DE102009008137B4

DE102009008137B4 - Method and device for internal pressure forming of a hollow body of metal

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Publication number: DE102009008137B4
Application number: DE102009008137A
Authority: DE
Original assignee: GFU Maschinenbau GmbH Gesellschaft fuer Umformung und Maschinenbau
Current assignee: GFU Maschinenbau GmbH Gesellschaft fuer Umformung und Maschinenbau
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2009-02-09
Publication date: 2010-09-23
Anticipated expiration: 2029-02-10
Also published as: DE102009008137A1

Abstract

Verfahren zum Innendruck-Umformen eines Hohlkörpers aus Metall,
wobei ein metallisches Werkstück (2) partiell in einem umzuformenden Bereich (6) erhitzt wird, anschließend in eine aus zwei Schalen (3) gebildete Werkzeugform (1), die mindestens einen an die Geometrie des Rohlings (2) angepassten zylindrischen Abschnitt (4) sowie eine Umformkavität (5) aufweist, eingelegt wird und danach an mindestens einer Stirnseite innerhalb der Werkzeugform (1) von einem Druckstempel (8) beaufschlagt wird, durch den ein heißes Gas unter Druck in den Innenraum des Werkstücks (2) eingeführt wird,
wobei das Werkstück (2) unter einem Innendruck, der kleiner ist als der für eine Umformung benötigte Umformdruck, durch eine Zustellbewegung des Druckstempels (8) gestaucht wird, um Material in den Bereich der Umformkavität (5) zu verlagern, und
wobei der Innendruck anschließend erhöht und das Werkstück (2) unter einem Umformdruck von mehr als 200 bar in der Umformkavität (5) formgebend aufgeweitet wird.Method for internal pressure forming of a hollow body of metal,
wherein a metallic workpiece (2) is partially heated in a region (6) to be formed, then into a tool mold (1) formed from two shells (3), which has at least one cylindrical section (4) adapted to the geometry of the blank (2). and a Umformkavität (5), is inserted and is then acted upon at least one end face within the mold (1) by a plunger (8) through which a hot gas is introduced under pressure into the interior of the workpiece (2),
wherein the workpiece (2) under an internal pressure which is smaller than the forming pressure required for a forming, is compressed by a feed movement of the plunger (8) to move material in the region of Umformkavität (5), and
wherein the internal pressure subsequently increased and the workpiece (2) under a forming pressure of more than 200 bar in the Umformkavität (5) is widening shaping.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Innendruck-Umformen eines Hohlkörpers aus Metall.The The invention relates to a method and a device for internal pressure-forming a hollow body Metal.

