DE10118032A1

DE10118032A1 - Abstrecken von zylindrischen Hohlkörpern (Rohrziehen)

Info

Publication number: DE10118032A1
Application number: DE10118032A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Brochheuser; Horst Statezni
Original assignee: GKN Automotive GmbH
Current assignee: GKN Driveline International GmbH
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: US6837091B2; JP3893297B2; US20020170331A1; KR100495597B1; JP2002346626A; KR20020080253A; DE10118032B4; DE20122516U1

Abstract

Verfahren zum Abstrecken eines Rohres 10 mittels eines Ziehrings 13, wobei beim Abstrecken des Rohres 10 Zugkräfte auf einen bereits durch den wirksamen Ziehringquerschnitt hindurchgetretenen Abstreckungsabschnitt 20 des Rohres und Druckkräfte auf einen noch nicht durch den wirksamen Ziehringquerschnitt hindurchgetretenen Rohlingsabschnitt 11 des Rohres ausgeübt werden, wobei die Zugkräfte von einem im Rohr einliegenden Dorn 16 ausgeübt werden, der form- oder kraftschlüssig mit einem vorderen Rohrende verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abstrecken eines Roh res mittels eines Ziehringes sowie eine Vorrichtung zum Ab strecken eines Rohres. Abstreckverfahren der genannten Art kommen dann zur Anwendung, wenn einstückige (nicht zusammenge setzte) Rohrkörper mit in Längsrichtung unterschiedlichen Wandstärken benötigt werden. Ein solches Anwendungsgebiet stellen beispielsweise sogenannte Monoblockzwischenwellen dar, die einen längeren Mittelabschnitt von geringerer Wandstärke und zwei Endabschnitte von größerer Wandstärke und gleichzei tig geringerem Außendurchmesser aufweisen. Zur Herstellung solcher Wellen ist es üblich, ausgehend von einem geradzylin drischen Rohling, d. h. einem einfachen Rohrabschnitt, zunächst ein vorderes Rohrende zu reduzieren, um das erste Wellenende auszubilden, danach einen wesentlichen Teil der Länge des Roh res über einem Dorn abzustrecken, um den Mittelabschnitt ge ringerer Wandstärke zu erzeugen, und danach das hintere nicht abgestreckte Rohrende ebenfalls zu reduzieren, um das zweite Wellenende auszubilden (DE 35 06 220 A1).

Der Verfahrensschritt des Abstreckens erfolgt in der Weise, daß ein Dorn vom hinten liegenden Ende in das Rohr eingescho ben wird, der den Rohrkörper innen abstützt und sich mit sei nem vorderen Ende innen am reduzierten Endabschnitt anlegt.

Der Dorn wird mit dem aufsitzenden Rohrkörper dann durch einen Ziehring durchgeschoben, wobei sich bei abgestütztem Innen durchmesser des Rohrkörpers der Außendurchmesser unter gleich zeitiger Längung des Rohres beim Durchtritt durch den wirksa men Querschnitt des Ziehringes reduziert. Der reduzierte Rohr abschnitt wird hierbei vom Beginn des Verfahrens an auf Zug belastet. Diese Zugkräfte sind umso größer, je höher der Um formgrad wird, d. h. je größer die Durchmesseränderung zum ei nen und je größer die Vorschubgeschwindigkeit zum anderen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Effektivität des vorgenannten Verfahrens zu steigern, sei es um längere Werk zeugstandzeiten zu erreichen, oder um kürzere Zykluszeiten bei der Umformung zu erzielen. Die Lösung besteht darin, daß beim Abstrecken des Rohres Zugkräfte auf einen bereits durch den wirksamen Ziehringquerschnitt hindurchgetretenen Abstreckungs abschnitt des Rohres und Druckkräfte auf einen noch nicht durch den wirksamen Ziehringquerschnitt hindurchgetretenen Rohlingsabschnitt des Rohres ausgeübt werden, wobei die Zug kräfte von einem im Rohr einliegenden Dorn ausgeübt werden, der form- oder kraftschlüssig mit einem vorderen Rohrende ver bunden ist.

