DE102010002426B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Fließpressen von Werkstücken - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Fließpressen von Werkstücken Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Fließpressen von mit einer in Längsrichtung (z) desselben durchgehend verlaufenden Bohrung (3) versehenen Werkstücken (2), wobei das Werkstück (2) in einer Matrize (4) aufgenommen wird, welche wenigstens eine in einem Winkel zu der Längsrichtung (z) des Werkstücks (2) verlaufende Querbohrung (6) aufweist, wobei in die in Längsrichtung (z) verlaufende Bohrung (3) ein Längsdorn (9) eingeführt wird, und wobei auf das Werkstück (2) eine in Längsrichtung (z) desselben wirkende Presskraft derart aufgebracht wird, dass ein Teil des Materials des Werkstücks (2) durch die wenigstens eine Querbohrung (6) fließt und ein in einem Winkel zu einem Hauptformelement (7) des Werkstücks (2) verlaufendes, hohles Nebenformelement (8) gebildet wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fließpressen von mit einer in Längsrichtung desselben durchgehend verlaufenden Bohrung versehenen Werkstücken, wobei das Werkstück in einer Matrize aufgenommen wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Fließpressen von mit einer in Längsrichtung desselben durchgehend verlaufenden Bohrung versehenen Werkstücken, mit einer Matrize zum Aufnehmen des Werkstücks.
  • Aus der DE 199 03 684 B4 sind eine Vorrichtung zum Quer-Fließpressen und ein mit dieser Vorrichtung durchführbares Verfahren bekannt. Dieses Quer-Fließpressen wird beispielsweise erfolgreich bei der Herstellung von Gelenkkreuzen in Kardangelenken eingesetzt, wobei für die Halbzeuge sowohl Stahl als auch Aluminiumwerkstoffe verwendet werden können.
  • Die nicht nur in den Industriestaaten, sondern in jüngster Zeit auch in den Entwicklungsländern stetig wachsende individuelle Mobilität steht im Konflikt mit den endlichen Vorkommen der zur Ermöglichung dieser Mobilität notwendigen Rohstoffe. Dadurch wird insbesondere die Automobilindustrie zu einer Weiterentwicklung der zu einer Energieeffizienz beitragenden Technologie sowie zu Maßnahmen zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs gezwungen. Einen wesentlichen Beitrag zur Verringerung des Kraftstoffverbrauchs kann die Reduktion der Fahrzeugmasse leisten. Um eine solche Reduktion erreichen zu können, wird weltweit nach neuen Lösungen geforscht, um konstruktiven und stofflichen Leichtbau bei den verschiedensten Bauteilen anzuwenden. Die Umsetzung von konstruktivem Leichtbau kann beispielsweise durch eine belastungsgerechte Topologie von Bauteilen reduziert werden. Stofflicher Leichtbau erfolgt unter anderem durch die Substitution von Bauteilen aus Stahl durch Aluminiumbauteile. Selbstverständlich müssen die Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung derartiger Leichtbaukomponenten effektiv und kostengünstig gestaltet bzw. für alternative Werkstoffe optimiert werden. Die hierfür eingeschlagenen Wege sind entweder in der Erweiterung von bestehenden Verfahrensgrenzen oder in der Entwicklung von neuen Verfahren zu sehen.
  • Aus der DE 10 2006 009 492 A1 ist ein Verfahren zum Umformen eines Hohlformteils sowie ein zugehöriges Umformwerkzeug bekannt. Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt ein Hohlformteil in eine erste Matrize eingesetzt und in einem zweiten Verfahrensschritt das Hohlformteil in Richtung seiner Hauptachse derart gestaucht, dass dasselbe in einem von der ersten Matrize nicht abgestützten Umformbereich plastisch umgeformt wird. Im Umformbereich wird das Hohlformteil von einer zweiten Matrize außenseitig abgestützt. Das Verfahren ist insbesondere zur Herstellung von Getriebewellen vorgesehen.
  • In der US 6,151,937 A ist eine Vorrichtung zum Bilden von T-förmigen Rohren beschrieben, die mehrere Stationen aufweist. In einer ersten Station wird ein rohrförmiges Rohteil in ein T-förmiges Gesenk eingelegt und es wird aus dem rohrförmigen, länglichen Rohteil ein T-förmiges Bauteil hergestellt. Während der Umformung befindet sich innerhalb des rohrförmigen Rohteils ein Einsatzteil.