Eine Vorrichtung zum Umformen eines metallischen Hohlkörpers unter erhöhtem Innendruck ist aus DE 10 2004 013 872 B4 bekannt. Dort ist vorgesehen, dass das Werkstück in einem umzuformenden Bereich vorerhitzt und in eine beheizbare Werkzeugform eingesetzt wird. Das Werkstück wird über einen Gaseinlass mit einem Innendruck beaufschlagt, wobei sich das vorgewärmte Material des Werkstücks an die Form einer Umformkavität anschmiegt und seine gewünschte Form erhält. Durch die Formänderung bedarf es zur Vermeidung einer Materialschwächung oder eines Bruchs einer Materialnachführung. Diese wird dadurch gewährleistet, dass das Werkstück während der Umformung seitlich aus der Werkzeugform herausragt, sodass es außerhalb der Werkzeugform erfasst und während des Umformprozesses durch eine auf das überstehende freie Ende wirkende Stellbewegung nachgeführt werden kann. Die aus der Werkzeugform herausragenden Werkstückteile stellen jedoch ein Sicherheitsrisiko dar. Da bei Umformverfahren der eingangs beschriebenen Art mit hohen Temperaturen und zugleich hohen Drücken gearbeitet wird, besteht die Gefahr, dass die aus der Werkzeugform vorstehenden Werkstückabschnitte ausbeulen oder sogar reißen.An apparatus for forming a metallic hollow body under increased internal pressure is made DE 10 2004 013 872 B4 known. There, it is provided that the workpiece is preheated in a region to be formed and inserted into a heatable tool mold. The workpiece is acted upon by a gas inlet with an internal pressure, wherein the preheated material of the workpiece conforms to the shape of a Umformkavität and receives its desired shape. The change in shape requires a material tracking in order to avoid material weakening or breakage. This is ensured by the fact that the workpiece protrudes laterally from the tool mold during the forming, so that it can be detected outside of the mold and can be tracked during the forming process by acting on the protruding free end adjusting movement. However, the workpieces protruding from the tool shape pose a safety risk. Since in forming process of the type described above with high temperatures and at the same time high pressures is used, there is a risk that dent out of the mold protruding workpiece sections or even tear.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zum Umformen eines Hohlkörpers anzugeben, wobei die Temperaturführung in dem Umformwerkzeug verbessert und zugleich das Sicherheitsrisiko des Verfahrens minimiert wird.In front In this background, the object of the invention is a Specify a method for forming a hollow body, wherein the temperature control in the forming tool improves and at the same time the security risk of the method is minimized.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird ein metallisches Werkstück partiell in einem umzuformenden Bereich erhitzt. Anschließend wird das Werkstück in eine aus zwei Schalen gebildete Werkzeugform eingelegt, die mindestens einen an die Geometrie des Rohlings angepassten zylindrischen Abschnitt sowie eine Umformkavität aufweist. Danach wird das Werkstück an mindestens einer Stirnseite innerhalb der Werkzeugform von einem Druckstempel beaufschlagt, durch den ein heißes Gas unter Druck in den Innenraum des Werkstücks geführt wird. Das Werkstück wird erfindungsgemäß unter einem Innendruck, der kleiner ist als der für eine Umformung benötigte Umformdruck, durch eine Zustellbewegung des Druckstempels gestaucht, um Material in den Bereich der Umformkavität zu verlagern. Der Innendruck wird anschließend erhöht und das Werkstück wird unter einem Umformdruck von mehr als 200 bar in der Umformkavität formgebend aufgeweitet.These The object is achieved by a method according to claim 1. According to the invention, a metallic workpiece partially heated in a region to be formed. Subsequently, will the workpiece placed in a mold formed from two shells, the at least a matched to the geometry of the blank cylindrical portion and a Umformkavität having. After that, the workpiece becomes at least one end face within the mold of one Pressed plunger, through which a hot gas under pressure in the Interior of the workpiece to be led. The workpiece is under the invention an internal pressure which is less than the forming pressure required for forming, compressed by a feed movement of the plunger to material in the area of Umformkavität to relocate. The internal pressure is then increased and the workpiece becomes shaping under a forming pressure of more than 200 bar in the Umformkavität widened.

Der im Vergleich zum Umformdruck geringere Innendruck beim Nachschieben des Werkstücks und die auf den umzuformenden Bereich beschränkte, partielle Erhitzung des Werkstücks bewirken in ihrer Kombination einen im Vergleich zum Stand der Technik besseren und gut steuerbaren Materialfluss in der Werkzeugform.Of the compared to the forming pressure lower internal pressure when Nachschieben of the workpiece and the partial heating of the area limited to the area to be reshaped workpiece cause in their combination one compared to the prior art better and more controllable material flow in the mold.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ragen beim Umformprozess keine Werkstückteile aus dem Werkzeug heraus. Das Werkstück ist in der Werkzeugform gekapselt. Somit bewirkt die erfindungsgemäße Anordnung der Druckstempel einen Sicherheitsgewinn bei der Durchführung des Verfahrens. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Werkzeugform ferner deutlich weniger erwärmt, wodurch ihr Verschleiß reduziert wird. Des Weiteren wird auch durch den vergleichsweise geringen Druck beim Nachschieben des Materials das Werkzeug weniger stark beansprucht, sodass eine lange Standzeit des Werkzeugs erreicht werden kann. Der Gasdruck, der während einer Zustellbewegung des Druckstempels im Innern des Werkstücks herrscht, sollte geringer als 50 bar sein.at the method according to the invention During the forming process, no workpiece parts protrude out of the tool. The workpiece is encapsulated in the mold. Thus, the arrangement according to the invention causes the plunger a security gain in the implementation of the Process. In the method according to the invention is the mold also significantly less heated, thereby their wear is reduced becomes. Furthermore, also by the comparatively small Pressure while feeding the material the tool less strong claimed so that a long life of the tool achieved can be. The gas pressure during a feed movement of the plunger inside the workpiece prevails, should be less than 50 bar.

Zur Innendruck-Umformung wird vorzugsweise ein inertes Gas oder Luft verwendet.to Internal pressure forming is preferably an inert gas or air used.

