beispielsweise ein Fluid in denselben eingebracht und unter so hohen Druck gesetzt wird, dass sich eine plastische Verformung der Wandung des Hohlkörpers 4 ergibt. Die Wandung baucht sich aus und nimmt die gewölbte, durch die Innenwandung 7 des Gesenks 6 vorgegebene Form an, indem sie sich an diese anschmiegt. Im wesentlichen wird dabei das Volumen des Hohlkörpers 4 vergrößert, und es findet eine Streckung des Materials der Wandung des Hohlkörpers 4 statt.The wall of the hollow body 4 is then deformed in such a way that, for example, a fluid is introduced into it and placed under such high pressure that there is a plastic deformation of the wall of the hollow body 4 . The wall bulges out and assumes the arched shape predetermined by the inner wall 7 of the die 6 by nestling against it. Essentially, the volume of the hollow body 4 is increased and the material of the wall of the hollow body 4 is stretched.
Vorstehende Verfahrensschritte können getrennt voneinander oder in einer Fertigungsstraße mit kurzem Materialfluß kontinuierlich nacheinander durchgeführt werden.The above process steps can be carried out separately or in one Production line with a short material flow carried out continuously in succession become.
Claims (4)
- a) ein mit einer Bohrung versehenes Werkstück (1) nach dem an sich bekannten Umformverfahren des "Rundknetens" mittels eines speziell geformten Werkzeugs in Form einer bestimmten Anzahl radial auf das Werkstück (1) wirkender Knetwerkzeuge (2) und gegebenenfalls eines in die Bohrung des Werkstücks (1) eingreifenden Doms (3) zu einem Zwischenprodukt in Form eines rohrförmigen, gegebenenfalls unsymmetrischen Hohlkörpers (4) gestaltet wird und nachfolgend
- b) dieses Zwischenprodukt in Form des Hohlkörpers (4) nach dem an sich bekannten Umformverfahren des "Innen-Hochdruck-Umformens" zu einem Endprodukt plastisch umgeformt wird, derart, dass der Hohlkörper (4) unter einen so hohen Innendruck gesetzt wird, dass sich eine plastische Verformung des Hohlkörpers (4) im gewünschten Ausmaß und gegebenenfalls in begrenzten Abschnitten und/oder Bereichen der Wandung des Hohlkörpers (4) ergibt.
- a) a workpiece provided with a bore ( 1 ) according to the known forming process of "round kneading" by means of a specially shaped tool in the form of a certain number of kneading tools ( 2 ) acting radially on the workpiece ( 1 ) and optionally one in the bore of the Workpiece ( 1 ) engaging dome ( 3 ) to an intermediate product in the form of a tubular, optionally asymmetrical hollow body ( 4 ) and below
- b) this intermediate product in the form of the hollow body ( 4 ) is plastically formed into an end product in accordance with the known forming method of "internal high-pressure forming" such that the hollow body ( 4 ) is placed under such a high internal pressure that plastic deformation of the hollow body ( 4 ) to the desired extent and, if appropriate, in limited sections and / or areas of the wall of the hollow body ( 4 ).
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