DE102012205855A1

DE102012205855A1 - Innendorn und Verfahren

Info

Publication number: DE102012205855A1
Application number: DE102012205855A
Authority: DE
Inventors: Paul E. Krajewski; Michael H. Lovell; Tiffanie E. Coe; Terry A. Kent; Kevin R. Marks; William R. Rodgers; Howard William Cox; William Parker; Darrell W. Rebman; John Collins
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2012-04-11
Publication date: 2012-10-18
Also published as: CN102728704A; US8631671B2; US20120260709A1

Abstract

Ein Verfahren und ein System zum Formen eines Teils aus einem Werkstück, das einen hohlen Abschnitt enthält, die einen Dorn und eine herkömmliche Presse wie etwa eine Prägepresse enthalten, enthält das Füllen des hohlen Abschnitts des Werkstücks mit einem Dornmaterial und das Umwandeln des Dornmaterials zum Formen eines Dorns. Das Dornmaterial ist aus dem geformten Teil entnehmbar und kann wiederverwertet werden, um einen Dorn für ein anderes Werkstück zu formen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf ein System unter Verwendung eines Dorns und einer herkömmlichen Presse zum Bilden eines Teils aus einem hohlen Werkstück.
HINTERGRUND
Zahlreiche Industrie- und Produktanwendungen erfordern komplizierte allgemeine Rohrformen. Zum Beispiel können in der Fahrzeugindustrie Fahrzeugkomponenten wie etwa Fahrzeugrahmenträger, selbsttragende Komponenten, Federungsglieder, Motorträger und Armaturenbrett-Stützträger eine rohrförmige Konstruktion aufweisen, bei der die Komponente häufig aus einem rohrförmigen Glied gebildet ist, um einen allgemein rechteckigen Querschnitt zu erzeugen. Rohre mit einem gegebenen Durchmesser, z. B. mit der größeren Größe, die für Fahrzeuganwendungen erforderlich sind, können sich verbiegen, dehnen, Falten bilden und/oder riffeln, wenn sie während der Biege- und Formprozesse nicht ausreichend unterstützt werden. Das Formen solcher rohrförmiger Komponenten in einer herkömmlichen Presse, z. B. in einer mechanischen Standardpresse oder Standardprägepresse, bietet Probleme bei der ausreichenden Verformung des Werkstücks, das als ein rohrförmiges Glied bereitgestellt wird, um das Werkstück so zu formen oder fließen zu lassen, dass es die Aussparungen des Formhohlraums füllt, ohne die rohrförmige Struktur des Werkstücks zusammenzudrücken, zu verbiegen oder Falten zu bilden.
Es sind Hydroforming-Prozesse entwickelt worden, um komplizierte rohrförmige Komponenten dadurch zu formen, dass allgemein ein Rohr oder Werkstück zwischen einem Paar Formen angeordnet wird, so dass, während sich die Formen vereinigen, die Enden des rohrförmigen Werkstücks mit einem Paar Dichtungseinheiten abgedichtet werden. Das Werkstück wird mit einem Fluid, üblicherweise Wasser oder einem Wasser-Glycerin-Gemisch, gefüllt, das daraufhin mit Druck beaufschlagt wird. Die Druckbeaufschlagung des Fluids innerhalb des Werkstücks führt zum Formen und Ausdehnen des Rohrs, damit es sich an den Formhohlraum anpasst, wobei das Druckfluid als ein Dorn wirkt, um die Innenoberfläche des rohrförmigen Werkstücks zu unterstützen, um das Zusammendrücken oder Bilden von Falten der rohrförmigen Struktur, während das Werkstück verformt wird, um sich der Konfiguration des Formhohlraums anzupassen, zu verhindern. Vor dem Freisetzen des Werkstücks aus der Hydroforming-Presse werden die Dichtungseinheiten entnommen und wird das Hydroforming-Fluid aus dem geformten Teil entleert. Die Hauptnachteile des Hydroforming sind die Kosten und die Zykluszeit, die erforderliche Verwendung spezieller Hydroforming-Pressen, die mit Hydraulik und Hochdruckpumpen ausgestattet sind, verlängerte Zykluszeiten für die Druckbeaufschlagung und Entleerung jedes Werkstücks, der Hydraulikfluidbehälter und Fluidmanagementsysteme und die hohen Wartungskosten und die lange Wartungszeit. Außerdem können einige Teile-Konfigurationen eine Vorformoperation zum Biegen des Werkstücks unter Verwendung eines Biegewerkzeugs und eines Dorns vor dem Formen des Teils unter Verwendung eines Hydroforming-Prozesses erfordern.
ZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein Verfahren zum Formen eines Teils aus einem Werkstück, das einen hohlen Abschnitt enthält, unter Verwendung eines Dorns und einer herkömmlichen Presse geschaffen. Das Werkstück kann z. B. ein Rohr sein und das geformte Teil kann ein rohrförmiges Glied wie etwa ein Fahrzeugrahmenträger sein. Das Werkstück kann aus einer Aluminiumlegierung, aus einer Stahllegierung, aus einer Magnesiumlegierung, aus einem aluminiumhaltigen Material, aus einem Eisenmaterial, aus einem magnesiumhaltigen Material, aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung hergestellt sein. Das Verfahren enthält das Füllen des hohlen Abschnitts des Werkstücks mit einem Dornmaterial und das Umwandeln des Dornmaterials zum Formen eines Dorns in dem hohlen Abschnitt innerhalb des Werkstücks. Das Teil wird aus dem Werkstück unter Verwendung einer herkömmlichen Presse und des Dorns geformt, wobei die Presse, üblicherweise über einen Formensatz, auf das Werkstück Druck ausübt, um das Werkstück zu dem Teil zu verformen. Der Dorn schützt die Innenoberfläche des Werkstücks während der Verformung durch die Presse und durch den Formensatz mit ausreichend Kraft, um Zusammendrücken, Verbiegen, Bilden von Falten oder andere unerwünschte Mängel an dem Werkstück oder an dem daraus geformten Teil während des Formprozesses zu verhindern. Der Dorn kann eine inkrementelle Kraft ausüben, die die Verformung des Werkstücks in den oder die Anpassung an den Formhohlraum erleichtert oder zu ihr beiträgt.