  • Ein Verfahren zum Hydroumformen einer Kraftstoffleitung ist in der US 6,497,128 B1 beschrieben. Dabei werden an ein längliches Rohrbauteil mehrere Anschlussstücke angeformt.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit welchen die verschiedensten Werkstücke in Leichtbauweise produziert werden können.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
  • Ausgehend von einem rohrförmigen Rohteil bzw. Werkstück kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, welches als Hohl-Quer-Fließpressen bezeichnet werden kann, die Herstellung von komplexen Geometrieformen mit hohlen aus einem durch das ursprüngliche Werkstück bzw. Rohteil gebildeten Nebenformelementen, die sich an ein Hauptformelement anschließen, dessen Form im Wesentlichen durch die ursprüngliche Form des Werkstücks bestimmt wird, erreicht werden. Das rohrförmige Werkstück wird dabei durch einen in der in Längsrichtung verlaufenden Bohrung angeordneten, als Längsdorn bezeichneten Innendorn radial abgestützt, wodurch das Hauptformelement des hergestellten Bauteils erhalten bleibt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht also eine großserientaugliche Herstellung von rohrförmigen Bauteilen, welche annähernd beliebig zu einem Hauptformelement angeordnete Nebenformelemente aufweisen kann, so dass beispielsweise Rohrleitungen mit direkt angeformten Anschlüssen oder Verzweigungen, Gelenkbauteile mit inneren Hohlräumen, die eine geringere Masse als massive Bauteile aufweisen, Verbindungselemente für die verschiedensten Anwendungen und sonstige, bislang mit anderen Verfahren produzierte Bauteile hergestellt werden können. Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren nur unwesentlich aufwändiger als bekannte Quer-Fließpressverfahren.
  • Um insbesondere bei Rohrleitungsbauteilen einen durchgängigen Hohlraum zu erzeugen, der von mehreren Stellen an der Oberfläche des Bauteils zugänglich ist, kann in einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass das Werkstück vor dem Fließpressen mit wenigstens einer in einem Winkel zu der Längsrichtung des Werkstücks verlaufenden Querbohrung versehen wird, und dass in die Querbohrung vor dem Fließpressen ein Querdorn eingeführt wird.
  • Alternativ dazu kann eine Ausgestaltung des Verfahrens darin bestehen, dass in das wenigstens eine hohle Nebenformelement nach dem Fließpressen eine Bohrung eingebracht wird. Auch auf diese Art und Weise lassen sich Anschlüsse in Querrichtung zu dem Hauptelement anbringen, wobei in diesem Fall auf die Querbohrung und den wenigstens einen Querdorn verzichtet werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich besonders vorteilhaft anwenden, wenn ein Werkstück verwendet wird, welches über seine Länge im Wesentlichen denselben Querschnitt aufweist.
  • Eine Vorrichtung zum Fließpressen, mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, ist in Anspruch 5 angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nur unwesentlich aufwändiger als bekannte, zum Quer-Fließpressen eingesetzte Vorrichtungen und es können insbesondere beim Quer-Fließpressen eingesetzte Vorrichtungskomponenten auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt werden.
  • Um eine definierte Herstellung des wenigstens einen Nebenformelements zu erreichen, kann eine vorteilhafte Weiterbildung der Vorrichtung darin bestehen, dass wenigstens ein Querdorn vorgesehen ist, welcher in eine in einem Winkel zu der Längsrichtung des Werkstücks verlaufende Querbohrung des Werkstücks einführbar ist.
  • Um in dem von dem Hauptformelement in das Nebenformelement übergehenden Bereich eine möglichst gleichmäßige, fehlerfreie Oberfläche zu erzeugen, kann in einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Längsdorn wenigstens eine Ausnehmung zur Aufnahme des dem Längsdorn zugewandten Endes des wenigstens einen Querdorns aufweist.