Mit dieser Maßnahme werden die an der Einschnürung des Zieh rings auf das Rohr wirksamen Kräfte reduziert, da Zugkräfte und Druckkräfte auf beiden Seiten der Einschnürung gleichzei tig wirksam sind. Ein Abreißen des abgestreckten Rohres durch die vom Dorn ausgeübten Zugkräfte ist somit bei gegebener Um formrate ausgeschlossen. Vielmehr ist eine erhebliche Steige rung der Umformrate möglich, bevor kritische Zugkräfte er reicht werden. Die maximale Zugkraft ist auf einen Wert zu begrenzen, der unter Einhaltung entsprechender Sicherheit unter halb der Abreißkraft des Abstreckungsabschnittes liegt.

Zur Verbindung des Dorns mit dem vorderen Rohrende können spe zielle Einspannvorrichtungen für das Rohrende vorgesehen wer den oder es kann ein Zuganker am Rohrende vorübergehend ange schweißt werden.

Zur Ausübung der Druckkräfte auf das hintere Rohrende wird vorzugsweise eine Hülse verwendet, die im Querschnitt dem Rohrquerschnitt entspricht und die koaxial an dieses angesetzt wird.

Die Vorschubgeschwindigkeit des vorderen Rohrendes ist bei weggesteuerter Vorrichtung größer einzustellen als die Vor schubgeschwindigkeit des hinteren Rohrendes, wobei insbesonde re ein konstantes Geschwindigkeitsverhältnis einzuhalten ist. Das entsprechende Geschwindigkeitsverhältnis ergibt sich durch entsprechende Regelung der Vorschubzylinder für den Dorn und die Hülse.

In weiterhin bevorzugter Verfahrensdurchführung, insbesondere zum Zweck der Herstellung von Zwischenwellen der genannten Art, wird ein vorderer Abschnitt des Rohres vor dem Abstrecken reduziert, wobei diese vordere Abschnitt bereits kraftfrei durch den Ziehring durchgesteckt werden kann.

Hiermit ist es möglich, daß das vordere Ende des Dorns sich innen gegen den reduzierten vorderen Abschnitt des Rohres an legt, ohne daß weitere Hilfsmittel zur Krafteinleitung in das vordere Ende notwendig werden.

In weiterer Ausbildung des Verfahrens, wiederum im Zusammen hang mit der Herstellung von Zwischenwellen, wird ein hinterer Abschnitt des Rohres zunächst unabgestreckt belassen, indem er nicht durch den Ziehring geführt wird, der nach dem Zurückzie hen des Rohres aus dem Ziehring und dem Entfernen des Dornes reduziert wird. Vorderer Abschnitt und hinterer Abschnitt kön nen ihrerseits durch Ziehverfahren mit anderen Werkzeugen ge ringeren Querschnitts reduziert werden. Nach einer anderen Möglichkeit ist das Rundhämmern/Rundkneten zum Reduzieren vor zuschlagen.

Bei diesem Reduzieren können die Endabschnitte unmittelbar mit Wellenverzahnungen versehen werden, indem Ziehwerkzeuge oder Rundhämmer- oder Rundknetwerkzeuge mit entsprechenden Profilen zum Einsatz gebracht werden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Abstrecken eines Rohres umfaßt neben dem Ziehring einen Dorn, dessen Außendurchmesser etwa dem Innendurchmesser des Rohres entspricht, und einen Ziehring, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Außen durchmesser des Rohres und größer als der Außendurchmesser des Dorns, sowie eine Hülse, die koaxial auf dem Dorn geführt ist, wobei der Dorn mit größerer Geschwindigkeit vorschiebbar ist als die Hülse. Die Hülse kann mit einem ersten Vorschubzylin der verbunden sein und der Dorn mit einem zweiten Vorschubzy linder, der im ersten Vorschubzylinder geführt ist. Die Wir kungsweise dieser Vorrichtung ist bereits zuvor beschrieben worden.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in verschie denen Phasen sowie eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchfüh rung des Verfahrens werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt den Rohling mit bereits reduziertem ersten Rohr ende zu Beginn des Abstreckens;

Fig. 2 zeigt das Rohr nach Fig. 1 in einer Zwischenphase des Abstreckens;

Fig. 3 zeigt das Rohr nach Fig. 3 nach Beendigung des Ab streckens;

Fig. 4 zeigt das Rohr nach Fig. 3 nach dem abschließenden Reduzieren des zweiten Rohrendes;

Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Unterwerk zeug (Ziehring) und Oberwerkzeug (Dorn/Hülse) bei ein gesetztem Rohling.