Es kann ferner vorgesehen sein, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Werkstück an beiden Stirnseiten von Druckstempeln beaufschlagt wird, die in zylindrischen Abschnitten der Werkzeugform Zustellbewegungen ausführen. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Bewegung beider Druckstempel aneinander gekoppelt ist, sodass die Zustellbewegungen gleichmäßig ablaufen. Durch die Verwendung von zwei Druckstempeln wird das Verfahren insgesamt beschleunigt, es können somit auch komplizierte Formteile mit einem vergleichsweise hohen Umformgrad zügig bearbeitet werden. Zur Formung komplexer Werkstückgeometrien kann auch die Verwendung von mehr als zwei Druckstempeln vorgesehen sein.It can also be provided that in the inventive method the workpiece both end faces of pressure stamps is applied, in cylindrical Executing sections of the tool shape infeed movements. It is it is useful if the movement of both plungers is coupled to each other so that the delivery movements run smoothly. By using two punches, the procedure becomes total accelerated, it can thus also complicated moldings with a comparatively high Forming speed is fast to be edited. For forming complex workpiece geometries, the Use of more than two punches may be provided.

Zur Umformung eines Werkstücks aus Stahl wird vorzugsweise ein Gas mit einer Temperatur von 800 bis 1.000°C verwendet. Somit wird der Stahl, der einen vergleichsweise hohen Schmelzpunkt aufweist, in dem Umformwerkzeug genügend erhitzt, sodass er durch die Beaufschlagung mit einem Innendruck oberhalb von 200 bar an die Umformkavität angeformt werden kann.to Forming a workpiece Steel is preferably a gas with a temperature of 800 up to 1,000 ° C used. Thus, the steel, which is a comparatively high Melting point, heated sufficiently in the forming tool, so that he the application of an internal pressure above 200 bar the forming cavity can be formed.

Zur Umformung eines Werkstücks aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung wird erfindungsgemäß ein Gas mit einer Temperatur von maximal 600°C eingesetzt. Aufgrund des niedrigeren Schmelzpunktes von Aluminium bzw. Legierungen, die überwiegend Aluminium beinhalten, ist eine niedrigere Gastemperatur ausreichend.For forming a workpiece made of aluminum or an aluminum alloy, a gas having a temperature of at most 600 ° C is used according to the invention. Due to the lower melting point of aluminum or alloys, which contain predominantly aluminum, a lower gas temperature is sufficient.

Im Rahmen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Werkstück innerhalb der Werkzeugform partiell durch Induktion erhitzt wird. Auf diese Weise stehen für eine günstige Temperaturführung zur Durchführung des Verfahrens drei unterschiedliche Heizmodi zur Verfügung: Das Werkstück wird zunächst außerhalb der Werkzeugform vorgeheizt. Innerhalb der Werkzeugform kann das Werkstück zusätzlich durch Induktion, welche auf bestimmte Werkstückbereiche beschränkt ist und zeitgleich mit der Umformung ablaufen kann, auf eine erhöhte Temperatur gebracht werden. Die endgültige Umformtemperatur erhält das Werkstück dann durch das Einleiten des entsprechend erhitzten Gases, wobei die Erwärmung durch das Gas sich auf das gesamte Werkstück auswirkt und nicht auf die umzuformenden Abschnitte des Werkstücks beschränkt ist. Die Gasbeheizung gleicht die Temperaturunterschiede im Werkstück etwas an und korrigiert zu große Temperaturgradienten. Die Verwendung eines heißen Gases stabilisiert den Materialfluss beim Stauchen und während der sich anschließenden Umformung. Es kann zweckmäßig sein, die Umformtemperatur des Werkstücks durch die Induktionsheizung und/oder durch eine Temperaturregelung des Heißgases zu steuern.in the Frame of the invention can be provided that the workpiece within The mold is partially heated by induction. In this way stand for a cheap one Temperature control to execution of the method three different heating modes available: The workpiece will be first outside preheated the mold. Within the mold, this can be workpiece additionally by induction, which is limited to certain workpiece areas and can run simultaneously with the forming, to an elevated temperature to be brought. The final Forming temperature receives the workpiece then by introducing the appropriately heated gas, wherein the warming by the gas affects the entire workpiece and not on the to be deformed portions of the workpiece is limited. The gas heating is similar the temperature differences in the workpiece something and corrected too big Temperature gradient. The use of a hot gas stabilizes the Material flow during upsetting and during subsequent forming. It may be appropriate the forming temperature of the workpiece by the induction heating and / or by a temperature control the hot gas to control.