  • Alternativ dazu ist es auch möglich, dass der wenigstens eine Querdorn an seiner dem Längsdorn zugewandten Seite derart an den Querschnitt des Längsdorns angepasst ist, dass der wenigstens eine Querdorn im Wesentlichen mit seinem gesamten Querschnitt an dem Längsdorn anliegt. Eine solche Ausführungsform ist insbesondere dann sinnvoll, wenn eine Bearbeitung des Längsdorns, beispielsweise aufgrund eines geringen Durchmessers desselben, nicht möglich ist.
  • Eine weitere alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann darin bestehen, dass der Längsdorn eine Bohrung zur Durchführung des wenigstens einen Querdorns aufweist. Hierbei handelt es sich um eine mit sehr geringem Aufwand herstellbare Lösung zur gegenseitigen Anordnung des Längs- und des wenigstens einen Querdorns, die vor allem dann eingesetzt werden kann, wenn der Längsdorn einen sehr viel größeren Durchmesser als der Querdorn aufweist. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass nur ein Querdorn und nur eine Einrichtung zur Verstellung desselben erforderlich ist.
  • Um Werkstücke mit wenigstens zwei Nebenformelementen herstellen zu können, bei denen die Nebenformelemente in unterschiedlichen Ebenen in Längsrichtung des Hauptelements angeordnet sind, kann des weiteren vorgesehen sein, dass die Matrize aus einem Matrizenoberteil und einem Matrizenunterteil besteht, wobei eine Teilungsebene zwischen dem Matrizenoberteil und dem Matrizenunterteil abgesetzt ist.
  • Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
  • Es zeigt:
  • 1 eine prinzipmäßige Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem ersten Verfahrenszustand;
  • 2 die Vorrichtung aus 1 in einem zweiten Verfahrenszustand;
  • 3 eine erste Möglichkeit der gegenseitigen Anordnung von Längs- und Querdornen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 4 eine zweite Möglichkeit der gegenseitigen Anordnung von Längs- und Querdornen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 5 eine dritte Möglichkeit der gegenseitigen Anordnung von Längs- und Querdornen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
  • 6 eine detailliertere Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem ersten Verfahrenszustand;
  • 7 die Vorrichtung aus 6 in einem zweiten Verfahrenszustand;
  • 8 die Vorrichtung aus 6 in einem dritten Verfahrenszustand;
  • 9 die Vorrichtung aus 6 in einem vierten Verfahrenszustand;
  • 10 ein erstes Beispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Werkstücks;
  • 11 ein zweites Beispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Werkstücks;
  • 12 ein drittes Beispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Werkstücks;
  • 13 ein viertes Beispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Werkstücks;
  • 14 ein fünftes Beispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Werkstücks;
  • 15 ein sechstes Beispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Werkstücks;
  • 16 ein siebtes Beispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Werkstücks;
  • 17 ein achtes Beispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Werkstücks;
  • 18 ein neuntes Beispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Werkstücks; und
  • 19 ein zehntes Beispiel eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren Werkstücks.
  • 1 zeigt in einer sehr prinzipmäßigen Darstellung eine Vorrichtung 1 zum Fließpressen eines Werkstücks 2. Durch das nachfolgend beschriebene, mit Hilfe der Vorrichtung 1 durchgeführte Verfahren wird das Werkstück 2 von seinem Rohzustand, in dem das Werkstück 2 als Halbzeug vorliegt, in ein Fertigteil 2' umgewandelt, das eine der in den 10 bis 19 beispielhaft dargestellten Geometrien aufweisen kann. Selbstverständlich sind auch andere, in den Figuren nicht dargestellte Formen des Fertigteils 2' möglich.
  • Das Werkstück 2 weist eine in der mit ”z” bezeichneten Längsrichtung desselben durchgehend verlaufende Bohrung 3 auf, die demnach auch als Durchgangsbohrung bezeichnet werden kann. Somit handelt es sich bei dem Werkstück 2 um ein rohrförmiges Werkstück, welches vorzugsweise über seine Länge im Wesentlichen denselben Querschnitt aufweist. Dieser Querschnitt des Werkstücks 2 kann, wie in den 10 bis 18 dargestellt, im Wesentlichen zylindrisch sein, es kann sich jedoch auch um einen rechteckigen, quadratischen oder auch vollkommen unregelmäßig geformten Querschnitt handeln, wie beispielsweise in 19 dargestellt. Insbesondere ist es nicht erforderlich, dass die Bohrung 3 dieselbe Form wie die Außenkontur des Werkstücks 2 aufweist. Vielmehr kann auch die Bohrung 3 die verschiedensten Querschnittsformen aufweisen.