In Fig. 1 ist ein Rohr 10 mit einem Rohlingabschnitt 11 und einem vorderen reduzierten Endabschnitt 12 gezeigt, der in ei nen Ziehring 13 eingeführt ist, der eine Einziehung 14 auf weist. Gegen diese Einziehung 14 stößt eine konische Außen schulter 15 des Rohres 10 am Übergang vom Rohlingabschnitt 11 zum reduzierten Endabschnitt 12 an. In das Rohr 10 ist ein Dorn 16 eingeschoben, dessen konische Spitze 17 an der koni schen Innenschulter 18 des Rohres 10 am Übergang vom Rohling abschnitt 11 zum reduzierten vorderen Endabschnitt 12 anliegt.

Auf den Dorn 16 ist eine Hülse 19 von gleichem Querschnitt wie das Rohr 10 aufgeschoben, die sich mit ihrer Stirnfläche 20 gegen das hintere Rohrende 21 anlegt. Auf die Hülse 19 wird eine erste Kraft F₁₉ ausgeübt, auf den Dorn 16 eine in gleicher Richtung wirkende Kraft F₁₆, die beide in Richtung auf den Ziehring 13 wirken. Die Kraft F₁₉ wirkt hiermit als Druckkraft auf den Rohlingabschnitt 11, die Kraft F₁₆ als Druckkraft auf den Übergang vom Rohlingabschnitt 11 zum reduzierten Endab schnitt 12, denen eine vom Ziehring 13 ausgeübte Gegenkraft an der Einziehung 15 entgegenwirkt.

In Fig. 2 ist das Rohr 10 mit dem einliegenden Dorn 16 be reits teilweise an der Einziehung 14 vorbei durch den Ziehring 13 vorgeschoben, wobei sich ein Abstreckungsabschnitt 22 am Rohr 10 ausgebildet hat. Während die Kraft F₁₉ auf die Hülse 19 weiterhin als Druckkraft auf den unreduzierten Rohling abschnitt 11 einwirkt, der eine vom Ziehring 13 an der Ein schnürung 14 ausgeübte Gegenkraft entgegensteht, wirkt die Kraft F₁₆ über die Dornspitze 17 und die konische Innenschulter 18 als Zugkraft auf den bereits reduzierten Abstreckungsab schnitt 20 des Rohres 10 ein. Wie sich aus der geänderten Re lativstellung von Dorn 16 und Hülse 19 erkennen läßt, hat das vordere Rohrende eine höhere Vorschubgeschwindigkeit als der unreduzierte Rohlingabschnitt 11.

In Fig. 3 ist der Abstreckungsabschnitt 22' des Rohres 10 auf die gewünschte Länge gebracht, wobei nur ein kurzer unredu zierter Rohlingabschnitt 11' erhalten ist, dessen axiale Länge etwa der Länge des vorab reduzierten ersten Rohrabschnitts 12 entspricht. Der Dorn ist bereits aus dem Rohr 10 zurückgezogen und der reduzierte Abstreckungsabschnitt 22' aus dem Ziehring rückwärts ausgestoßen.

In Fig. 4 ist dargestellt, daß der zuvor unreduzierte Roh lingabschnitt zu einem zweiten reduzierten Endabschnitt 23 von gleicher Ausformung wie der erste Endabschnitt 12 umgeformt worden ist, während der reduzierte Abstreckungsabschnitt 22' in seiner zuvorigen Länge erhalten ist. Als fertiges Produkt ergibt sich eine Zwischenwelle, wobei bei Verwendung entspre chender Reduzierwerkzeuge bereits Wellenverzahnungen an den Endabschnitten 12 und 23 ausgebildet sein können. Das Reduzie ren der Endabschnitte kann an beiden Rohrenden durch Ziehen erfolgen. Im Hinblick auf den reduzierten Abstreckungsab schnitt 22 von geringer Knickfestigkeit ist jedoch zumindest zum Herstellen des zweiten Endabschnittes 23 ein radiales Rundhämmern günstiger.

