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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum zumindest partiellen Umformen eines Werkstückes für ein anschließendes Innenhochdruckumformen
und ein innenhochdruckumgeformtes Werkstück.
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Beim
Innenhochdruckumformen wird ein im Wesentlichen rohrförmiges Werkstück in eine
Werkzeuggravur eines Umformwerkzeuges eingelegt. Nachdem das Werkzeug
geschlossen worden ist, wird das Werkstück durch einen Innendruck aufgeweitet,
so dass es die Form der Werkzeuggravur annimmt. Üblicherweise wird als Umformmedium
eine Öl-/Wasser-Emulsion
verwendet, die einen durch eine Kompressionseinrichtung erzeugten
Druck in das Innere des umzuformenden Werkstückes überträgt, wobei das Werkstück aufgeweitet
und gegen die Werkzeuggravur gedrückt wird.
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Die
Gravur des Innenhochdruckumform-Werkzeuges weist diesbezüglich einen
größtmöglichen
Formspeichergrad auf. Der Formspeichergrad definiert den Grad, durch
den die Geometrie eines herzustellenden Werkstückes durch die spezifische
Ausgestaltung des Werkzeuges festgelegt ist. Durch die geschlossene
Werkzeuggravur wird die Kontur des innenhochdruckumgeformten Werkstückes vollständig definiert.
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Bei
komplexen Formgebungen des innenhochdruckumgeformten Werkstückes, insbesondere bei
kleinen Radien (Radius annähernd
Blechdicke) und spitzen Winkeln, ist jedoch durch das alleinige
Innenhochdruckumformen eines rohrförmigen Werkstückes nicht
immer ein befriedigendes Umformergebnis erzielbar.
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Sofern
Gesenke und Gravuren für
das Vorformen notwendig werden, sind diese teilespezifisch anzufertigen,
wodurch keine Flexibilität
im Produktionsprozess erreicht werden kann. Werden Rohteile dagegen
frei gebogen bzw. geformt, ist die Reproduzierbarkeit gering, was
die im Produktionsprozess erreichbare Qualität verringert. Die vorliegende
Erfindung zielt darauf ab, beide Aspekte zu verbinden, d.h. hohe
Flexibilität
und hohe Qualität.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum zumindest partiellen Umformen eines Werkstückes für ein anschließendes Innenhochdruckumformen
anzugeben, durch die das Umformergebnis des Innenhochdruckumformens
verbessert wird bei gleichzeitiger Steigerung der Kosteneffizienz
der Umformung. Darüber
hinaus ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein derartiges
innenhochdruckumgeformtes Werkstück
zu schaffen.
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Hinsichtlich
eines Verfahrens wird die vorliegende Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zum zumindest partiellen Umformen eines Werkstückes für ein anschließendes Innenhochdruckumformen,
aufweisend einen durch zumindest ein Werkzeug erfolgten Umformvorgang,
durch den eine Ausgangsgeometrie des Werkstückes zumindest in einem Teilbereich
eines Werkstückquerschnittes
einer durch das Innenhochdruckumformen zu schaffenden Werkstückgeometrie
angenähert
wird, und das Werkstück
mit der derart angenäherten Werkstückgeometrie
anschließend
durch Innenhochdruckumformen umgeformt wird.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
ist es möglich,
Teilbereiche eines Werkstückquerschnittes
auch an komplizierte Werkzeuggravuren anzunähern, so dass auch aufwendige
Werkstückgeometrien
durch Innenhochdruckumformen formgenau und kosteneffizient abgebildet
werden können.
Insbesondere erhöht
die teilbereichsweise Annäherung
des Werkstückquerschnittes
an die durch das Innenhochdruckumformen zu schaffende Werkstückgeometrie auch
die Flexibilität
des vorformenden Verfahrens.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist es möglich,
dass der Werkstückquerschnitt durch
den Umformvorgang unsymmetrisch zu einer Werkstückachse geändert wird. Hierdurch ergeben sich
weitere gestalterische Freiheiten für den Folgeschritt des Innenhochdruckumformens,
da nicht nur symmetrische, sondern auch unsymmetrische, rohrähnliche
Halbzeuge präzise
und kosteneffizient umgeformt werden können.