  • Die Vorrichtung 1 weist eine Matrize 4 auf, die im vorliegenden Fall zwei Matrizenteile bzw. -hälften, nämlich ein Matrizenoberteil 4a und ein Matrizenunterteil 4b aufweist. In der von der Matrize 4 gebildeten Kavität wird das Werkstück 2 eingelegt und mit einen Presswerkzeug 5, welches einen oberen Pressstempel 5a und einen unteren Pressstempel 5b aufweist, wird in der Längsrichtung z des Werkstücks 2 eine Presskraft aufgebracht. Da durch die beiden Pressstempel 5a und 5b die Presskraft von beiden Seiten aufgebracht wird und die Matrize 4 wenigstens eine, im vorliegenden Fall zwei in einem Winkel zu der Längsrichtung z verlaufende Querbohrungen 6 aufweist, wird das Material des Werkstücks 2 in der mit ”x” bezeichneten Querrichtung verdrängt. Mit anderen Worten, das Material des Werkstücks 2 fließt durch die Querbohrungen 6 der Matrize 4 und bildet, zusätzlich zu dem bereits durch das Werkstück 2 gebildeten und durch das Fließpressen in seiner Größe verringerten Hauptformelement 7 wenigstens ein, in der Ausführungsform von 1 und 2 zwei Nebenformelemente 8. Hierbei stellt sich innerhalb des gesamten Werkstücks 2 ein Materialfluss in Richtung der Nebenformelemente 8 ein. In der Darstellung gemäß 2, welche den Verfahrenszustand nach dem Fließpressen zeigt, ist das mit dem Bezugszeichen 2' bezeichnete Fertigteil mit dem Hauptformelement 7, dessen Form durch die Form des Werkstücks 2 vorgegeben ist, und den im vorliegenden Fall zwei Nebenformelementen 8, deren Form durch die Form der Querbohrungen 6 der Matrize 4 bestimmt wird, zu erkennen.
  • Um die Stabilität des Werkstücks 2 während der Umformung zu gewährleisten, weist die. Vorrichtung 1 einen Axialdorn bzw. Längsdorn 9 auf, welcher vor dem Fließpressen in die in Längsrichtung z verlaufende Bohrung 3 eingeführt wird und der während des Fließpressens in der Bohrung 3 verbleibt.
  • In der dargestellten Ausführungsform des Verfahrens weist das Werkstück 2 eine vor dem Fließpressen in dieselbe eingebrachte, in einem Winkel zu der Längsrichtung z des Werkstücks 2 verlaufende Querbohrung 10 auf, in welche vor dem Fließpressen ein bzw. im vorliegenden Fall zwei Radialdorne bzw. Querdorne 11 eingeschoben werden. Wie der Längsdorn 9 in der Bohrung 3 verbleibt, so verbleiben auch die Querdorne 11 während des Fließpressens in der Querbohrung 10, um eine definierte Bohrung der Nebenformelemente 8 zu erzeugen.
  • Im vorliegenden Fall beträgt der Winkel der Querbohrung 6 zu der Bohrung 9 ca. 90°. Denselben Winkel weisen auch die Querdorne 11 zu dem Längsdorn 9 auf. Prinzipiell sind jedoch auch von 90° verschiedene Winkel möglich, wie beispielsweise das in 18 dargestellte Fertigteil 2' zeigt.
  • In den 3, 4 und 5 sind verschiedene Ausführungsformen der gegenseitigen Anordnung der Querdorne 11 zu dem Längsdorn 9 dargestellt. So sind bei der Ausführungsform gemäß. 3 die beiden Querdorne 11 an ihrer dem Längsdorn 9 zugewandten Seite an den im vorliegenden Fall runden Querschnitt des Längsdorns 9 angepasst, so dass die beiden Querdorne 11 im Wesentlichen mit ihrem gesamten Querschnitt an dem Längsdorn 9 anliegen. Auf diese Weise ergibt sich bereits eine recht gute Abdichtung zwischen dem Querdorn 11 und dem Längsdorn 9. Des Weiteren geht aus 3 hervor, dass die Querdorne 11 in ihrem von dem Längsdorn 9 abgewandten Bereich jeweilige Querschnittsverringerungen 12 aufweisen. Durch solche Querschnittsverringerungen 12 werden die zwischen dem Werkstück 2 und den Querdornen 11 beim Fließpressen auftretenden Reibungskräfte wesentlich verringert, so dass zur Herstellung des Fertigteils 2' aus dem Werkstück 2 geringere Presskräfte erforderlich sind.