Wie es hier verwendet ist, ist eine herkömmliche Presse eine Presse, die für das Formen eines Teils ohne Verwendung herkömmlicher Hydroforming-Ausrüstung, -Verfahren und -Techniken wie etwa Hydroforming-Füll- und -Abdichtsysteme, Hochdruckpumpen, Hydroforming-Fluidentleerungsbehälter und -Fluidspeichersysteme zum Handhaben von Hydroforming-Fluid usw. konfiguriert ist. Zum Beispiel kann eine herkömmliche Presse eine Prägepresse oder eine andere mechanische oder hydraulische Presse sein, die üblicherweise einen Rahmen, eine Auflagestelle und einen Stößel enthält, in denen ein Formensatz oder Formkomponenten konfiguriert sein können. Wenn die Formkomponenten durch die Presse geschlossen werden, üben sie auf ein in dem Formensatz angeordnetes Werkstück eine Kraft aus, um aus dem Werkstück ein Teil zu formen. Der geschlossene Formensatz definiert einen Formhohlraum. Die Gestalt des so geformten Hohlraums entspricht der Gestalt des geformten Teils, das durch die Presse geformt wird, die sich in der Weise schließt, dass der Formensatz einen Druck auf das Werkstück ausübt.
Der wie hier beschriebene Dorn ist nach dem Formen aus dem Teil entnehmbar. Das Entnehmen des Dorns aus dem Teil kann Schütteln, Vibrieren, Anziehen, Auflösen, Erwärmen, Schmelzen und Erweichen des Dorns oder des Dornmaterials oder eine Kombination von diesen enthalten. Das Dornmaterial kann wiederverwertbar sein, so dass das Dornmaterial nach der Entnahme aus dem geformten Teil wiederverwendet werden kann, um einen Dorn in einem anderen zu formenden Werkstück zu formen.
In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das Dornmaterial ein Gas sein, das dem hohlen Abschnitt des Werkstücks durch eine Öffnung in dem Werkstück zugeführt wird. Die Öffnung kann abgedichtet werden und das Gas dem hohlen Abschnitt durch die Dichtung zugeführt werden. Das Gas wird in dem hohlen Abschnitt verdichtet, um gegen die Innenoberfläche des Werkstücks, die den hohlen Abschnitt definiert, ausreichend Kraft bereitzustellen, um das Zusammendrücken, Verbiegen und/oder Bilden von Falten des Werkstücks während des Formens zu verhindern. Außerdem kann das Gas während des Formens des Teils durch die Presse weiter verdichtet werden, um eine inkrementelle Kraft gegen die Innenoberfläche des Werkstücks bereitzustellen, um die Verformung des Werkstücks in den Formenhohlraum zum Bilden des Teils zu erleichtern.
In einem weiteren nicht einschränkenden Beispiel kann der Dorn einen Festkörper enthalten. Das Dornmaterial kann vor der Umwandlung zu einem Dorn einen Festkörper enthalten oder kann während des Formens des Dorns in einen Festkörper umgewandelt werden.
Das Dornmaterial kann z. B. eines oder eine Kombination einer Kautschukmischung, einer Synthesekautschukmischung, eines Granulats, einer formbaren Masse, eines Tons, einer Modellierverbindung, einer Formverbindung und Sand enthalten, die durch ein Füll- oder Verdichtungsverfahren bis auf eine vorgegebene oder minimale Dichte, die ausreicht, um einen Druck gegen die Innenoberfläche des Werkstücks bereitzustellen, um das Zusammendrücken, Verbiegen und/oder Bilden von Falten des Werkstücks während des Formens in der herkömmlichen Presse zu verhindern, in dem hohlen Abschnitt des Werkstücks konfiguriert sein können.
Das Dornmaterial kann ein Material enthalten, das durch eine Übergangstemperatur wie etwa einen Schmelzpunkt, eine Glasübergangstemperatur oder einen Gefrierpunkt charakterisiert ist, wobei das Dornmaterial über der Übergangstemperatur eine erhöhte Viskosität aufweist oder leichter fließfähig oder formbar ist. Beispiele enthalten eine Metalllegierung mit niedrigem Schmelzpunkt, die über ihrer Übergangstemperatur (Schmelzpunkt) geschmolzen oder flüssig ist und unter ihrem Schmelzpunkt fest ist; ein Polymer, das über seiner Übergangstemperatur (Glasübergangstemperatur) erweicht oder biegsam ist und unter seiner Glasübergangstmperatur starr oder spröde ist; oder ein Fluid, das über seiner Übergangstemperatur (Gefrierpunkt) in einem fluiden Zustand ist und unter seiner Gefriertemperatur in einem festen Zustand ist. Unter Verwendung eines hier beschriebenen Verfahrens kann der hohle Abschnitt des Werkstücks bei einer Temperatur, die die Dornmaterial-Übergangstemperatur übersteigt, mit einem Dornmaterial gefüllt werden. Das Dornmaterial kann nachfolgend unter seine Übergangstemperatur abgekühlt werden, so dass das Dornmaterial zu einem Dorn umgewandelt wird, der einen Festkörper enthält. Der z. B. mit dem Dornmaterial in einem im Wesentlichen festen Zustand konfigurierte Dorn oder der Dorn, der einen Festkörper umfasst, kann ausreichend Druck gegen die Innenoberfläche des Werkstücks ausüben, um das Zusammendrücken, Verbiegen und/oder Bilden von Falten während des Formens zu verhindern und/oder um einen inkrementellen Druck auszuüben, um das Verformen des Werkstücks, damit es sich an die Form anpasst, zu erleichtern.
Das Dornmaterial kann ein gelierbares und/oder schäumbares Material enthalten, das einem Gelier- oder Schäummittel ausgesetzt bzw. mit ihm kombiniert werden kann, um einen Dorn zu formen, der aus einem Gel bzw. aus einem Schaum besteht. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann ein Fluid mit dem Gel oder Schaum kombiniert werden, so dass das Gel oder der Schaum mit dem Fluid gemischt oder gefüllt wird, und/oder wird die Kombination ausreichend abgekühlt, um zu gefrieren oder die Viskosität des Fluids zu erhöhen, wobei die Kombination der Dornmaterialien den Dorn formt. In einem weiteren Beispiel kann ein festes Material mit dem gelierbaren oder schäumbaren Material kombiniert und in den daraus geformten Dorn eingebaut werden.
Zwei oder mehr Dornmaterialien können kombiniert und umgewandelt werden, um einen Dorn zu formen. Die Dornmaterialien können miteinander gemischt werden oder können an vorgegebenen Orten oder Abschnitten des hohlen Abschnitts des Werkstücks geschichtet, aufgeteilt oder segmentiert werden, um während des Formens veränderliche Pegel des Drucks oder der Kraft auf das Werkstück bereitzustellen und somit den bevorzugten Materialfluss oder die bevorzugte Verformung vorgegebener Abschnitte des Werkstücks in der Form während des Formens des Teils zu erleichtern.