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Weiterhin
kann der Werkstückquerschnitt durch
den Umformvorgang in verschiedenen Radialebenen, die in Richtung
einer Werkstückachse
voneinander beabstandet sind, geändert
werden. Dadurch ist es beispielsweise möglich, Vorformen für innenhochdruckumgeformte
Nockenwellen zu erstellen, wobei die Nockenwelle nach dem Innenhochdruckumformvorgang
eine verbesserte Maßhaltigkeit aufweist.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist das Werkzeug zumindest eine Drückrolle mit zumindest einem
Oberflächenabschnitt
auf, und wird die Drückrolle
mit einer Kraft beaufschlagt, derart, dass der Oberflächenabschnitt
mit dem Werkstück
in Anlage gebracht wird, um das Werkstück in einem Umformschritt partiell
umzuformen.
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Vorzugsweise
weist der Oberflächenabschnitt
der Drückrolle
mehrere Bereiche unterschiedlicher Geometrie auf, von denen ein
bestimmter Bereich durch Schwenken der Drückrolle um eine Schenkachse
in Anlage mit dem Werkstück
gebracht wird. Hierdurch ist eine Anpassung des Werkzeuges an verschiedene
Querschnittsformen und Geometriebereiche eines Werkstückes während des
Bearbeitungsvorganges möglich.
Gleichzeitig verringern sich die Rüstzeiten des Werkzeuges, da
auch verschiedene vorzuformende Halbzeuge mit ein- und derselben
Drückrolle,
ggf. durch Verschwenken umgeformt werden können.
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Vorzugsweise
weist das Werkzeug mehrere Drückrollen
auf, die in radialer Richtung um das Werkstück ausgerichtet werden, um
den Werkstückquerschnitt
gleichzeitig zu ändern.
Dies hat eine Zeitersparnis zur Folge und ermöglicht eine zügige und prozesssichere
Umformung des Werkstückes.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsbeispiele des
erfindungsgemäßen Verfahrens
sind in den weiteren abhängigen
Ansprüchen
dargelegt.
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Hinsichtlich
einer Vorrichtung wird die vorgenannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch
eine Vorrichtung zum zumindest partiellen Umformen eines Werkstückes für ein anschließendes Innenhochdruckumformen,
insbesondere zur Durchführung
eines vorgenannten Verfahrens, mit einem Werkzeug, das einen geringeren
Formspeichergrad als ein Werkzeug zum anschließenden Innenhochdruckumformen
aufweist.
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Hierdurch
ist eine kosteneffiziente Vorformung unterschiedlicher Werkstückgeometrien
mit demselben Werkzeug möglich,
um das Umformergebnis des Innenhochdruckumformens zu verbessern.
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Vorzugsweise
weist das Werkzeug zumindest ein Umformelement auf, das durch eine
Steuereinrichtung steuerbar ist. Die Steuereinrichtung kann ein
austauschbares Steuerprogramm enthalten, durch das das Umformelement
steuerbar ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, die Querschnittsform
des umzuformenden Werkstückes durch
schnelle Änderung
des Steuerprogramms zu ändern,
anstatt durch eine aufwändige
mechanische Überarbeitung
einer Werkzeuggravur. Insbesondere im Hinblick auf den erforderlichen
Zeitaufwand erreicht man eine hohe Änderungsflexibilität.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist das Umformelement eine Drückrolle
mit zumindest einem Oberflächenabschnitt
auf, der in Anlage an das Werkstück
bringbar ist, und durch den das Werkstück partiell umformbar ist.