  • Bei der Ausführungsform gemäß 4 weist der Längsdorn 9 zwei auf einander gegenüberliegenden Seiten desselben angeordnete Ausnehmungen 13 auf, die zur Aufnahme der dem Längsdorn 9 zugewandten Enden der Querdorne 11 dienen. Dadurch ergibt sich eine noch bessere Abdichtung zwischen dem Längsdorn 9 und den Querdornen 11, so dass noch besser verhindert wird, dass das umgeformte Material in den Bereich zwischen dem Längsdorn 9 und den Querdornen 11 eintreten kann. Dadurch wird eine sehr gute Formgenauigkeit des Fertigteils 2' erreicht.
  • Eine insbesondere in dem Fall einsetzbare Ausführungsform, in dem der Längsdorn 9 einen erheblich größeren Durchmesser als der wenigstens eine Querdorn 11 aufweist, ist in 5 dargestellt. Hierbei weist der Längsdorn 9 eine Bohrung 14 auf, welche zur Durchführung des in diesem Fall einzigen Querdorns 11 dient.
  • In den 6 bis 9 ist eine Ausführungsform der Vorrichtung 1 zum Fließpressen des Werkstücks 2 detaillierter dargestellt. Zu erkennen ist wiederum die Matrize 4 mit dem Matrizenoberteil 4a und dem Matrizenunterteil 4b. Da der Aufbau der Vorrichtung 1 teilweise ähnlich zu dem Aufbau einer an sich bekannten Vorrichtung zur Durchführung eines Quer-Fließpressverfahrens sein kann, werden die einzelnen Teile derselben und deren Funktion nur sehr kurz beschrieben. Der Aufbau der Vorrichtung 1 ist im Wesentlichen symmetrisch zu der Matrizenteilungsebene, in welcher die beiden Querdorne 11 angeordnet sind.
  • Die Matrize 4 wird mit jeweiligen Spannringen 15 vorzugsweise mittels Schraubverbindungen auf Matrizenaufnahmen 16 befestigt. Die Matrizenaufnahmen 16 sind in jeweiligen Ringkolben 17 aufgenommen, an die sich jeweils ein Druckraum 18 anschließt, der durch den Hohlraum eines jeweiligen Schließwerkzeugzylinders 19 gebildet ist. Die beiden Schließwerkzeugzylinder 19 sind mit jeweiligen Blasenspeichern 20 versehen, welche ein unter Druck stehendes Gas, vorzugsweise Stickstoff, in den Druckraum 18 leiten, wodurch der Druckraum 18 als Feder wirkt, um ein Eintauchen des jeweiligen Ringkolbens 17 zu ermöglichen und dieses Eintauchen zu dämpfen. An den Schließwerkzeugzylindern 19 sind des Weiteren jeweilige Säulendruckstücke 21 angeordnet, welche über jeweilige Druckstücke 22 auf die beiden Pressstempel 5a bzw. 5b wirken.
  • Die gesamte Vorrichtung 1 befindet sich innerhalb einer nicht dargestellten Presse, welche auf die jeweiligen Schließwerkzeugzylinder 19 wirkt. Dabei stellen die beiden Schließwerkzeugzylinder 19 mit den Blasenspeichern 20, die Ringkolben 17 und die Säulendruckstücke 21 die für das Quer-Fließpressen typische zweifache Werkzeugbewegung auch auf einer einfach wirkenden Umformpresse sicher.
  • Zum Ein- und Ausfahren der Querdorne 11 dienen im vorliegenden Fall als jeweilige Hydraulikzylinder 23 ausgebildete Kraftaufbringungseinrichtungen. Statt der Hydraulikzylinder 23 könnten auch Pneumatikzylinder, Schneckenantriebe oder ähnliche Einrichtungen zum Erzeugen der für die Querdorne 11 erforderlichen Bewegung vorgesehen sein.