Es wird hier ein System zum Formen eines Teils aus einem Werkstück, das einen hohlen Abschnitt enthält, geschaffen. Das System kann wenigstens zwei Formabschnitte enthalten, die zusammen einen Formhohlraum mit einer Gestalt definieren, die der Form des Teils, das geformt wird, entspricht. Ferner kann das System eine herkömmliche Presse enthalten, wie dieser Begriff hier beschrieben ist, die dafür konfiguriert ist, unter Verwendung der Formabschnitte einen Druck auf das Werkstück auszuüben, um das Teil zu formen.
Das Werkstück enthält eine Innenoberfläche, die den hohlen Abschnitt definiert. Das Dornmaterial kann dafür konfiguriert sein, in dem hohlen Abschnitt des Werkstücks in einen Dorn umgewandelt zu werden, um auf die Innenoberfläche des Werkstücks eine Dornkraft auszuüben, um z. B. auf die Innenoberfläche des Werkstücks eine ausreichende Kraft auszuüben, um das Zusammendrücken, Verbiegen und/oder Bilden von Falten des Werkstücks und des Teils während der Formung des Teils durch die Form und die Presse zu verhindern und/oder die Verformung des Werkstücks zum Anpassen an den Formhohlraum während des Formens zu erleichtern.
Ferner kann das System eine oder mehrere Vorrichtungen zum Umwandeln des Dornmaterials in dem hohlen Abschnitt des Werkstücks zu dem Dorn enthalten. Eine oder mehrere Vorrichtungen können zum Komprimieren oder Verdichten des Dornmaterials in dem hohlen Abschnitt des Werkstücks auf eine vorgegebene Dichte oder auf einen vorgegebenen Druck, zum Erwärmen des Dornmaterials über eine Übergangstemperatur vor dem Füllen des hohlen Abschnitts mit dem Dornmaterial, zum Abkühlen des Dornmaterials unter eine Übergangstemperatur nach Einführung in das Werkstück, zum Erzeugen eines Gels oder eines Schaums unter Verwendung des Dornmaterials oder zum Kombinieren oder Konfigurieren zweier oder mehrerer Dornmaterialien miteinander in dem hohlen Abschnitt des Werkstücks oder zum Ausführen einer Kombination davon konfiguriert sein. Eine oder mehrere der Vorrichtungen können zum Abdichten einer durch das Werkstück definierten Öffnung, durch die das Dornmaterial dem hohlen Abschnitt zugeführt wird, und/oder zum Drücken des Dorns gegen die Innenoberfläche des Werkstücks während der Formung des Teils in der Presse konfiguriert sein.
Eine oder mehrere der Vorrichtungen können zum Transportieren des Werkstücks in die und/oder aus der Presse und zum Erleichtern der Entnahme des Dorns aus dem geformten Teil durch Schütteln und/oder Vibrieren und/oder Neigen und/oder Manipulieren und/oder Anziehen des geformten Teils und/oder des Dorns oder durch Auflösen und/oder Erwärmen und/oder Schmelzen und/oder Erweichen und/oder Schieben und/oder Ziehen und/oder Extrahieren des Dorns oder des Dornmaterials zum Entnehmen des Dornmaterials aus dem geformten Teil konfiguriert sein. Eine oder mehrere der Vorrichtungen können zum Wiederverwerten des entnommenen Dorns und/oder Dornmaterials, um das wiederverwertete Dornmaterial zur Verwendung beim Formen eines Dorns für ein anderes Werkstück bereitzustellen, konfiguriert sein.
Das System und das Verfahren, die hier beschrieben sind, können mit einer herkömmlichen Prägepresse oder Pressenstraße verwendet werden. Dadurch, dass die Notwendigkeit beseitigt wird, eine Hydroforming-Presse mit ihren Hydraulikpumpen und der dazugehörenden Hochdruckausrüstung zu verwenden, die für den Hydroforming-Prozess erforderlich sind, schafft das vorliegende Verfahren eine erhebliche Verringerung der Kosten und Zykluszeit zum Formen eines Teils aus einem hohlen Werkstück. Außerdem können die Verwendung eines Dorns und eines Formverfahrens, wie sie hier beschrieben sind, die Notwendigkeit für eine Vorformoperation zum Biegen des Werkstücks vor dem Formen des Teils in der Presse beseitigen. Der hier beschriebene Prozess kann durch Verwendung eines Eintaktprozesses mit verringerter Zykluszeit zum Formen eines Teils aus dem Werkstück gefördert werden. Die obigen Merkmale und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen leicht aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine schematische Draufsicht eines Werkstücks, das einen hohlen Abschnitt definiert.
1B ist eine schematische Querschnittsansicht des Werkstücks aus 1A.
2A ist eine schematische Draufsicht des Werkstücks aus 1A, die den mit einem Dornmaterial gefüllten hohlen Abschnitt zeigt.
2B ist eine schematische Querschnittsansicht des Werkstücks aus 2A, die den mit einem Dornmaterial gefüllten hohlen Abschnitt zeigt.
3 ist eine schematische Teilquerschnittsansicht einer Presse, die zum Formen des Werkstücks aus 1 unter Verwendung eines Dorns konfiguriert ist.
4A ist eine schematische Draufsicht eines aus dem Werkstück aus 1A geformten Teils.
4B ist eine schematische Querschnittsansicht des geformten Teils aus 4A.
5 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Formen eines Teils unter Verwendung eines Dorns.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es wird Bezug genommen auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen überall in den mehreren Figuren gleiche Komponenten repräsentieren. Die in 1–4B gezeigten Elemente sind nicht maßstabsgerecht oder proportional. Dementsprechend sind die bestimmten Dimensionen und Anwendungen, die in den vorliegenden Zeichnungen gegeben sind, nicht als beschränkend anzusehen.
Es werden ein Verfahren und ein System zum Formen eines Teils aus einem Werkstück, das einen hohlen Abschnitt enthält, unter Verwendung einer herkömmlichen Presse und eines durch Umwandeln eines Dornmaterials erzeugten Dorns geschaffen. 1A und 1B zeigen ein Werkstück 60, das einen hohlen Abschnitt 68 definiert. Das Werkstück 60 kann einen allgemein runden, ovalen oder rechteckigen Querschnitt definieren. Als nicht einschränkendes Beispiel ist das Werkstück 60 in 1A–2B als ein Rohr oder allgemein rohrförmiger Abschnitt, der eine Außenoberfläche 62 und eine Innenoberfläche 64 enthält und einen wie in 1B und 2B gezeigten allgemeinen runden Querschnitt definiert, gezeigt. Die Innenoberfläche 64 kann den allgemein hohlen Abschnitt 68 definieren. Das Werkstück 60 kann eine oder mehrere Öffnungen 66 enthalten, um zu dem hohlen Abschnitt 68 Zugang zu erlangen. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Werkstück 60 aus einer Aluminiumlegierung, aus einer Stahllegierung, aus einer Magnesiumlegierung, aus einem aluminiumhaltigen Material, aus einem Eisenmaterial, aus einem magnesiumhaltigen Material hergestellt sein oder kann es aus einem anderen Metall oder aus einer anderen Metalllegierung hergestellt sein.