Vorzugsweise ist der Oberflächenabschnitt
der Drückrolle
konvex oder konkav geformt. Durch die Gestaltung des Oberflächenabschnittes
mittels vergleichsweise einfacher Formen können die Drückrollen einfach und kostengünstig hergestellt
werden. Auch ermöglicht
diese Formgestaltung einen flexiblen Einsatzbereich der Drückrolle
für unterschiedliche
Werkstückquerschnitte
und Geometrien.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist das Dornelement schwenkbar um eine weitere Achse gelagert. Hierdurch
lassen sich beispielsweise auch Flächenabschnitte definiert vorformen,
die beispielsweise nicht tangential zur Mantelfläche eines rohrförmigen,
vorzuformenden Werkstückes
liegen, sondern die Mantelfläche
schneiden.
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Weiterhin
kann die Drückrolle
in radialer Richtung auf das Werkstück hin bewegbar und vom Werkstück weg bewegbar
sein. Dadurch können auch
Werkstücke
mit unterschiedlichen Breiten oder Durchmessern mit demselben Werkzeug
umgeformt werden.
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Vorzugsweise
ist die Drückrolle
mittels einer Spannvorrichtung manuell oder programmgesteuert austauschbar.
Auch hierdurch werden die flexiblen Einsatzmöglichkeiten des Werkzeuges
erhöht,
wobei auch solche Werkstücke
umgeformt werden können, die
eine aufwändigere
Geometrie aufweisen, als die Geometrie, die durch eine einzige Drückrolle
darstellbar ist.
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Vorzugsweise
beinhaltet die Steuereinrichtung zumindest ein Sensorelemente und
einen Regelkreis. Die Regelung ermöglicht es, auf sich zufällig verändernde
Produktions bedingungen, beispielsweise Chargenschwankungen zu reagieren,
um die Qualität
der vorgeformten Halbzeuge auf einem stabilen Niveau zu halten und
um die Wiederholgenauigkeit zu erhöhen.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsbeispiele der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind in den weiteren abhängigen
Ansprüchen
dargelegt.
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Die
vorgenannte Aufgabe wird darüber
hinaus erfindungsgemäß gelöst durch
ein innenhochdruckumgeformtes Werkstück, insbesondere hergestellt
aus einem nach einem vorgenannten Verfahren hergestellten Halbzeug,
wobei das Halbzeug eine an das innenhochdruckumgeformte Werkstück zumindest
teilweise angenäherte
Form aufweist, und das innenhochdruckumgeformte Werkstück zumindest
in einem Bereich der angenäherten
Form eine im Wesentlichen gleichmäßige Wanddicke besitzt.
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Durch
die im Wesentlichen gleichmäßige Wanddicke
wird ein verbesserter Kraftfluss durch das innenhochdruckumgeformte
Werkstück
erreicht, und Spannungsspitzen, die in Bereichen reduzierter Wanddicke
auftreten und zu einem Versagen des Werkstückes führen können, werden vermieden.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen
in Verbindung mit den zugehörigen
Figuren näher
erläutert.
In diesen zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf ein Werkzeug mit drei Umformelementen,
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2 eine
Draufsicht auf ein Werkzeug mit zwei konvexen und einer konkaven
Drückrolle,
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3 eine
Draufsicht auf ein Werkzeug, wobei eine Drückrolle verschwenkt ist,
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4 eine
Draufsicht auf ein Werkzeug mit vier Umformelementen,
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5 eine
perspektivische Darstellung eines innenhochdruckumgeformten Werkstückes mit einem
partiell im Wesentlichen dreiecksförmigen Querschnitt,
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6 eine
Schnittdarstellung durch eine Innenhochdruckumform-Gravur, bei der
der im Wesentlichen dreiecksförmige
Querschnitt aus einem kreisrunden Rohr durch Innenhochdruckumformen ausgeformt
wird,
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7 eine
Schnittdarstellung durch die Innenhochdruckumform-Gravur, bei der
der im Wesentlichen dreiecksförmige
Querschnitt aus einem durch die Innenhochdruckumform-Gravur vorgeformten
Bereich durch Innenhochdruckumformen ausgeformt wird, und
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8 eine
Schnittdarstellung durch die Innenhochdruckumform-Gravur, bei der
der im Wesentliche dreiecksförmige
Querschnitt aus einem Bereich, der durch das in 1 dargestellte
Werkzeug vorgeformt worden ist, durch Innenhochdruckumformen ausgeformt
wird.
