DE102006032932A1 - Manufacturing seamless, bulbous pressure vessels in steel or other metals, produces blank body from massive wire, and expands it freely by application of heat and high internal pressure - Google Patents

Manufacturing seamless, bulbous pressure vessels in steel or other metals, produces blank body from massive wire, and expands it freely by application of heat and high internal pressure Download PDF

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Abstract

A blank body (3) of suitable shape is made by cold massive forming. Subsequently, the final shape (4) is reached by high internal pressure forming. The body (3) is made from massive wire, by cold massive forming. It includes only one opening for application of internal pressure. The blank is transformed to its final shape without using a surrounding mold, i.e. it is allowed to expand freely. The blank is inductively-heated before and/or during final forming under high internal pressure. It is heated by a defocused laser beam before and/or during the final forming. The blank is tapped with an internal or external thread, before final forming. To produce high internal pressure, the blank, which contains a substance, is sealed pressure-tight using a threaded stopper. During heating, the substance produces the high internal pressure.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verfahrenskombination zweier Umformverfahren zur Herstellung bauchiger Hohlkörper (2) aus Metall, vorzugsweise Stahl. Dabei wird in einem ersten Schritt durch Kaltmassivumformung ein hohler Ausgangskörper (1) erzeugt, der dann durch Innenhochdruck in die endgültige Form gebracht wird. Diese Verfahrenskombination ermöglicht z.B. die Herstellung nahtloser Druckbehälter. Dabei kann die Innenhochdruckumformung bei Raumtemperatur mit einem flüssigen Hochdruckmedium erfolgen oder bei erhöhter Temperatur mit einem gasförmigen Hochdruckmedium. Die Abdichtung bei der Innenhochdruckumformung kann dabei konventionell in einer IHU-Anlage erfolgen oder über eine Gewindeverbindung, die nach der Kaltmassivumformung angebracht wird. Die Innenhochdruckumformung kann sowohl in einem formgebenden Werkzeug erfolgen als auch unter freiem Materialfluss.The invention relates to a method combination of two forming processes for producing bulbous hollow bodies (US Pat. 2 ) made of metal, preferably steel. In this case, in a first step by cold massive forming a hollow starting body ( 1 ), which is then brought by internal high pressure in the final shape. This combination of methods enables, for example, the production of seamless pressure vessels. The hydroforming can be carried out at room temperature with a liquid high pressure medium or at elevated temperature with a gaseous high pressure medium. The sealing in the hydroforming can be done conventionally in an hydroforming system or via a threaded connection, which is attached after the cold massive forming. The hydroforming can be done both in a molding tool and under free flow of material.

Stand der TechnikState of the art

Bauchige Hohlkörper aus Metall, wie etwa Druckbehälter, werden seit langem sowohl mehrteilig als auch einteilig gefertigt.bulbous hollow body made of metal, such as pressure vessels, have long been made both in several parts as well as in one piece.

Die mehrteilig gefertigten Behälter sind in der Regel Schweißkonstruktionen mit den damit verbundenen Problemen der Schweißnaht. Die verschweißten Grundkörper sind dabei meist Rohrabschnitte und tiefgezogene oder gedrückte Kugelkalotten.The multi-part manufactured container are usually welded constructions with the associated problems of the weld. The welded body are usually tube sections and deep-drawn or pressed spherical caps.

Einteilig nahtlos gefertigte Behälter werden beispielsweise aus Rohren hergestellt, deren beide Enden z. B. durch Drückwalzen oder Rundkneten soweit im Durchmesser vermindert werden, dass die gewünschte Behälterform entsteht.one-piece seamlessly manufactured containers are made, for example, from pipes whose two ends z. B. by spin forming or swaging be reduced so far in the diameter that the desired container shape arises.

In der Regel wird die Form oder die Größe der so hergestellten Behälter anschließend nicht mehr verändert. Aus der Anmeldung DE 36 03 415 ist ein Verfahren bekannt, bei dem bei einem geschweißten, zylindrischen Behälter die zunächst ebenen Behälterböden durch Aufbringen eines Innendruckes nach außen in eine quasielliptische Form gebracht werden. Aus der Anmeldung DE 698 26 234 ist ein Verfahren bekannt, wonach ein rohrförmiger Ausgangskörper bei erhöhter Temperatur durch einen Innendruckbeaufschlagung mit gasförmigem Medium zu einem Behälter umgeformt wird.In general, the shape or size of the container thus produced is then no longer changed. From the registration DE 36 03 415 In the case of a welded, cylindrical container, the initially flat container bottoms are brought into a quasi-elliptical shape by applying an internal pressure to the outside. From the registration DE 698 26 234 For example, a method is known according to which a tubular starting body is shaped at elevated temperature by internal pressurization with gaseous medium to form a container.