4A und 4B zeigen ein aus dem Werkstück 60 geformtes Teil 80, das ein allgemein rohrförmiges Glied sein kann, das eine Außenoberfläche 82 und eine Innenoberfläche 84 enthält. Die Innenoberfläche 84 kann einen hohlen Abschnitt 88 definieren. Das geformte Teil 80 kann eine oder mehrere Öffnungen 86 enthalten, die Zugang zu dem hohlen Abschnitt 88 bereitstellen. Das geformte Teil 80 kann eine Baukomponente oder eine Fahrzeugkomponente wie etwa ein Fahrzeugrahmenträger, eine selbsttragende Aufbaukomponente, ein Federungsglied, ein Motorträger oder ein Armaturenbrett-Stützträger mit einer allgemein rohrförmigen Konstruktion sein, wobei die Komponente häufig so geformt ist, dass sie einen allgemein rechteckigen Querschnitt wie etwa den in 4B gezeigten Querschnitt definiert. Das geformte Teil 80 kann eine Nicht-Fahrzeug-Komponente sein und kann üblicherweise aus einem rohrförmigen Werkstück mit einem Durchmesser von 150 mm oder größer geformt werden. Das in 4A und 4B gezeigte geformte Teil 80 soll nicht einschränkend sein, und es ist festzustellen, dass das geformte Teil 80 zusätzliche Biegungen, Querschnitte mit veränderlichen Konfigurationen usw. enthalten kann, die unter Verwendung der hier beschriebenen Dorne und Verfahren geformt werden können.
In 3 ist das hier auch als ein Rohr gezeichnete Werkstück 60 in einer Formpresse 74 gezeigt, die einen Formensatz 90 enthält. Die Formpresse 74 enthält ein oberes Presselement 76, das auch als ein Stößel bezeichnet werden kann, und ein unteres Presselement 78, das auch als ein Pressentisch bezeichnet werden kann. Der Formensatz 90 kann aus mehr als einer Form bestehen. In dem in 3 gezeigten, nicht einschränkenden Beispiel, besteht der Formensatz 90 aus wenigstens zwei Formen, einer oberen oder ersten Form 92, die eine Formoberfläche 94 definiert, und aus einer unteren oder zweiten Form 96, die eine Formoberfläche 98 definiert. Wenn der Formensatz 90, z. B. durch Absenken des Stößels 76 in der Richtung der in 3 gezeigten Pfeile, geschlossen wird, werden die Formoberflächen 94 und 98 zusammengebracht, um einen Formhohlraum des Formensatzes 90 zu definieren.
Wenn das Werkstück 60 zum Formen in dem Formensatz 90 angeordnet wird, kann die Außenoberfläche 62 des Rohrs 60 die Oberflächen 94, 98 des Formhohlraums berühren, während der Formensatz 90 z. B. durch die Presse 74 geschlossen wird, so dass das Rohr 60 verformt wird und veranlasst wird, dass sich die Außenoberfläche 62 an die Oberflächen 94, 98 des Formhohlraums anpasst. Die Gestalt des durch den geschlossenen Formensatz 90 gebildeten Formhohlraums entspricht der Gestalt des aus dem Rohr 60 zu formenden Teils 80.
Die Innenoberfläche 64 des Werkstücks 60 definiert einen hohlen Abschnitt 68. Das Werkstück 60 kann mit einer oder mit mehreren Öffnungen 66 zu dem hohlen Abschnitt 68 konfiguriert sein. Unter Verwendung eines in 1A–2B gezeigten rohrförmigen Werkstücks 60 als ein Beispiel kann das Rohr 60 an einem Ende oder an beiden offen sein und somit eine oder mehrere Öffnungen 66 für den Zugang zu dem hohlen Abschnitt 68, z. B. zum Innern des Rohrs 60, bereitstellen. Während des Formens in einem Formensatz 90 ist es erwünscht, wie in 3 gezeigt einen Dorn 72 in dem hohlen Abschnitt 68 des Werkstücks 60 zu positionieren, um zu verhindern, dass das Werkstück 60 in den hohlen Abschnitt 68 zusammengedrückt oder verbogen wird, wenn die Kraft von dem Formensatz 90 auf die Außenoberfläche 62 des Werkstücks 60 ausgeübt wird.
Der Dorn 72 muss so konfiguriert sein, dass er ausreichend Druck oder Kraft auf die Innenoberfläche 64, die den hohlen Abschnitt 68 definiert, bereitstellt, um dem Zusammendrücken oder Verbiegen zu widerstehen und um zu verhindern, dass während der Formoperation andere Mängel einschließlich Falten, Knitter, Falze oder ähnlichen Mangeln auftreten. Der Dorn 72 kann dafür konfiguriert sein, auf die Innenoberfläche 64 des Werkstücks 60 einen Formdruck in der Weise auszuüben, dass der Dornformdruck und der Form-Formdruck zusammenwirken oder ausgeglichen sind, um das Werkstück 60 so zu verformen, dass es sich an den Formhohlraum anpasst, und um dadurch das Teil 80 ohne Mängel zu formen. Der Dorn 72 kann während der Formoperation manipuliert werden, um den Betrag des durch den Dorn 72 auf die Innenoberfläche 64 des Werkstücks 60 ausgeübten Drucks zu ändern. Zum Beispiel kann der Dorn 72 verdichtet oder komprimiert werden, während die Presse 74 den Formensatz schließt, um die Dornkraft gegen die Innenoberfläche 64 des Werkstücks 60 zu erhöhen, um der zunehmenden Druckkraft des sich schließenden Formensatzes auf die Außenoberfläche 62 des Werkstücks 60 entgegenzuwirken oder sie auszugleichen.