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In 1 ist
eine Draufsicht auf ein Werkzeug 1 mit drei Umformelementen 2 dargestellt.
Das dargestellte Werkzeug weist einen geringeren Formspeichergrad
auf, als eine in den 6 bis 8 dargestellte
Innenhochdruckumform-Gravur (IHU-Gravur) 7 zum Innenhochdruckumformen
eines durch das Werkzeug 1 vorgeformten Werkstückes.
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Hierbei
definiert der Formspeichergrad ein Maß, durch das die Geometrie
des herzustellenden Werkstückes
bereits durch die geometrische Gestalt des Umformwerkzeuges festgelegt
ist. Der Formspeichergrad eines Werkzeuges bestimmt also die geometrische
Komplexität,
die unveränderlich
in einem Umformwerkzeug gespeichert ist.
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Anschaulich
bedeutet dies zum Beispiel, dass Gesenk oder eine Werkzeuggravur,
die die gesamte Außenkontur
eines herzustellenden Werkstückes
abbildet, beispielsweise eine Gravur zum Innenhochdruckumformen,
den höchstmöglichen
Formspeichergrad aufweist. Um das herzustellende Werkstück zu ändern, muss
die Gravur durch Aufbringen von zusätzlichem Werkzeugmaterial oder
Wegnehmen von überschüssigem Werkzeugmaterial
dauerhaft verändert
werden, oder es muss eine neue Werkzeuggravur hergestellt werden.
Dies ist mit erheblichen Kosten- und Zeitaufwand verbunden und rentiert
sich nur für
hohe Werkstückzahlen,
bzw. geringe geometrische Komplexitäten des Werkstückes.
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Demgegenüber ist
der Formspeichergrad des in 1 gezeigten
Werkzeuges 1 geringer als der Formspeichergrad einer Werkzeuggravur
zum Innenhochdruckumformen. Die Umformelemente 2 sind beispielsweise
als Drückrollen 5 ausgeführt. Jedoch
ist es auch denkbar, Walzen, Stempel oder ähnliche Körper mit einfach strukturierten
Oberflächen
zu verwenden. Ein Werkzeug zum freien Biegen weist dagegen keinen
Formspeichergrad auf, da die Biegung frei und mit geringer Reproduzierbarkeit
erfolgt.
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Zwischen
den drei Drückrollen 5 ist
ein Werkstück
mit einer Werkstückachse 3 eingespannt.
Das besagte Werkstück
weist eine Ausgangsgeometrie A auf, die in 1 als langgestrichelte,
kreisförmige
Linie dargestellt ist. Ferner ist der Querschnitt des Werkstückes auch
in einer angenäherten
Werkstückgeometrie
B gezeigt, die zumindest in Teilbereichen an die durch das Innenhochdruckumformen
zu schaffende Werkstückgeometrie
angenähert
ist. Die angenäherte
Werkstückgeometrie
B ist als kurzgestrichelte Linie dargestellt. Der entsprechende
Querschnitt ist in dem in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiel
im Wesentlichen dreiecksförmig,
wobei die Ecken des Dreiecks abgerundet sind und die Kanten durch
die Drückrollen 5 konkav
in Richtung der Werkstückachse 3 eingedrückt sind.
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Zumindest
eine der Drückrollen 5 ist
in radialer Richtung a auf die Werkstückachse 3 hin bewegbar
und von dieser nach Richtungsumkehr wegbewegbar. Diese Bewegung
kann beispielsweise durch einen hydraulischen oder pneumatischen
Kolben erfolgen, oder durch einen elektromotorischen Antrieb.
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Die
beschriebene Drückrolle 5 weist
zumindest einen Oberflächenabschnitt 4 auf,
der in Anlage an einen umzuformenden Abschnitt des Werkstücks bringbar
ist. Durch eine Zustelleinrichtung (nicht gezeigt) erfolgt die Zustellbewegung
in radialer Richtung a auf die Werkstückachse 3 zu. Vorzugsweise weist
der Oberflächenabschnitt 4 der
Drückrolle 5 eine
konvexe und/oder konkave Geometrie auf.