  • 7 zeigt die Vorrichtung 1 zu Beginn der Umformung bzw. des Fließpressvorgangs. Hierbei bilden die geschlossenen Matrizenteile 4a und 4b und die im Anschlag zu dem Längsdorn 9 positionierten Querdorne 11 eine Kavität zur Durchführung des Quer-Fließpressens. Die Ringkolben 17 sind minimal in die obere bzw. untere Werkzeughälfte eingefedert, um zu gewährleisten, dass die Matrize 4 geschlossen bleibt. Ausgehend von diesem in 7 dargestellten Zustand wird die Presskraft vom Pressentisch bzw. -stößel über die Säulendruckstücke 21, die Druckstücke 22 und die Pressstempel 5a, 5b in das Werkstück 2 eingeleitet.
  • Für das mit der Vorrichtung 1 durchgeführte Hohl-Quer-Fließpressen ist eine hohe Güte des Gleichlaufs der Vorrichtung 1 und insbesondere eine synchrone Einfederung der oberen und unteren Schließwerkzeughälfte gerade am Beginn des Verfahrens erforderlich, da ansonsten kritische Werkzeugbelastungen auftreten können. Dieser exakte Gleichlauf kann durch eine exakte Fertigung mit geringen Toleranzen sowie durch eine exakte Einstellung des Drucks in den Druckräumen 18 und des Hydraulikdrucks an den Schließwerkzeugzylinder 19 erreicht werden.
  • In 8 ist die Vorrichtung 1 während des Hohl-Quer-Fließpressens dargestellt. Hierbei bewegen sich die hohlen Pressstempel 5a und 5b mit gleicher Relativgeschwindigkeit aufeinander zu. Durch diese Bewegung der Pressstempel 5a, 5b des Presswerkzeugs 5 wird der umzuformende Werkstoff durch die kreisförmigen Querbohrungen 6 in der Matrize 4 aus dem Hauptformelement 7 in die Nebenformelemente 8 verdrängt. Die Querdorne 11 werden während der Durchführung des Fließpressens mit Hilfe der Hydraulikzylinder 23 auf der für die korrekte Durchführung des Prozesses richtigen Position gehalten.
  • Nach dem Rückhub des Pressenstößels und dem öffnen der Matrize 4 verbleibt das gepresste Fertigteil 2' in der unteren Werkzeughälfte, wie in 9 zu erkennen ist. Anschließend werden die Querdorne 11 aus den Nebenformelementen 8 entfernt und das Fertigteil 2' wird durch einen Auswerfer 24 im Pressentisch ausgestoßen.
  • In den 10 bis 19 sind verschiedene Beispiele für aus dem rohrförmigen Werkstück 2 herstellbare Fertigteile 2' dargestellt. Bei dem in 10 dargestellten Fertigteil 2' sind die Nebenformelemente 8 mit der durchgehenden Querbohrung 10 versehen.
  • Im Gegensatz dazu war das Werkstück 2, das zu dem Fertigteil 2' gemäß 11 geführt hat, nicht mit der Querbohrung 10 versehen. Dennoch hat sich, wie in 11 deutlich zu erkennen ist, innerhalb der Nebenformelemente 8 ein Hohlraum ausgebildet, was darauf zurückzuführen ist, dass auch das Hauptformelement 7 mit der in Längsrichtung z verlaufenden Bohrung 3 versehen ist und das Material entsprechend der prinzipiellen Form des Werkstücks 2 in die Nebenformelemente 8 fließt. Es ist also nicht unbedingt erforderlich, das Werkstück 2 vor dem Fließpressen mit der Querbohrung 10 zu versehen. Gegebenenfalls kann bei der Ausführungsform gemäß 11 nachträglich eine nicht dargestellte Bohrung eingebracht werden, die sich bis in den Hohlraum des Nebenformelements 8 erstreckt. Eine solche Bohrung kann beispielsweise mit einem Gewinde versehen werden, um ein entsprechendes Funktionsteil zu erzeugen. Da es sich herausgestellt hat, dass die Nebenformelemente 8 bei der Ausführungsform gemäß 11 bei der Verwendung von runden Querbohrungen 6 einen geringfügig elliptischen Querschnitt aufweisen, können die Querbohrungen 6 der Matrize 4 ebenfalls elliptisch ausgeführt sein. Diese elliptische Ausführung sollte derart sein, dass an dem sich bei dem Nebenformelement 8 ergebenden größeren Durchmesser der Ellipse die Querbohrung 6 der Matrize 4 einen kleineren Durchmesser aufweist und umgekehrt. Dadurch kann trotz der Abweichung des Nebenformelements 8 von der Form der Querbohrung 6 der Matrize 4 ein kreisrundes Nebenformelement 8 erreicht werden. Gegebenenfalls muss die exakte Form der Querbohrungen 6 durch Versuche ermittelt werden.