In dem hier beschriebenen und allgemein in 5 gezeigten Verfahren besteht ein Dorn 72 aus einem Dornmaterial 70. Das Dornmaterial 70 ist in 2A und 2B gezeigt, wobei das in 2A und 2B gezeigte Dornmaterial 70 eines der hier diskutierten Dornmaterialien sein kann. Es ist bevorzugt, dass das Dornmaterial 70 eine Poisson-Zahl von weniger als 0,5 aufweist, so dass der daraus geformte Dorn 72 eine gewisse Kompressibilität zeigt. Als nicht einschränkende Beispiele sind hier verschiedene Dornmaterialien 70 beschrieben, die durch eine Poisson-Zahl charakterisiert werden können. Einige der Dornmaterialien 70 (z. B. Eis, bestimmte Tone, Sande, Polymere, Legierungen oder Schäume) können eine Poisson-Zahl in dem Bereich von 0,30–0,45 zeigen. Andere Dornmaterialien 70 (z. B. bestimmte Kautschuke, gesättigte Tone oder vollständig hydrierte Gele) können eine Poisson-Zahl zeigen, die sich 0,50 annähert.
Ferner können die verschiedenen hier als nicht einschränkende Beispiele beschriebenen Dornmaterialien 70 und Konfigurationen von Dornen 72 einen bestimmten Stoff (Dornmaterial), der in einem festen, flüssigen oder gasförmigen Zustand sein kann, oder eine Kombination davon enthalten, wobei das Dornmaterial 70 in einem Zustand vorhanden sein kann, bevor es zu dem Dorn 72 umgewandelt wird, und/oder während der Formung des Teils oder der Entnahme des Dorns 72 aus dem geformten Teil 80 von einem Zustand in einen anderen umgewandelt werden kann. Das Dornmaterial 70 kann aus einer Kombination von Materialien bestehen, die jeweils in einem anderen Zustand sind, um den Dorn 72 zu bilden, z. B. aus einem flüssigkeitsgefüllten Polymerschaum oder aus einem Gel mit eingeschlossenem Fluid.
5 zeigt ein Verfahren zum Formen eines Teils wie etwa des in 4A und 4B gezeigten Teils 80 aus einem Werkstück wie etwa aus dem in 1A bis 2B gezeigten allgemein rohrförmigen Werkstück 60 unter Verwendung eines Dorns 72 und einer wie allgemein in 3 gezeigten herkömmlichen Presse 74. Wie in Schritt 10 gezeigt ist, enthält das Verfahren das Füllen des hohlen Abschnitts 68 des Werkstücks 60 mit einem Dornmaterial 70 (siehe 2A und 2B) und das Umwandeln des Dornmaterials 70, um einen Dorn 72 zu formen (siehe 3), wie es in Schritt 20 gezeigt ist. Wie in Schritt 30 gezeigt ist, wird das Teil 80 aus dem Werkstück 60 geformt, und wie in 3 gezeigt ist, unter Verwendung des Dorns 72 und einer herkömmlichen Presse 74 geformt. Wie es hier verwendet ist, ist eine herkömmliche Presse 74 eine Presse, die für das Formen eines Teils 80 ohne Verwendung einer herkömmlichen Hydroforming-Ausrüstung wie etwa Hydroforming-Füll- und -Abdichtsysteme, Hochdruckpumpen, Hydroforming-Fluidauslass- und -speichersysteme usw. konfiguriert ist. Die herkömmliche Presse 74 kann z. B. eine Prägepresse oder eine andere mechanische oder hydraulische Presse sein, die üblicherweise einen Rahmen, eine Auflageplatte und einen Stößel, in denen ein Formensatz oder Formkomponenten konfiguriert sein können, enthält.
Das Werkstück 60 kann abgedichtet sein (nicht gezeigt), um das Dornmaterial 70 in dem Werkstück 60 zu enthalten und/oder zu verdichten oder zu komprimieren, und kann nicht abgedichtet sein, um die Entnahme des Dornmaterials 70 zu erleichtern. Der Typ des Dornmaterials 70, das zum Umwandeln des Dornmaterials 70 verwendete Verfahren und/oder die Verwendung des Dorns 72 beim Formen des Teils 80 können das Verfahren und die Folge zum Abdichten und Nichtabdichten des Werkstücks 60 bestimmen. Das Werkstück 60 kann durch Verschließen der Öffnungen 66 zu dem hohlen Abschnitt 68 abgedichtet werden. Für ein Werkstück 60, das als ein Rohr konfiguriert ist, können die offenen Enden des Rohrs 60 beispielhaft durch Bördeln, Verkappen, Schweißen, Hantieren, Biegen oder Falzen der Endabschnitte des Rohrs 60, um eine Dichtung zu erzeugen, verschlossen werden. Die Dichtung kann die Öffnung 66 zu dem hohlen Abschnitt 68 des Werkstücks 60, in diesem Fall des Rohrs, vollständig oder teilweise verschließen. Das Werkstück 60 kann als abgedichtet angesehen werden, wenn die Öffnung 66 ausreichend verschlossen ist, um das Dornmaterial 70 zum Formen des Dorns 72 zu enthalten.
Zum Beispiel kann ein aus einem Gas geformter Dorn 72 ein vollständiges Verschließen oder Abdichten des hohlen Abschnitts 68 des Werkstücks 60 erfordern, um das Gas zu enthalten und zu verdichten. In diesem Fall kann das Werkstück 60 abgedichtet werden und das Dornmaterial 70, ein Gas, für den hohlen Abschnitt 68 des Werkstücks 60 durch einen Dichtungsmechanismus (nicht gezeigt) bereitgestellt werden, der eine abnehmbare Stirnkappe, ein Endeffektor, ein axialer Stempel oder eine andere Komponente, die gegen eine Oberfläche des Werkstücks 60 abdichtbar ist, sein kann. Als ein anderes Beispiel kann ein aus einer Kautschukmischung geformter Dorn 72 nur ein teilweises Verschließen der Öffnungen 66 erfordern, das ausreicht, um die Kautschukmischung in dem hohlen Abschnitt 68 zu halten, während es z. B. eine Luftströmung durch den Verschluss weiter zulässt.
Wie in 5 bei Schritt 40 gezeigt ist, kann der Dorn 72 nach dem Formen aus dem Teil 80 entnommen werden. Das zum Entnehmen des Dornmaterials 70 verwendete Verfahren kann durch den Typ des Dornmaterials 70 bestimmt sein und Schütteln, Vibrieren, Anziehen, Auflösen, Erwärmen, Schmelzen und Erweichen des Dorns 72 oder des Dornmaterials 70 oder eine Kombination von diesen enthalten. Das Dornmaterial 70 kann wiederverwertbar sein, wie in Schritt 50 gezeigt ist, so dass das Dornmaterial 70 nach der Entnahme aus dem hohlen Abschnitt 88 des geformten Teils 80 wiederverwendet werden kann, um einen Dorn in einem anderen zu formenden Werkstück zu formen.