Das Werkstück wird vorzugsweise bei einem Innendruck von weniger als 50 bar gestaucht. Durch diesen im Vergleich zum Umformdruck geringeren Innendruck wird die Reibung des Hohlkörpers in der Werkzeugform reduziert. Somit bewirkt der geringere Innendruck beim Stauchen des Werkstücks einen besseren Materialfluss. Außerdem wird das Umformwerkzeug durch den verminderten Innendruck beim Stauchen des Werkstücks weniger stark durch Verschleiß beansprucht.The workpiece is preferably compressed at an internal pressure of less than 50 bar. By this compared to the forming pressure lower internal pressure is the friction of the hollow body reduced in the mold. Thus, the lower internal pressure causes when upsetting the workpiece a better material flow. In addition, the forming tool less due to the reduced internal pressure when upsetting the workpiece heavily stressed by wear.

Vorteilhafterweise wird das Werkstück bei einem Umformdruck von 250 bis 500 bar formgebend aufgeweitet, wobei die Werkzeugform auf eine Temperatur von weniger als 350°C temperiert wird. Diese im Vergleich zum Werkstück geringe Temperatur führt zu einem geringeren Verschleiß der Werkzeugform. Es kann vorgesehen sein, die Werkzeugform mit einer Kühlung auszurüsten. Die Kühlung kann etwa mit Wasser betrieben werden. Somit ist es möglich, auch bei vergleichsweise hohen Umformtemperaturen, die bei der Umformung von Stählen im Bereich von 1.000°C liegen können, die Werkzeugform auf einer deutlich niedrigeren Temperatur im Bereich von 350°C oder weniger zu halten.advantageously, becomes the workpiece expanding at a forming pressure of 250 to 500 bar, the mold being tempered to a temperature of less than 350 ° C becomes. This low temperature compared to the workpiece leads to a less wear of the Mold. It can be provided, the mold with a cooling equip. The cooling can be operated with water. Thus, it is possible, too at relatively high forming temperatures, which in the transformation of toughen in the range of 1,000 ° C can lie the mold at a much lower temperature in the range of 350 ° C or less to hold.

Zweckmäßig wird der in die Werkzeugform eingeführte Abschnitt des Druckstempels und/oder der Bereich der Werkzeugform, in den der Druckstempel eingeführt wird, gekühlt.It is useful the introduced into the mold Section of the plunger and / or the area of the tool shape, introduced into the pressure stamp is cooled.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Vorrichtung weist eine aus zwei Schalen bestehende Werkzeugform mit mindestens einem zylindrischen Abschnitt sowie einer Umformkavität auf. Außerdem umfasst die Vorrichtung mindestens einen Druckstempel, der in dem zylindrischen Abschnitt der Form axial verstellbar angeordnet ist und einen hülsenförmigen Abschnitt mit einer Ringschulter zur Anlage an der Stirnfläche eines umzuformenden Werkstückes sowie eine Spanneinrichtung mit einer Gasdurchlassöffnung aufweist. Die Spanneinrichtung umfasst einen axial verstellbaren Dorn sowie eine an Kegelflächen des Dorns anliegende Spannzange, die durch eine axiale Stellbewegung des Dorns auf eine zylindrische Innenfläche des Werkstücks wirkt und das Werkstück gegen den hülsenförmigen Abschnitt des Druckstempels drückt und infolge dessen eine Abdichtung zwischen dem Druckstempel und dem Werkstück bewirkt.object The invention is also a device for carrying out the Process. The device has a mold consisting of two shells with at least one cylindrical section and a Umformkavität on. It also includes the device at least one plunger, which in the cylindrical Section of the mold is arranged axially adjustable and a sleeve-shaped portion with an annular shoulder for engagement with the end face of a workpiece to be formed and a tensioning device having a gas passage opening. The clamping device comprises an axially adjustable mandrel and a conical surfaces of the Dorns fitting collet, by an axial adjusting movement of the mandrel acts on a cylindrical inner surface of the workpiece and the workpiece against the sleeve-shaped section of the plunger presses and as a result, a seal between the plunger and the workpiece causes.