Aufgabenstellungtask

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Alternative zu den nach dem Stand der Technik bekannten, einteilig nahtlos hergestellten Behältern zu finden. Ausgangsmaterial hierfür ist ein Draht, vorzugsweise aus Stahl, der als gewickeltes Coil einer Mehrstufenpresse zur Kaltmassivumformung zugeführt wird. Dieses Ausgangsmaterial ist erheblich billiger als ein Rohr.Of the Invention is based on the object, a cost-effective alternative to those known in the art, integrally manufactured in one piece containers to find. Starting material for this is a wire, preferably made of steel, which is used as a wound coil of a multi-stage press for cold massive forming supplied becomes. This starting material is considerably cheaper than a pipe.

Durch geeignete, praxisübliche Umformverfahren wird auf dieser Mehrstufenpresse ein flaschenähnlicher Grundkörper (1), (3) erzeugt, der als Ausgangskörper für die anschließende Innenhochdruckumformung dient. Dabei kann, je nach gewünschtem Behälter, dieser Ausgangskörper auch beidseitig eine Öffnung aufweisen (1).By suitable, customary forming process is on this multi-stage press a bottle-like body ( 1 ) 3 ), which serves as a starting body for the subsequent hydroforming. Depending on the desired container, this starting body may also have an opening on both sides ( 1 ).

Die alleine durch Kaltmassivumformung erzielbaren Umformungen sind in einem Maße begrenzt, dass die damit herstellbaren Hohlkörper oft nicht die für Drucktanks erforderlichen Volumina bieten können.The Forming achievable by cold massive forming alone is known in a measure limited, that the manufacturable hollow body often not those for pressure tanks can provide required volumes.

Der fließgepresste Rohling wird deshalb anschließend in einer geeigneten Anlage mit Innenhochdruck beaufschlagt und unter Volumenvergrößerung zu einem bauchigen Hohlkörper umgeformt.Of the -extruded Blank is therefore subsequently pressurized in a suitable system with internal high pressure and under Volume increase too a bulbous hollow body reshaped.

Erfolgt die Innenhochdruckumformung kalt mittels eines flüssigen Hochdruckmediums, so muss der Rohling vorher weichgeglüht werden, um die durch die Kaltumformung erzielte Verfestigung rückgängig zu machen und um das maximale Formänderungsvermögen des metallischen Werkstoffes zu erhalten.He follows hydroforming cold by means of a liquid high-pressure medium, so the blank must be previously annealed to the by the Cold forming achieved undoing solidification and the maximum Deformability of the to obtain metallic material.

Die Innenhochdruckumformung kann auch bei erhöhter Temperatur erfolgen. In diesem Falle ist das Hochdruckmedium in der Regel gasförmig. Durch die Erweichung des metallischen Werkstoffs sinken die nötigen Innendrücke soweit ab, dass die Umformkraft auch von einem gasförmigen Medium übertragen werden kann.The Hydroforming can also be carried out at elevated temperature. In In this case, the high-pressure medium is usually gaseous. By the softening of the metallic material decreases the necessary internal pressures as far that transmits the forming force from a gaseous medium can be.

Ein wichtiges Kriterium bei der Innenhochdruckumformung ist die Abdichtung des druckbeaufschlagten Hohlraumes. Bei einem flaschenförmigen Ausgangskörper bietet sich die Möglichkeit, ein Innen- oder Außengewinde anzubringen, über das die Hochdruckleitung angekoppelt werden kann. Dieses Gewinde kann gleichzeitig zur späteren Anbindung des Behälters an einen Druckkreislauf dienen.One an important criterion in hydroforming is sealing the pressurized cavity. With a bottle-shaped starting body offers the opportunity an internal or external thread to install over that the high pressure line can be coupled. This thread can be at the same time for later Connection of the container serve to a pressure circuit.