In einem ersten Beispiel kann das Dornmaterial 70 eines aus oder eine Kombination einer Kautschukmischung, einer Synthesekautschukmischung, eines Granulats, einer formbaren Masse, eines Tons, eines Kitts, einer Modellierverbindung, einer Formverbindung, von Sand oder anderen kompressiblen körnigen Medien oder Polymermedien sein. Beispielhaft kann das Dornmaterial 70 Materialien wie etwa gemahlene oder zerkleinerte Kautschukreifen, PlayDoh^® oder ein Kautschukmaterial mit einem hohen Restitutionskoeffizienten wie etwa Synthesekautschuk-Polymerbutadien einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Kieselsäure, Zinkoxid, Stearinsäure und andere Bestandteile, die z. B. als eine Kugeloberfläche oder als eine Kugel konfiguriert sein können, umfassen. Ein nicht einschränkendes Beispiel der Letzteren enthält die üblicherweise als SuperBalls^® bezeichneten Synthesekautschukkugeln. Der hohle Abschnitt 68 des Werkstücks 60 wird in Schritt 10 durch irgendwelche für den Typ des Materials geeigneten Mittel, die z. B. Einführen, Gießen oder Schichten des Dornmaterials 70 in das Werkstück 60 enthalten können, mit dem Dornmaterial 70 gefüllt. Vor dem Füllen des Werkstücks 60 können eine oder mehrere Öffnungen 66 zu dem hohlen Abschnitt 68 abgedichtet werden. Zum Beispiel kann die Öffnung 66 an einem Ende eines Rohrs 60 abgedichtet werden, um einen hohlen Abschnitt 68 mit verschlossenem Ende zu erzeugen, um das Füllen des Werkstücks 60 mit dem Dornmaterial 70 zu erleichtern. Alternativ kann der Füllprozess gleichzeitig durch mehr als eine Öffnung 66 in dem hohlen Abschnitt 68 stattfinden, um die Effizienz und/oder Effektivität des Füllprozesses zu verbessern.
In Schritt 20 wird das Dornmaterial 70 in dem vorliegenden Beispiel durch Konfigurieren des Dornmaterials 70 auf eine vorgegebene Dichte in dem hohlen Abschnitt 68 des Werkstücks 60 in einen Dorn 72 umgewandelt, wobei die vorgegebene Dichte üblicherweise eine gepackte und/oder verdichtete Dichte ist, die höher als die Dichte des Dornmaterials 70 ist, wie es konfiguriert ist, bevor es sich in dem hohlen Abschnitt 68 befindet. Unter Verwendung des Beispiels einer Kugeloberflächenkomponente wie etwa SuperBall^® oder einer anderen Kautschuk- oder Polymerkugel können die Kugeln in den hohlen Abschnitt 68 des Werkstücks 60 in einer Konfiguration zum Erzielen der höchsten Packungsdichte und somit zum Maximieren der unkomprimierten Dichte des aus den Kugeln geformten Dorns 72 gepackt werden. Die Kugeln können zusätzlich verdichtet werden, um ihre gepackte Dichte auf eine minimale oder vorgegebene Dichte zu erhöhen, und können daraufhin in dem hohlen Abschnitt 68 abgedichtet werden, um während der Formoperation die Kugeln mit der vorgegebenen Dichte in dem Werkstück 60 zu enthalten. Die minimale Dichte des Dorns 72 kann so vorgegeben werden, dass eine gewünschte Kompressibilität oder Poisson-Zahl des Dorns 72 sichergestellt wird, wie sie für die fehlerfreie Formung des Teils 80 aus dem Werkstück 60 unter Verwendung einer herkömmlichen Presse 74 erforderlich ist.
In Schritt 30 wird das Teil 80 durch Anordnen des Werkstücks 60 in einer herkömmlichen Presse 74 geformt, wobei die Presse 74 geschlossen wird, um auf das Werkstück 60 in einem Formensatz Druck auszuüben, um das Werkstück 60 zu dem Teil 80 zu verformen. Wie zuvor diskutiert wurde, können die Enden oder Öffnungen 66 des Werkstücks 60 durch irgendein geeignetes Mittel einschließlich der Verwendung einer Dichtungskomponente wie etwa eines Dichtungsstößels oder -stempels, der an die Öffnung 66 oder in den hohlen Abschnitt 68 eingepasst und während der Formoperation manipuliert werden kann, um die Verdichtung des Dorns 72 selektiv zu ändern, während die Presse 74 den Formensatz schließt, um das Teil 80 zu formen, abgedichtet werden.
Nachdem das Teil 80 in Schritt 40 geformt worden ist, wird das Dornmaterial 70 durch irgendein geeignetes Mittel, das z. B. das Öffnen der Enden des Teils 80 durch Entnehmen eines Dichtungselements oder durch Entnehmen oder Öffnen des abgedichteten Abschnitts des Teils 80 enthalten kann, aus dem geformten Teil 80 entnommen. Der Dorn 72 kann z. B. durch Neigen, Manipulieren, Vibrieren und/oder Schütteln des Teils 80, um das Dornmaterial 70 zu lösen, durch Extrahieren, Schieben, Ziehen oder Auswaschen oder Herausblasen des Dornmaterials 70 aus dem hohlen Abschnitt 88 aus dem Teil 80 entnommen werden. Optional kann das Dornmaterial 70 in Schritt 50 wiederverwertet werden, um es beim Formen eines Dorns in einem anderen Werkstück wiederzuverwenden.
In einem anderen Beispiel kann das Dornmaterial 70 eine Metalllegierung mit niedrigem Schmelzpunkt wie etwa eine Legierung, die Zinn und/oder Wismut enthält, oder eine andere Legierung, die durch einen Schmelzpunkt unter 150°C charakterisiert ist, oder eine Legierung mit niedrigem Schmelzpunkt, z. B. gemäß ASTM B774-00 oder einer ähnlichen Norm oder Klassifizierung, sein. In Schritt 10 kann die Legierung über den Schmelzpunkt erwärmt werden, damit sie im Wesentlichen flüssig wird, und der hohle Abschnitt 68 des Werkstücks 60 mit der flüssigen Legierung gefüllt werden. Wie zuvor diskutiert wurde, kann das Werkstück 60 abgedichtet werden, um das flüssige Dornmaterial 70 zu enthalten, oder auf andere Weise manipuliert werden, um die Legierung in ihrem flüssigen Zustand zu enthalten. In Schritt 20 wird das Dornmaterial 70, z. B. die Legierung, unter ihre Übergangstemperatur, z. B. ihren Schmelzpunkt, abgekühlt, so dass die Legierung in dem hohlen Abschnitt 68 des Werkstücks 60 erstarrt, um den Dorn 72 zu bilden. Nach dem Formen in Schritt 30 kann der Dorn 72 über den Schmelzpunkt der Legierung erwärmt werden und das flüssige Metall z. B. durch Entleeren in Schritt 40 aus dem geformten Teil 80 entnommen werden. In Schritt 50 kann das Dornmaterial 70, z. B. die Legierung, wiederverwertet werden, um einen Dorn in einem anderen Werkstück zu formen.