In Fig. 5 ist eine Vorrichtung mit Unterstempel 31 und Ober stempel 32 gezeigt, die beide von einem nicht dargestellten Maschinengestell aufgenommen sind. Auf dem Unterstempel 31 ist ein Matrizenhalter 33 und eine darauf aufgeschraubte Werk stückführung 34 befestigt. Zwischen Matrizenhalter 33 und Werkstückführung 34 liegt der Ziehring 13. Ein Rohr 10 mit re duziertem Endabschnitt von ähnlicher Konfiguration wie das der Fig. 1 ist in die Werkstückführung 34 und den Ziehring 13 eingelegt. Am Oberstempel 32, der als hydraulischer Zylinder ausgebildet sein kann, ist über eine Werkzeughalterung 35 die Hülse 19 angeschraubt. Im Oberstempel 32 ist ein Zylinder 36 geführt, an dem der Dorn 16 befestigt ist, der durch die Hülse 19 hindurchgreift. Die Anordnung der Werkzeuge 32 und 36 ent spricht einer Zylinder-in-Zylinder-Anordnung. Der Oberstempel 32 ist mit seinen Werkzeugen Dorn 16 und Hülse 19 auf den Un terstempel 31 absenkbar, der Dorn 16 ist mit erhöhter Vor schubgeschwindigkeit gegenüber der Hülse 19 in das Rohr vor treibbar.

Bezugszeichenliste

10

Rohr

11

Rohlingabschnitt

12

reduzierter Abschnitt (vorderer)

13

Ziehring

14

Einschnürung

15

Außenkonusschulter

16

Dorn

17

Spitze (

16

)

18

Innenkonusschulter

19

Hülse

20

Stirnfläche (

19

)

21

Rohrende (hinteres)

22

Abstreckteil

23

reduzierter Abschnitt (hinterer)

31

Unterstempel

32

Oberstempel

33

Matrizenhalter

34

Werkstückführung

35

Werkzeughalter

Claims

1. Verfahren zum Abstrecken eines Rohres (10) mittels eines Ziehrings (13), dadurch gekennzeichnet, daß beim Abstrecken des Rohres (10) Zugkräfte auf einen bereits durch den wirksamen Ziehringquerschnitt hindurch getretenen Abstreckungsabschnitt (20) des Rohres und Druckkräfte auf einen noch nicht durch den wirksamen Zieh ringquerschnitt hindurchgetretenen Rohlingsabschnitt (11) des Rohres ausgeübt werden, wobei die Zugkräfte von einem im Rohr einliegenden Dorn (16) ausgeübt werden, der form- oder kraftschlüssig mit einem vorderen Rohrende verbunden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkräfte von einer auf das hintere Rohrende (21) angesetzten Hülse (19) ausgeübt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubgeschwindigkeit des vorderen Abschnitts (12) des Rohres (10) größer ist als die Vorschubgeschwin digkeit des hinteren Abschnitts (21) des Rohres (10).

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorderer Abschnitt (12) des Rohres (10) vor dem Abstrecken des Rohres reduziert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende (17) des Dorns (16) sich innen gegen einen reduzierten vorderen Abschnitt (12) des Rohres (10) anlegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein hinterer Abschnitt (21) des Rohres (10) unabge streckt bleibt, indem er nicht durch den Ziehring (13) ge führt wird, und daß der hintere Abschnitt (21) nach dem Entfernen des Dornes (16) reduziert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Abschnitt (12) und/oder der hintere Ab schnitt (23) durch Ziehen reduziert werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Abschnitt (12) und/oder der hintere Ab schnitt (23) durch Rundhämmern reduziert werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Abschnitt (12) und/oder der hintere Ab schnitt (23) beim Reduzieren mit einer Profilverzahnung versehen werden.

10. Vorrichtung zum Abstrecken eines Rohres (10) mittels eines Ziehrings (13), umfassend einen Dorn (16), dessen Außendurchmesser etwa dem Innen durchmesser des Rohres (10) entspricht, und einen Ziehring (13), dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Außen durchmesser des Rohres (10) und größer als der Außendurch messer des Dorns (16), sowie eine Hülse (19), die koaxial auf dem Dorn (16) geführt ist, wobei der Dorn mit größerer Geschwindigkeit vorschiebbar ist als die Hülse (19).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (19) mit einem ersten Vorschubzylinder (32) verbunden ist und der Dorn (16) mit einem zweiten Vor schubzylinder (36) verbunden ist, der im ersten Vorschub zylinder (32) geführt ist.