Ein solches Gewinde bietet weiterhin die Möglichkeit, den Ausgangskörper mittels einer Verschlussschraube abzudichten. Befindet sich dabei im Ausgangskörper ein geeignetes Medium (z.B. Wasser), so bietet sich die Möglichkeit, beim Erwärmen des druckdicht verschlossenen Ausgangskörpers den Innendruck durch das Ausdehnen bzw. Verdampfens des eingeschlossenen Mediums zu erzeugen. Dadurch könnte auf eine aufwändige Einrichtung zur Erzeugung und Übertragung des Innenhochdrucks verzichtet werden.One Such thread also offers the possibility of the output body by means to seal a locking screw. Is located in the starting body suitable medium (for example water), it is possible to when heating the pressure-tight outlet body through the internal pressure to generate the expansion of the trapped medium. This could on an elaborate Device for generation and transmission be waived the hydroforming.

Die Erwärmung auf Umformtemperatur kann z. B. induktiv oder mittels eines defokussierten Laserstrahls erfolgen. Dabei kann der Ausgangskörper um seine Längsachse gedreht werden.The warming on forming temperature can, for. B. inductive or by means of a defocused Laser beam done. In this case, the starting body about its longitudinal axis to be turned around.

Bei der Innenhochdruckumformung kann die gewünschte Endform durch ein Werkzeug mit der entsprechenden Innenkontur festgelegt werden oder es kann eine freie Ausformung zugelassen werden, wobei entsprechende Abschaltkriterien für den Innenhochdruck festzulegen sind.at The hydroforming can the desired final shape by a tool be set with the appropriate inner contour or it can a free formation are allowed, with appropriate shutdown criteria for the Hydroforming.

Claims (8)

Verfahren zur Herstellung bauchiger Hohlkörper (2), (4) dadurch gekennzeichnet, dass aus einem geometrisch geeigneten, durch Kaltmassivumformung hergestellten Grundkörper (1), (3) die Endform durch eine anschließende Innenhochdruckumformung erreicht wird.Method for producing bulbous hollow bodies ( 2 ) 4 ) characterized in that from a geometrically suitable, produced by cold mass forming body ( 1 ) 3 ) the final shape is achieved by a subsequent hydroforming. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1), (3) mittels Kaltmassivumformung aus massivem Draht hergestellt wird.Method according to claim 1, characterized in that the basic body ( 1 ) 3 ) is made by means of cold massive forming of solid wire. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1), (3) nur eine Öffnung für die Druckbeaufschlagung aufweist.Method according to claim 1, characterized in that the basic body ( 1 ) 3 ) has only one opening for the pressurization. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Grundkörper (1), (3) durch die Innenhochdruckumformung ohne umschließendes Werkzeug frei zur Endform (2), (4) umwandelt.Method according to claim 1, characterized in that the main body ( 1 ) 3 ) by the hydroforming without enclosing tool free to the final shape ( 2 ) 4 ) converts. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1), (3) vor und/oder während der Innenhochdruckumformung induktiv erwärmt wird.Method according to claim 1, characterized in that the basic body ( 1 ) 3 ) is inductively heated before and / or during the hydroforming. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1), (3) vor und/oder während der Innenhochdruckumformung mittels eines defokussierten Laserstrahls erwärmt wird.Method according to claim 1, characterized in that the basic body ( 1 ) 3 ) is heated before and / or during the hydroforming by means of a defocused laser beam. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (1), (3) vor der Innenhochdruckumformung mit einem Innen-(5) oder Außengewinde (6) versehen wird 3).Method according to claim 1, characterized in that the basic body ( 1 ) 3 ) before hydroforming with an internal ( 5 ) or external thread ( 6 ) 3 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck bei der Innenhochdruckumformung dadurch erzeugt wird, dass der Grundkörper (1), (3) mit einem Gewindestopfen druckdicht verschlossen ist und ein Medium enthält, das bei der Erwärmung des Rohlings den nötigen Innendruck erzeugt.A method according to claim 1, characterized in that the pressure in the hydroforming is generated in that the main body ( 1 ) 3 ) is pressure-tightly sealed with a threaded plug and contains a medium which generates the necessary internal pressure during heating of the blank.
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