  • Die 12 bis 18 zeigen verschiedene weitere Ausführungsformen von Fertigteilen 2', die mit dem beschriebenen Verfahren des Hohl-Quer-Fließpressens aus einem rohrförmigen Werkstück 2 hergestellt werden können. Bei den in den 10, 11 und 12 dargestellten Geometrieformen können mit einer senkrecht zu der Längsachse z des Werkstücks 2 liegenden Teilungsebene der Matrize 4 hergestellt werden.
  • Für die in den 13, 14 und 15 dargestellten Fertigteile 2' sind weitere Querdorne 11 mit entsprechenden Werkzeugachsen für die gegenüber den in den 10 bis 12 vorhandenen zusätzlichen Nebenformelemente 8 erforderlich. Dies gilt selbstverständlich nur für den Fall, dass in dem Werkstück 2 die Querbohrung 10 vorhanden ist. Dies bedeutet, dass die in den 13, 14 und 15 dargestellten Geometrieformen auch analog zu dem in 11 dargestellten Fertigteil 2' ohne die Querbohrung 10 und ohne den Einsatz der Querdorne 11 hergestellt werden können.
  • Prinzipiell erlaubt die Beschränkung auf zwei Nebenformelemente 8 einen größeren Gestaltungsspielraum bei der Konstruktion des Längsdorns 10 und der Querdorne 11, insbesondere in deren Übergangsbereich zueinander, als dies beispielsweise bei vier Nebenformelementen 8 der Fall ist. Des weiteren ist die Werkzeugbelastung bei zwei Nebenformelementen 8, die in einem Winkel von 180° zueinander angeordnet sind, deutlich geringer, da sich, verglichen mit nur einem Nebenformelement 8, bei der Umformung ein homogeneres Geschwindigkeitsfeld in dem Werkstück 2 ausbildet.
  • Für die in den 16, 17 und 18 dargestellten Geometrieformen, bei denen die Nebenformelemente 8 in unterschiedlichen Ebenen liegen, kann eine nicht dargestellte Matrize 4 mit abgesetzter Teilungsebene verwendet werden. Dabei ist die Teilungsebene der Matrize durch die Hauptachse des Werkstücks 2 bzw. des Fertigteils 2' und die Achsen der Nebenformelemente 8 definiert. In diesem Fall kann die konventionelle Werkzeug- und Maschinentechnik des Quer-Fließpressens, bei der die Stößeldruckkraft der Umformmaschine für die Aufbringung der Schließkraft und der Umformkraft verwendet wird, nicht angewendet werden. Vielmehr kann für das Geschlossenhalten der geteilten Matrize 4 eine hydraulische Zuhaltevorrichtung eingesetzt werden, wie sie beispielsweise aus der Hydroumformung bekannt ist. Die Umformkraft kann in diesem Fall von zwei an gegenüberliegenden Seiten der Vorrichtung 1 angebrachten Hydraulikzylindern oder ähnlichen Einrichtungen aufgebracht werden.