Der das Werkstück bildende metallische Hohlkörper wird nach einer partiellen Erhitzung in den zylindrischen Abschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingelegt, so dass ein Teil des Werkstücks durch die Umformkavität verläuft. In eine endseitige Öffnung des Werkstücks wird ein Druckstempel eingesetzt, und die Werkzeugform wird verschlossen. Durch die Gasdurchlassöffnung des Druckstempels wird heißes Gas ins Innere des metallischen Hohlkörpers eingeleitet. Durch den Druck des eingelassenen Gases schmiegt sich das Werkstück an die Umformkavität an. Dabei ist ein Nachführen des Werkstückmaterials insofern erforderlich, als das Material infolge der Umformung durch den Volumenzuwachs im Bereich der Umformkavität geschwächt wird. Eine Vermeidung dieser Materialschwächung erfolgt durch die Wirkung des Druckstempels, der stirnseitig an dem Werkstück anliegt. Ein Entweichen des unter Überdruck stehenden Gases, das über die Gasdurchlassöffnung ins Innere des Hohlkörpers geleitet wird, wird durch die Wirkung der Spanneinrichtung vermieden. Die Abdichtung des Hohlkörpers ist insbesondere daher wichtig, da zum Umformen des Werkstücks innenseitig ein heißes Gas unter hohem Druck steht. Wesentlich dabei ist auch, dass die Dichtwirkung bei der erforderlichen Nachführung des Werkstücks zur Vermeidung einer Materialschwächung während des Umformvorgangs aufrechterhalten wird.Of the the workpiece forming metallic hollow body is after a partial heating in the cylindrical section the device according to the invention inserted, so that a part of the workpiece passes through the Umformkavität. In an end opening of the workpiece a plunger is inserted, and the mold is closed. Through the gas passage opening the plunger gets hot Gas introduced into the interior of the metallic hollow body. By the Pressure of the inserted gas hugs the workpiece to the Umformkavität at. It is a tracking of the Workpiece material insofar required, as the material as a result of the deformation by the Volume growth in the Umformkavität is weakened. An avoidance of this Material weakening takes place by the action of the plunger which abuts the end face of the workpiece. An escape of the under pressure standing gas that over the gas passage opening into the interior of the hollow body is passed is avoided by the action of the clamping device. The sealing of the hollow body is therefore particularly important because of the forming of the workpiece inside a hot one Gas is under high pressure. It is also essential that the sealing effect in the required tracking of the workpiece maintained to avoid material weakening during the forming process becomes.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Spannzange rückseitig federnd an dem Druckstempel abgestützt ist. Infolge einer Zugbewegung des Dorns erfasst die Spannzange die Innenfläche des Werkstückes und zieht das Werkstück gegen die Ringschulter des Druckstempels, so dass das Werkstück und die Ringschulter des Druckstempels gasdicht gegeneinander verspannt sind. Für den Bewegungsablauf ist vorteilhaft, wenn die dem Werkstück zugeordnete Kontaktfläche der Spannzange eine zahnförmige Profilierung aufweist. Für die federnde Abstützung der Spannzange kann eine Druckfeder verwendet werden, die in einer Ausnehmung des Druckstempels zwischen der Spannzange und dem Druckstempel angeordnet ist.An advantageous embodiment of the device according to the invention provides that the collet is resiliently supported on the back of the plunger. As a result of a pulling movement of the mandrel, the collet captures the inner surface of the workpiece and pulls the workpiece against the annular shoulder of the plunger, so that the workpiece and the annular shoulder of the plunger are gas-tight braced against each other. For the proof tion sequence is advantageous if the workpiece associated with the contact surface of the collet has a tooth-shaped profiling. For the resilient support of the collet a compression spring can be used, which is arranged in a recess of the plunger between the collet and the plunger.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lehre liegt der von der Spannzange beaufschlagte Zylinderabschnitt des Werkstückes umfangsseitig an der Innenfläche der zylindrischen Hülse des Druckstempels an, wobei die umfangsseitigen Flächen durch eine Aufweitung der Spannzange gegeneinander druckdicht verspannbar sind. Die umfangsseitige Abdichtung und die zuvor beschriebene Abdichtung zwischen dem Werkstück und eine Ringschulter des Druckstempels sind einzeln oder auch in Kombination anwendbar.According to one Another embodiment of the teaching according to the invention is that of the Collet loaded cylinder portion of the workpiece circumferentially on the inner surface the cylindrical sleeve of the plunger, wherein the peripheral surfaces by an expansion of the collet pressure-tight against each other are. The peripheral seal and the previously described seal between the workpiece and an annular shoulder of the plunger are individually or in Combination applicable.