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In
diesem Zusammenhang ist beispielsweise in 2 eine Draufsicht
auf ein Werkzeug mit zwei konvexen und einer konkaven Drückrolle 5 gezeigt. Natürlich sind
auch andere Kombinationen von verschiedenen Drückrollen 5 denkbar.
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Die
Drückrolle 5 ist
ferner drehbar auf einem Dornelement 6 gelagert. Die Drehachse
des Dornelementes 6 verläuft tangential zur Mantelfläche des Werkstückes, d.h.
rechtwinklig zur radialen Richtung a. Durch drehbare Lagerung der
Drückrolle 5 auf
dem Dornelement 6 werden die Umformwiderstände verringert,
da die Drückrolle 5 auf
dem vorzuformenden Werkstück
abrollt.
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Darüber hinaus
ist es möglich,
geometrisch unterschiedlich geformte Bereiche des Oberflächenabschnittes 4 mit
dem umzuformenden Werkstück
in Anlage zu bringen. Weist der Oberflächenabschnitt 4 der
Drückrolle 5 beispielsweise
eine elliptische oder parabelförmige
Kontur auf, können
durch Schwenken der Drückrolle 5,
bzw. des die Drückrolle 5 haltenden
Dornelementes 6 um eine Schwenkachse 8 in eine
Schwenkrichtung b unterschiedliche Radien bei der Vorformung erzeugt
werden. Die Schwenkachse 8 liegt vorzugsweise parallel
zur Werkstückachse 3.
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Auf
diese Art und Weise sind verschiedene vorgeformte Werkstücke zur
Vorbereitung des Innenhochdruckumformens mit demselben Werkzeug 1 darstellbar,
ohne dass physische Elemente des Werkzeuges 1 ausgetauscht
werden müssen.
Hierdurch reduziert sich der Formspeichergrad des Werkzeuges 1 im
Vergleich zur IHU-Gravur 7.
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Auch
in 3 ist eine Draufsicht auf ein Werkzeug mit drei
Drückrollen 5 gezeigt,
wobei eine dieser Drückrollen 5 um
einen Schwenkwinkel α verschwenkt
ist. Während
in 1 die Schwenkachse 8 durch die Drückrolle 5 verläuft, liegt
in 3 die besagte Schwenkachse 8 außerhalb
der Drückrolle 5. In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind die Schwenkachsen 8 von zwei oder mehreren Drückrollen 5 identisch
und fallen vorzugsweise mit der Werkstückachse 3 zusammen.
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Obwohl
nicht in einer Seitenansicht gezeigt, sind die Drückrollen 5,
bzw. die Oberflächenabschnitte 4 der
besagten Drückrollen 5,
die sich in Anlage an dem Werkstück
befinden, wesentlich kürzer
als die umzuformenden Bereiche des Werkstückes. Um dennoch größere Bereiche
des Werkstückes
umzuformen, und um das Werkzeug 1 trotzdem so kompakt wie
möglich
zu halten, ist das Werkstück
in einer separaten Spannvorrichtung (nicht gezeigt) aufgespannt.
Diese Spannvorrichtung ist in Richtung der Werkstückachse 3 relativ
zum Werkstück 1,
beispielsweise durch einen hydraulischen oder pneumatischen Kolben
oder einen elektromotorischen Antrieb bewegbar. Jedoch ist es natürlich auch
denkbar, die Spannvorrichtung positionsfest zu halten und das Werkzeug 1 zu
bewegen.
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Durch
eine Drückrollenspannvorrichtung (nicht
gezeigt) ist es zudem möglich,
die Drückrollen 5 auszutauschen.
Die Drückrollen 5 sind
geometrisch einfache Gebilde und somit kostengünstig herzustellen. Durch den
Austausch der Drückrollen 5 können, falls
es doch einmal nicht möglich
sein sollte, durch die eingespannten Drückrollen 5 das Werkstück in gewünschter
Weise vorzuformen, andere Drückrollen 5 eingespannt
werden. Dieser Austausch kann manuell oder programmgesteuert erfolgen.