Das Dornmaterial 70 kann ein Fluid umfassen, das ein wasserhaltiges Fluid oder ein anderes Fluid oder eine Lösung, die in Schritt 10 für den hohlen Abschnitt 68 des Werkstücks 60 in einem flüssigen oder halbflüssigen Zustand bereitgestellt wird, sein kann. Wie zuvor diskutiert wurde, kann das Werkstück 60 abgedichtet werden, um das flüssige Dornmaterial 70 zu enthalten, oder auf andere Weise manipuliert werden, um die Flüssigkeit zu enthalten. In Schritt 20 wird das Dornmaterial 70, z. B. das Fluid, unter seine Übergangstemperatur, z. B. seinen Gefrierpunkt, abgekühlt, so dass das Fluid in dem hohlen Abschnitt 68 des Werkstücks 60 erstarrt, um den Dorn 72 zu bilden. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das Fluid Wasser sein, das teilweise oder vollständig gefroren wird, um einen Dorn 72 zu formen, der aus einem dichten Eismatsch oder Eis hergestellt wird. Nach dem Formen in Schritt 30 kann der Dorn 72 über den Gefrierpunkt des Fluids erwärmt werden, um den Dorn 72 zu erweichen oder zu schmelzen, wobei der resultierende Eismatsch und/oder das resultierende Fluid in Schritt 40 z. B. durch Entleeren aus dem geformten Teil 80 entnommen wird. In Schritt 50 kann das Dornmaterial 70, z. B. das Fluid oder die Lösung, wiederverwertet werden, um einen Dorn in einem anderen Werkstück zu formen. Die Verwendung eines Dorns 72 wie etwa Eis senkt die Temperatur des Werkstücks 60, was im Fall eines Aluminiumwerkstücks 60 die Formbarkeit des Werkstücks 60 in der Form verbessern kann.
In einem anderen Beispiel umfasst das Dornmaterial 70 ein schäumbares Polymer. Das schäumbare Polymer kann zu einem Dorn 72, der Polymerschaum enthält, der ein starrer oder halbstarrer Polymerschaum sein kann, der dafür konfiguriert ist, den hohlen Abschnitt 68 des Werkstücks 60 im Wesentlichen zu füllen, umgewandelt werden. Der Dorn 72 kann in Schritt 20 aus dem schäumbaren Polymer durch Kombinieren des schäumbaren Polymers und eines Formmittels zum Formen eines Polymerschaums geformt werden, was z. B. in situ in dem hohlen Abschnitt 68 des Werkstücks 60 erfolgen kann. Der Polymerschaum kann mit einem anderen Dornmaterial 70 kombiniert werden, um die Dichte zu erhöhen oder die Kompressibilität des daraus geformten Dorns 72 zu ändern. Zum Beispiel kann der Polymerschaum mit einem Fluid kombiniert werden und kann das Fluid ausreichend abgekühlt werden, um das Fluid teilweise oder vollständig zu gefrieren. In Schritt 40 kann der Polymerschaum aus dem geformten Teil 80 zur optionalen Wiederverwertung in Schritt 50 entnommen werden. Alternativ kann der Schaum in dem geformten Teil 80 verbleiben, um das geformte Teil 80 z. B. mit zusätzlichen Schalldämpfungs-, Vibrationsdämpfungs- oder Energieabsorptionseigenschaften auszustatten.
In einem anderen Beispiel umfasst das Dornmaterial 70 ein gelierbares Material und enthält das Umwandeln des Dornmaterials 70 das Kombinieren des gelierbaren Materials, das als eine Lösung bereitgestellt werden kann, und eines Geliermittels in ein Gel und somit das Formen eines Dorns 72, der das Gel enthält. Zum Formen des Gels können verschiedene Verfahren verwendet werden. Zum Beispiel kann die Innenoberfläche 64 des hohlen Abschnitts 68 mit einem Geliermittel beschichtet werden, bevor der hohle Abschnitt 68 in Schritt 10 mit dem gelierbaren Material gefüllt wird, so dass sich das gelierbare Material und das Geliermittel in dem hohlen Abschnitt 68 verbinden, um in Schritt 20 darin das Gel zu formen. Das Geliermittel und das gelierbare Material können während des Prozesses zum Füllen des hohlen Abschnitts 68 des Werkstücks 60 mit gelierbarem Material kombiniert werden, so dass sie während des Füllprozesses kombiniert und zur Reaktion gebracht werden, wobei z. B. der Schritt 10 und der Schritt 20 gleichzeitig stattfinden.
In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das Gel ein Hydrogel wie etwa ein aus Alginat geformtes Gel sein. Das gelierbare Material können in diesem Fall Alginate in einer frei fließenden Lösung sein und kann als Natriumsalze vorhanden sein. Das Geliermittel kann zweiwertige Ionen wie etwa Calciumionen oder dreiwertige Ionen wie etwa Aluminiumionen enthalten. Das Alginatgel bildet sich, wenn die Natriumionen in der Alginatlösung durch zwei- oder dreiwertige Ionen ausgetauscht werden. Die Konzentration des Alginats in der Lösung kann variiert werden, um die Steifheit oder Biegsamkeit des darin geformten Gels zu variieren, so dass die Kompressibilität und/oder die Poisson-Zahl des Dorns 72, der das Gel enthält, beeinflusst wird. In einer Konfiguration kann die Innenoberfläche 64 des Werkstücks 60 mit einem Calcium- oder Aluminiumsalz beschichtet werden und kann der hohle Abschnitt 68 mit der Alginatlösung gefüllt werden, wo sie mit der Salzbeschichtung reagiert, um in situ ein Gel zu formen. In einer anderen Konfiguration kann die Alginatlösung z. B. durch ein Sieb, das ein Calcium- oder Aluminiumsalz enthält, in den hohlen Abschnitt 68 des Werkstücks 60 gegossen werden, so dass das gelierbare Material (die Alginatlösung) und das Geliermittel (das Calcium- oder Aluminiumsalz) während des Füllprozesses kombiniert werden und miteinander reagieren, um den hohlen Abschnitt 68 mit dem erstarrten (gelierten) Alginat zu füllen. Das Teil 80 wird in Schritt 30 unter Verwendung des Dorns 72 geformt, der das Gel enthält. In Schritt 40 kann das Gel z. B. einer Natriumchloridlösung ausgesetzt werden, so dass das Gel teilweise oder vollständig aufgelöst, z. B. in eine Lösung umgesetzt, wird, die veranlasst, dass der daraus geformte Dorn 72 aus dem Teil 80 entnommen werden kann. In Schritt 50 kann das Dornmaterial 70 wiederverwertet werden.