Die Werkzeugform kann eine Induktionsheizung zur partiellen Erwärmung des umzuformenden Werkstücks aufweisen. Durch die Induktionsheizung wird das Werkstück berührungslos erwärmt, wobei die Erwärmung lediglich im Bereich der Umformkavität stattfindet. Eine solche berührungslose Heizung bietet den Vorteil, dass die Werkzeugform selbst nicht erhitzt wird. Eine Erwärmung der Werkzeugform erfolgt lediglich durch Wärmetransport von dem erhitzten Werkstück. Um eine störende Erwärmung der Werkzeugform zu vermeiden bzw. zu reduzieren mag eine zusätzliche Kühlung der Werkzeugform zweckmäßig sein. Diese kann beispielsweise in Gestalt einer Wasserkühlung vorgesehen sein. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Temperatur der Werkzeugform auf einem konstanten, vergleichsweise niedrigen Niveau verbleibt. Ein konstant geringes Temperaturniveau der Werkzeugform bewirkt einen geringeren Verschleiß und geringerer Materialermüdung.The Tool mold can be an induction heater for partial heating of the to be formed workpiece exhibit. The induction heating makes the workpiece non-contact heated being the warming takes place only in the region of Umformkavität. Such contactless Heating has the advantage that the mold itself is not heated becomes. A warming The mold is made only by heat transfer from the heated Workpiece. To a disturbing warming To avoid or reduce the tool shape may be an additional cooling the tool shape be appropriate. This can for example be provided in the form of a water cooling be. In this way it is achieved that the temperature of the mold remains at a constant, comparatively low level. A constant low temperature level of the mold causes less wear and tear less material fatigue.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Werkzeugform eine Einrichtung zum Kühlen auf, die den Anschlussbereich zwischen Werkstück und Druckstempel während der Umformung kühlt.According to one preferred embodiment invention, the mold has a device for cooling, the connecting area between workpiece and plunger during the Forming cools.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Die Figuren zeigen schematisch:in the The invention is based on an embodiment illustrative drawing explained. The figures show schematically:

1 einen Längsschnitt durch eine Werkzeugform mit eingespanntem Werkstückrohling, 1 a longitudinal section through a mold with clamped workpiece blank,

2 eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, ebenfalls im Längsschnitt. 2 a further embodiment of the device according to the invention, also in longitudinal section.

In 1 ist ein horizontaler Schnitt durch eine Werkzeugform 1, wie sie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Innendruck-Umformen eines Hohlkörpers aus Metall eingesetzt wird, dargestellt. Dort ist zu sehen, dass ein metallisches Werkstück 2 in der aus zwei Schalen 3 gebildeten Werkzeugform 1 eingelegt ist. Die bereits geschlossene Werkzeugform 1 weist einen zylindrischen Abschnitt 4 sowie eine Umformkavität 5 auf. Durch einen Druckstempel 8 wird heißes Gas unter Druck in den Innenraum des Werkstücks 2 eingeführt, das zuvor in seinem umzuformenden Bereich partiell erhitzt wurde. Als heißes Gas kann ein Inertgas oder Luft verwendet werden. Zur Umformung eines Werkstückes aus Stahl ist vorzugsweise ein Gas mit einer Temperatur von 800 bis 1000°C zur Umformung eingesetzt. Bei Werkstoffen mit einem niedrigeren Schmelzpunkt wie etwa Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bedarf es niedrigerer Temperaturen von maximal 600°C zur Umformung des Werkstücks 2. Zur Vermeidung einer Materialermüdung der Werkzeugform 1 ist es zweckmäßig, dass die Form 1 auf eine Temperatur von weniger als 350°C temperiert wird. Dies wird zum einen durch die Erwärmung des Werkstücks 2 über das eingeleitete Gas erreicht und kann zum anderen zusätzlich durch eine Kühlung, die an oder in der Werkzeugform 1 vorgesehen ist, unterstützt werden.In 1 is a horizontal section through a tool shape 1 , as used in the inventive method for internal pressure-forming a hollow body made of metal. There you can see that a metallic workpiece 2 in the two bowls 3 formed tool shape 1 is inserted. The already closed mold 1 has a cylindrical section 4 and a Umformkavität 5 on. By a printing stamp 8th hot gas is pressurized into the interior of the workpiece 2 previously partially heated in its area to be formed. As a hot gas, an inert gas or air can be used. For forming a workpiece made of steel, a gas having a temperature of 800 to 1000 ° C. is preferably used for forming. For materials with a lower melting point, such as aluminum or an aluminum alloy, lower temperatures of maximum 600 ° C are required for forming the workpiece 2 , To avoid material fatigue of the mold 1 it is appropriate that the shape 1 is tempered to a temperature of less than 350 ° C. This is partly due to the heating of the workpiece 2 achieved via the gas introduced and can, on the other hand, in addition by a cooling, on or in the mold 1 is intended to be supported.