  • Der im Vergleich zur Umformkraft relativ geringe Kraftbedarf beim Entformen der Querdorne 11 der Nebenformelemente 8 ermöglicht einen modularen Aufbau der Vorrichtung 1. Ein solcher modularer Aufbau der Vorrichtung 1 ermöglicht eine Anpassung der Anordnung der Achsen und somit die Herstellung von unterschiedlichen Geometrien mit demselben prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung 1, d. h. die Hydraulikzylinder 23 mit den Querdornen 11 können an den dafür erforderlichen Positionen angebracht werden. Zur Anpassung der Vorrichtung 1 an ein anderes Werkstück 2 bzw. Fertigteil 2' müssen lediglich die Matrize 4, das Presswerkzeug 5, der Längsdorn 9, der wenigstens eine Querdorn 11 und die Befestigungselemente der Positionierachsen ausgetauscht werden.
  • Die unterschiedlichen Längsdorne 10 und Querdorne 11 für die Ausformung des Innendurchmessers des Hauptformelements 7 und der Nebenformelemente 8 können unter diesen Bedingungen in einem bestimmten Durchmesserbereich relativ einfach variiert werden. So können bei einem verhältnismäßig großen Durchmesser des Längsdorns 10 Werkstücke 2 mit geringer Wanddicke, oder bei kleinen Durchmessern Werkstücke 2 mit großen Wanddicken umgeformt werden.
  • Als Material für das Werkstück 2 kommen verschiedene Stahl- und Aluminiumwerkstoffe sowie gegebenenfalls andere umformbare Materialien in Frage.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Fließpressen von mit einer in Längsrichtung (z) desselben durchgehend verlaufenden Bohrung (3) versehenen Werkstücken (2), wobei das Werkstück (2) in einer Matrize (4) aufgenommen wird, welche wenigstens eine in einem Winkel zu der Längsrichtung (z) des Werkstücks (2) verlaufende Querbohrung (6) aufweist, wobei in die in Längsrichtung (z) verlaufende Bohrung (3) ein Längsdorn (9) eingeführt wird, und wobei auf das Werkstück (2) eine in Längsrichtung (z) desselben wirkende Presskraft derart aufgebracht wird, dass ein Teil des Materials des Werkstücks (2) durch die wenigstens eine Querbohrung (6) fließt und ein in einem Winkel zu einem Hauptformelement (7) des Werkstücks (2) verlaufendes, hohles Nebenformelement (8) gebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) vor dem Fließpressen mit wenigstens einer in einem Winkel zu der Längsrichtung (z) des Werkstücks (2) verlaufenden Querbohrung (10) versehen wird, und dass in die Querbohrung (10) vor dem Fließpressen wenigstens ein Querdorn (11) eingeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in das wenigstens eine hohle Nebenformelement (8) nach dem Fließpressen eine Bohrung eingebracht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkstück (2) verwendet wird, welches über seine Länge im Wesentlichen denselben Querschnitt aufweist.
  5. Vorrichtung zum Fließpressen von mit einer in Längsrichtung (z) desselben durchgehend verlaufenden Bohrung (3) versehenen Werkstücken (2), mit einer Matrize (4) zum Aufnehmen des Werkstücks, welche wenigstens eine in einem Winkel zu der Längsrichtung (z) verlaufende Querbohrung (6) aufweist, mit einem in die Längsbohrung (z) des Werkstücks (2) einführbaren Längsdorn (9), und mit einem Presswerkzeug (5) zum Aufbringen einer in Längsrichtung (z) des Werkstücks (2) gerichteten Presskraft.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Querdorn (11) vorgesehen ist, welcher in eine in einem Winkel zu der Längsrichtung (z) des Werkstücks (2) verlaufende Querbohrung (10) des Werkstücks (2) einschiebbar ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsdorn (9) wenigstens eine Ausnehmung (13) zur Aufnahme des dem Längsdorn (9) zugewandten Endes des wenigstens einen Querdorns (11) aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Querdorn (11) an seiner dem Längsdorn (9) zugewandten Seite derart an den Querschnitt des Längsdorns (9) angepasst ist, dass der wenigstens eine Querdorn (11) im Wesentlichen mit seinem gesamten Querschnitt an dem Längsdorn (9) anliegt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsdorn (9) eine Bohrung (14) zur Durchführung des wenigstens einen Querdorns (11) aufweist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (4) aus einem Matrizenoberteil (4a) und einem Matrizenunterteil (4b) besteht, wobei eine Teilungsebene zwischen dem Matrizenoberteil (4a) und dem Matrizenunterteil (4b) abgesetzt ist.
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