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In
diesem Zusammenhang ist eine (nicht gezeigte) Steuereinrichtung
vorgesehen, in der ein Steuerprogramm abläuft. Vorzugsweise ist dieses Steuerprogramm änderbar,
bzw. austauschbar, wodurch auch kleine Lose von Werkstücken oder
Einzelstücke
kosteneffizient vorgeformt werden können. Das Steuerprogramm steuert
dabei beispielsweise die Zustellung der Drückrolle 5 durch die
Zustelleinrichtung in radialer Richtung a und/oder das Verschwenken
des Dornelementes 6 um die Schwenkachse 8. Vorzugsweise
beinhaltet die Steuereinrichtung ebenfalls Sensorelemente und einen
Regelkreis. Durch die Regelung des Produktionsprozesses kann auf
zufällig
auftretende Produktionsbedingungen reagiert werden, beispielsweise
auf eine unregelmäßige Ausgangsgeometrie
A des Werkstückes. Somit
lässt sich
zum einen die Qualität
der vorgeformten Halbzeuge erhöhen
und zum anderen die Wiederholgenauigkeit des Produktionsprozesses verbessern.
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Das
Verfahren bedarf einer gesteuerten radialen Zustellung der Drückrollen 5 während des
Verfahrensvorganges. Die Schwenkbewegung der Drückrollen 5 um eine
oder mehrere Achsen, die parallel zur Werkstückachse 3 liegen oder
vorzugsweise mit dieser identisch sind, kann vor dem Bearbeitungsvorgang
aktiv gesteuert werden oder auch passiv erfolgen. Um lokale (partielle) Änderungen
der Querschnittsform zu erreichen, sind die Drückrollen 5 vorzugsweise
unabhängig
voneinander und unabhängig
vom Vorschub des Werkstückes
steuerbar.
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In 4 ist
eine Draufsicht auf ein Werkzeug 1 mit vier Umformelementen 2 dargestellt.
Diesbezüglich
werden nur die Unterschiede zu dem in 1 dargestellten
Werkzeug 1 beschrieben.
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Während in 1 drei
identische Drückrollen 5 verwendet
werden, kommen in dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel
paarweise verschiedene Drückrollen 5 zum
Einsatz, nämlich
zwei schmälere
und zwei breitere Drückrollen 5.
Jedoch ist es auch denkbar, gänzlich
unterschiedliche Drückrollen 5,
Walzen oder Stempel einzusetzen. Auch ist die Anzahl der Drückrollen
nicht auf drei oder vier limitiert, sondern kann durchaus auch kleiner
als drei oder größer als
vier sein.
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Der
Anzahl der Drückrollen 5 entsprechend ist
die aus der Ausgangsgeometrie A des Werkstückes angenäherte Werkstückgeometrie
B im Wesentlichen viereckig mit abgerundeten Kanten und vier konkaven,
in Richtung der Werkstückachse 3 eingedrückten Kanten.
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In
den beschriebenen Ausführungsbeispielen
ist bisher davon ausgegangen worden, dass die Drückrollen 5 in ein-
und derselben Ebene liegen. Jedoch ist es auch möglich, sollten die Werkstückgeometrie
oder die Umformbedingungen es erfordern, die Drückrollen 5 in unterschiedlichen
Ebenen, d.h. in Richtung der Werkstückachse 3 voneinander
beabstandet anzuordnen.
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Im
Folgenden wird der Betrieb des Werkzeuges 1 bei der partiellen
Umformung des Werkstückes zur
Vorbereitung des anschließenden
Innenhochdruckumformens beschrieben.
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Nach
dem Einspannen des Werkstückes zwischen
den Drückrollen 5 und/oder
in einer separaten (nicht gezeigten) Spannvorrichtung werden die Drückrollen 5 in
einer Zustellbewegung in radialer Richtung a auf die Werkstückachse 3 hinbewegt,
um die Ausgangsgeometrie A in die angenäherte Werkstückgeometrie
B umzuformen.