Das Werkstück 2 wird an seiner Stirnseite innerhalb der Werkzeugform von dem Druckstempel 8 beaufschlagt. Der Druckstempel 8 weist einen hülsenförmigen Abschnitt 9 mit einer Ringschulter 7 zur Anlage an der Stirnfläche des umzuformenden Werkstückes 2 sowie eine innerhalb des hülsenförmigen Abschnitts angeordnete Spanneinrichtung 10 mit einer Gasdurchlassöffnung 11 auf. Die Spanneinrichtung 10 umfasst einen axial verstellbaren Dorn 12 und eine an einer Kegelfläche des Dorns 12 anliegende Spannzange 13, welche durch eine axiale Stellbewegung des Dorns 12 auf eine zylindrische Innenfläche des Werkstücks 2 wirkt und das Werkstück 2 gegen den hülsenförmigen Abschnitt 9 drückt, so dass eine druckfeste Abdichtung zwischen dem Druckstempel 8 und dem Werkstück 2 resultiert.The workpiece 2 is at its front side within the mold of the plunger 8th applied. The printing stamp 8th has a sleeve-shaped section 9 with an annular shoulder 7 for contact with the end face of the workpiece to be formed 2 and a clamping device disposed within the sleeve-shaped portion 10 with a gas passage opening 11 on. The clamping device 10 includes an axially adjustable mandrel 12 and one on a conical surface of the mandrel 12 adjoining collet 13 , which by an axial adjusting movement of the mandrel 12 on a cylindrical inner surface of the workpiece 2 acts and the workpiece 2 against the sleeve-shaped section 9 presses, allowing a pressure-tight seal between the plunger 8th and the workpiece 2 results.

Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Spannzange 13 federnd an dem Druckstempel 8 abgestützt. Die Abstützung erfolgt mittels einer Druckfeder 14 z. B. in Form eines Tellerfederpakets, die in einer Ausnehmung des Druckstempels 8 zwischen der Spannzange 13 und dem Druckstempel 8 angeordnet ist. Mit einer Zugbewegung des Dorns 12 wird die Spannzange 13 an den Enden ihrer Funktionselemente aufgeweitet, erfasst dabei die Innenfläche des Werkstücks 2 und zieht das Werkstück 2 gegen die Ringschulter 7 des Druckstempels 8, so dass das Werkstück 2 und die Ringschulter 7 des Druckstempels 8 druckdicht gegeneinander verspannt sind. Zur Verbesserung der Kraftübertragung ist an der dem Werkstück 2 zugeordneten Kontaktfläche der Spannzange 13 eine zahnförmige Profilierung 15 vorgesehen.At the in 1 illustrated embodiment, the collet 13 is resilient to the plunger 8th supported. The support takes place by means of a compression spring 14 z. B. in the form of a disc spring package, in a recess of the plunger 8th between the collet 13 and the printing stamp 8th is arranged. With a pulling movement of the spine 12 will the collet 13 widened at the ends of their functional elements, thereby capturing the inner surface of the workpiece 2 and pulls the workpiece 2 against the ring shoulder 7 of the printing stamp 8th so that the workpiece 2 and the ring shoulder 7 of the printing stamp 8th pressure-tight against each other are clamped. To improve the power transmission is on the workpiece 2 associated contact surface of the collet 13 a tooth-shaped profiling 15 intended.

Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt der von der Spannzange 13 beaufschlagte Zylinderabschnitt des Werkstücks 2 umfangsseitig an der Innenfläche des hülsenförmigen Abschnitts 9 des Druckstempels 8 an. Durch eine Aufweitung der Spannzange 13 sind die umfangsseitigen Flächen gegeneinander druckdicht verspannbar.At the in 2 illustrated embodiment of the device according to the invention is that of the collet 13 acted upon cylinder portion of the workpiece 2 circumferentially on the inner surface of the sleeve-shaped portion 9 of the printing stamp 8th at. By widening the collet 13 the peripheral surfaces are mutually pressure-tight clamped.

Der 1 und der 2 ist zu entnehmen, dass die Werkzeugform 1 jeweils eine Einrichtung 16 zum Kühlen aufweist, die den Anschlussbereich zwischen Werkstück 2 und Druckstempel 8 während der Umformung kühlt. Ferner kann in der Werkzeugform 1 eine nicht dargestellte Induktionsheizung zur partiellen Erwärmung des umzuformenden Werkstückes 2 vorgesehen sein.Of the 1 and the 2 can be seen that the tool shape 1 one device each 16 for cooling, which is the connection area between the workpiece 2 and printing stamp 8th cool during forming. Furthermore, in the mold 1 an induction heater, not shown, for partial heating of the workpiece to be formed 2 be provided.

Claims

Method for internal pressure forming of a hollow body of metal, wherein a metallic workpiece ( 2 ) partially in a region to be reshaped ( 6 ), then into one of two dishes ( 3 ) formed tool mold ( 1 ), which at least one to the geometry of the blank ( 2 ) adapted cylindrical section ( 4 ) and a Umformkavität ( 5 ) is inserted, and then at least one end face within the mold ( 1 ) from a plunger ( 8th ) is acted upon by a hot gas under pressure in the interior of the workpiece ( 2 ), wherein the workpiece ( 2 ) under an internal pressure which is smaller than the forming pressure required for a forming, by a feed movement of the plunger ( 8th ) is compressed to material in the region of Umformkavität ( 5 ), and wherein the internal pressure is subsequently increased and the workpiece ( 2 ) under a forming pressure of more than 200 bar in the Umformkavität ( 5 ) is widening in shape.

Method according to claim 1, characterized in that that uses an inert gas or air for internal pressure forming becomes.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the workpiece ( 2 ) is acted upon at both end faces of pressure punches, which in cylindrical sections ( 4 ) of the mold ( 1 ) Execute delivery movements.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that for forming a workpiece ( 2 ) of steel a gas with a temperature of 800 to 1000 ° C is used.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that for forming a workpiece ( 2 ) of aluminum or an aluminum alloy, a gas with a temperature of maximum 600 ° C is used.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the workpiece ( 2 ) within the mold ( 1 ) is partially heated by induction.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the workpiece ( 2 ) is compressed at an internal pressure of less than 50 bar.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the workpiece ( 2 ) is formed by forming at a forming pressure of 250 to 500 bar.

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the tool shape ( 1 ) is tempered to a temperature of less than 350 ° C.

Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that in the tool mold ( 1 ) introduced section of the plunger ( 8th ) and / or the portion of the mold in which the plunger is inserted is cooled.

Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 10 with one of two shells ( 3 ) existing tool shape ( 1 ), which has at least one cylindrical section ( 4 ) and a Umformkavität ( 5 ), and at least one plunger ( 8th ) located in the cylindrical section ( 4 ) of the mold ( 1 ) is arranged axially adjustable and a sleeve-shaped portion ( 9 ) with an annular shoulder ( 7 ) for contact with the end face of a workpiece to be formed ( 2 ) and a tensioning device ( 10 ) with a gas passage opening ( 11 ), wherein the tensioning device ( 10 ) an axially adjustable mandrel ( 12 ) and one on conical surfaces of the spine ( 12 ) adjoining collet ( 13 ), which by an axial adjusting movement of the mandrel ( 12 ) on a cylindrical inner surface of the workpiece ( 2 ) and the workpiece ( 2 ) against the sleeve-shaped section ( 9 ) of the printing stamp ( 8th ) and as a result a seal between the plunger ( 8th ) and the workpiece ( 2 ) causes.

Device according to claim 11, characterized in that the collet ( 13 ) back resiliently on the plunger ( 8th ) is supported, wherein the collet ( 13 ) due to a pulling movement of the mandrel ( 12 ) the inner surface of the workpiece ( 2 ) and the workpiece ( 2 ) against the annular shoulder ( 7 ) of the printing stamp ( 8th ) pulls, so that the Workpiece ( 2 ) and the annular shoulder ( 7 ) of the printing stamp ( 8th ) are clamped pressure-tight against each other.

Apparatus according to claim 11 or 12, characterized in that the workpiece ( 2 ) associated contact surface of the collet ( 13 ) a tooth-shaped profiling ( 15 ) having.

Device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the collet chuck ( 13 ) in a recess of the plunger ( 8th ) and at the back on a compression spring ( 14 ) is supported between the collet ( 13 ) and the plunger ( 8th ) is arranged.

Device according to one of claims 11 to 14, characterized in that the of the collet ( 13 ) acted upon cylinder portion of the workpiece ( 2 ) circumferentially on the inner surface of the sleeve-shaped portion ( 9 ) of the printing stamp ( 8th ) and that the peripheral surfaces by a widening of the collet ( 13 ) are pressure-tight against each other.

Device according to one of claims 11 to 15, characterized in that the tool mold ( 1 ) An institution ( 16 ) for cooling, which is the connection area between the workpiece ( 2 ) and plunger ( 8th ) cools during forming.

Device according to one of claims 11 to 16, characterized in that the tool mold ( 1 ) has an induction heater for partial heating of a workpiece to be formed.