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Abhängig vom
erwünschten
Umformergebnis ist es möglich,
den Werkstückquerschnitt
symmetrisch oder unsymmetrisch zur Werkstückachse 3 zu ändern. Dies
kann beispielsweise durch das Steuerprogramm, die Wahl und Anordnung
der Drückrollen 5 sowie
deren Verschwenkung um die Schwenkachse 8 erfolgen. Auch
ist es möglich,
den Umformvorgang mehrstufig durchzuführen.
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Die
Kraft, mit der eine Drückrolle 5 zur
Erzielung des erwünschten
Umformergebnisses beaufschlagt wird, kann ebenfalls variiert werden.
Hierbei ist es durchaus denkbar, dass verschiedene Drückrollen 5 mit
unterschiedlichen Kräften
beaufschlagt werden, um das Werkstück partiell umzuformen. Auch
ist es hierdurch möglich,
auf unterschiedliche Wanddicken des Werkstückes zu reagieren.
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Die
zuvor beschriebenen steuerungs- und regelungstechnischen Eigenschaften
lassen sich vorzugsweise durch ein Steuerprogramm, vorzugsweise
in Verbindung mit einem Regelkreis abbilden. Es ist somit möglich, den
Formspeichergrad des Werkzeuges 1, d.h. den Grad der physischen
Spezifizierung des Werkzeuges 1 zu minimieren, um auf unterschiedliche
Produktionsaufgaben, beispielsweise durch Änderung oder Austausch des
Steuerprogramms und/oder der Drückrollen 5 zu
reagieren.
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In 5 ist
eine perspektivische Darstellung eines innenhochdruckumgeformten
Werkstückes
mit einem partiell im Wesentlichen dreiecksförmigen Querschnitt gezeigt.
Dieses Werkstück
weist eine Fertiggeometrie C auf, wobei der im Wesentlichen dreiecksförmige Querschnitt
für die 6 bis 8 als
Referenzobjekt dienen soll. Zur Vereinfachung wird davon ausgegangen,
dass auf beiden Seiten des dreiecksförmigen Querschnitts die runden
Querschnitte der Ausgangsgeometrie A des Werkstücks, d.h. dem Rohteil entsprechen.
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In 6 ist
eine Schnittdarstellung durch die IHU-Gravur 7 gezeigt,
bei der der im Wesentlichen dreiecksförmige Querschnitt aus einem
kreisrunden Rohr durch Innenhochdruckumformen ausgeformt wird. Auf
der linken Seite ist das Rohr in seiner kreisrunden Ausgangsgeometrie
A gezeigt. Die IHU-Gravur 7 besteht aus einem Gravuroberteil 7a und
einem Gravurunterteil 7b. Jedoch ist es auch denkbar, IHU-Gravuren
zu verwenden, die aus mehr als zwei Gravurteilen bestehen. Insbesondere
die Eckbereiche der IHU-Gravur 7 sind
von der Rohrwandung weit entfernt, so dass insbesondere in diesen
Bereichen eine starke Umformung durch ein zum Innenhochdruckumformen
verwendetes Medium, beispielsweise eine Öl-/Wasser-Emulsion, stattfinden muss.
Auch ist es notwendig, aufgrund des geringen Durchmessers des Rohres,
das besagte Rohr entsprechend dickwandig zu gestalten, um genügend Material
für den
Schritt des Innenhochdruckumformens zur Verfügung zu stellen.
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Auf
der rechten Seite ist die Fertiggeometrie C nach dem Innenhochdruckumformen
in der IHU-Gravur 7 dargestellt. Der hohe Umformgrad des Werkstücks in den
Eckbereichen der IHU-Gravur 7 wird zum einen durch eine
ungleichmäßige Ausdünnung der
Werkstückwand
belegt. In Bereichen, in denen die Ausgangsgeometrie A des Werkstückes bereits
an der IHU-Gravur 7 angelegen ist, weist das innenhochdruckumgeformte
Werkstück
die größte Wanddicke
auf, während
in Bereichen der abgerundeten Ecken der Fertiggeometrie C sehr geringe
und ungleichmäßige Wanddicken
auftreten, so dass in Folge der Abstreckung in diesen Bereichen
die Gefahr einer Rissbildung während
des Innenhochdruckumformens besteht.
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In 7 ist
eine Schnittdarstellung durch die IHU-Gravur 7 gezeigt,
bei der der im Wesentlichen dreiecksförmige Querschnitt durch die
IHU-Gravur 7 selbst vorgeformt wird. Hierbei wird ein rundes
Rohr, dessen Durchmesser größer als
der Innenkreisdurchmesser der dreiecksförmigen IHU-Gravur 7 ist, in
die IHU-Gravur 7 eingelegt. Durch Schließen der besagten
Gravur, d.h. durch die Annäherung
von Gravuroberteil 7a und Gravurunterteil 7b erfolgt
ein Vorformen des Werkstückes,
so dass eine angenäherte
Werkstückgeometrie
B in der IHU-Gravur 7 entsteht.
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Diese
Vorform ist jedoch nicht optimal, da zum einen die beiden unteren
Eckbereiche der IHU-Gravur 7 und die entsprechenden Radien
der angenäherten
Werkstückgeometrie
B immer noch weit auseinanderliegen. Zum anderen sind Seitenbereiche
der angenäherten
Werkstückgeometrie
B, die in Anlage mit der IHU-Gravur 7 sind, in einem Mittelbereich
zwar leicht in Richtung der Werkstückachse 3 eingedrückt, diese
Eindrückung
bewegt sich jedoch im elastischen Bereich des Werkstückmaterials.
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Nach
der Beendigung des Innenhochdruckumformvorgangs geht aus der Darstellung
auf der rechten Seite hervor, dass die Wanddicken der beiden unteren
Radien der im Wesentlichen dreiecksförmigen Fertiggeometrie C immer
noch stark ausgedünnt
sind, und die Verteilung der Wanddicke ungleichmäßig ist. Es besteht die Gefahr
der Faltenbildung. Zum anderen erhöht die zusätzliche Nutzung der IHU-Gravur 7 als
Vorformwerkzeug den Verschleiß der
besagten Gravur.
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In 8 ist
eine Schnittdarstellung durch die IHU-Gravur 7 gezeigt,
bei der der im Wesentlichen dreiecksförmige Querschnitt aus einem
Bereich, der durch das in 1 dar gestellte
Werkzeug 1 vorgeformt worden ist, durch Innenhochdruckumformen ausgeformt
wird. Im Gegensatz zu 6 sind die in 7 auf
der linken Seite dargestellten Einwölbungen das Ergebnis einer
plastischen Verformung.
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Durch
eine derart optimierte Vorform erfolgt eine gute Materialausnutzung
durch das Innenhochdruckumformen, so dass die Wanddicke in den partiell
vorgeformten Bereichen nach dem Innenhochdruckumformen im Wesentlichen
gleichmäßig ist. Auch
sind die drei Radien gleichmäßig ausgebildet und
weisen keine reduzierten Wandstärken
auf wie in den 6 und 7.
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Ebenso
ist aus der 8 ersichtlich, daß durch
die optimierte Vorform kleine Radien, insbesondere Radien annähernd der
Blechdicke, und spitze Winkel beim anschließenden Innenhochdruckumformen
besonders gut abgebildet werden.
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Die
vorliegenden Ausführungsbeispiele
beschreiben ein Verfahren mit einer Vorrichtung zum zumindest partiellen
Umformen eines Werkstückes für ein anschließendes Innenhochdruckumformen, aufweisend
einen durch zumindest ein Werkzeug erfolgenden Umformvorgang, durch
den eine Ausgangsgeometrie des Werkstückes zumindest in einem Teilbereich
eines Werkstückquerschnittes
einer durch das Innenhochdruckumformen zu schaffenden Werkstückgeometrie
angenähert
wird, und das Werkstück
mit der derart angenäherten
Werkstückgeometrie
anschließend
durch Innenhochdruckumformen umgeformt wird. Ebenso wird in innenhochdruckumgeformtes
Werkstück
beschrieben.