In einem anderen Beispiel umfasst das Dornmaterial 70 ein Polymer. In einer Konfiguration kann der hohle Abschnitt 68 des Werkstücks 60 in Schritt 10 mit dem durch eine Glasübergangstemperatur definierten Polymer gefüllt werden, wobei das Polymer bei einer Temperatur über seiner Glasübergangstemperatur ist, so dass das Polymer in einem biegsamen oder erweichten Zustand ist, um den Füllprozess zu erleichtern. In Schritt 20 wird das Polymermaterial 70 durch Abkühlen des Polymers unter eine durch das Polymer definierte Glasübergangstemperatur in einen Dorn 72 umgewandelt, so dass das Polymer steifer und/oder spröder wird und dadurch die Kompressibilität des Polymers ändert, um es zur Verwendung als einen Dorn 72 geeignet zu machen. In Schritt 30 wird das Werkstück 60 unter Verwendung der Presse 74 und des Dorns 72 wie zuvor diskutiert zu einem Teil 80 geformt. In Schritt 40 kann das Dornmaterial 70, z. B. das Polymer, über seine Glasübergangstemperatur erwärmt werden, wodurch das Polymer erweicht oder seine Biegsamkeit erhöht wird, um bei der Entnahme des Dorns 72 aus dem geformten Teil 80 zu helfen. Das entnommene Dornmaterial 70 kann in Schritt 50 zur Verwendung zum Formen eines Dorns in einem anderen Werkstück wiederverwertet werden.
In einer anderen Konfiguration kann der hohle Abschnitt 68 in Schritt 10 mit einem Polymermaterial 70 gefüllt werden und in Schritt 20 durch Konfigurieren des Polymers mit einer vorgegebenen Dichte z. B. durch Packen des Polymers in ein Packungsmuster oder in eine ausgewählte Orientierung oder durch Verdichten des Polymers in dem hohlen Abschnitt 68, um eine minimale Dichte zu erzielen, oder durch eine Kombination davon in einen Dorn 72 umgewandelt werden. Das Polymermaterial 70 kann mit einem anderen Material oder Fluid kombiniert werden, um die Kompressibilität und/oder die Dichte des aus den kombinierten Dornmaterialien 70 geformten Dorns 72 zu beeinflussen. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das Polymermaterial 70 ein Textil- oder anderes Webmaterial sein, das z. B. mit einem Schmierfluid wie etwa einem Öl oder einem synthetischen Öl gesättigt oder kombiniert werden kann, um die Einführung/Entnahme des Polymermaterials in das/aus dem Werkstück/geformten Teil 60/80 zu erleichtern. Nach Formen des Teils 80 in Schritt 30 kann das Polymermaterial 70 z. B. durch Entnahme durch Schieben oder Ziehen des Materials 70 aus dem geformten Teil 80 oder durch ein anderes geeignetes Verfahren aus dem hohlen Abschnitt 88 entnommen werden. In Schritt 50 kann das Polymermaterial 70 zur Wiederverwendung wiederverwertet werden, um einen Dorn in einem anderen Werkstück zu bilden.
In einem anderen Beispiel umfasst das Dornmaterial 70 ein Gas, das durch Verdichten des Gases in dem hohlen Abschnitt 68 des Werkstücks 60 in den Dorn 72 umgewandelt wird. In Schritt 10 werden die eine oder die mehreren Öffnungen 66 in den hohlen Abschnitt 68 vor dem Füllen des hohlen Abschnitts 68 mit dem Gas, z. B. unter Verwendung einer Stirnkappe, eines Dichtungsstößels oder eines anderen Abdichtmechanismus, der so konfiguriert sein kann, dass das Gas unter Verwendung des Dichtungsmechanismus in den hohlen Abschnitt 68 eingeleitet und in ihm mit Druck beaufschlagt werden kann, abgedichtet. Das Gas wird in Schritt 10 durch die abgedichtete Öffnung 66 für den hohlen Abschnitt 68 bereitgestellt, daraufhin in einem Schritt 20 auf einen ersten Druck verdichtet, um eine erste Kraft gegen die den hohlen Abschnitt 68 definierende Innenoberfläche 64 auszuüben, um den Dorn 72 zu formen. Daraufhin kann das Gas während des Formprozesses in Schritt 30 auf einen zweiten Druck weiter verdichtet werden, um während der Formung des Teils 80 eine zweite Kraft auf die Innenoberfläche 64 auszuüben, wobei der zweite Druck ausreicht, um die Verformung des Werkstücks 60 zu ermöglichen, damit es sich an den Formhohlraum anpasst. In Schritt 40 wird das Druckgas aus dem geformten Teil 80 abgelassen. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das Gas Druckluft sein, die durch ein Pneumatiksystem in der Einrichtung, in der sich die Presse 74 befindet, bereitgestellt wird. In diesem Fall kann die Druckluft ohne zusätzliche Kosten und ohne Änderung der Presse 74 von einem vorhandenen Betriebsmittel (dem Gebäudedruckluftsystem) für die Teilformungsoperation bereitgestellt werden, um die Luftversorgung bereitzustellen.
Es sind andere Konfigurationen und Formungssequenzen möglich. Zum Beispiel kann der hohle Abschnitt 68 in Schritt 10 mit einem anderen Material beschichtet oder ausgekleidet werden, das als ein Schmiermittel, als eine Hülse, als eine Ummantelung usw. konfiguriert sein kann, um eine Grenzflächenschicht zwischen dem Dornmaterial 70 und der Innenoberfläche 64 des Werkstücks 60 bereitzustellen. Die Grenzflächenschicht kann als ein Schmiermittel wirken, um die Einführung/Entnahme des Dornmaterials 70 in das/aus dem Werkstück/geformten Teil 60/80 zu erleichtern. Die Grenzflächenschicht kann mit dem Dornmaterial 70 reagieren oder sich damit kombinieren, um das Dornmaterial 70 in den Dorn 72 umzuwandeln. Die Grenzflächenschicht kann eine auf die Innenoberfläche 64 aufgetragene Schutzschicht wie z. B. ein Korrosionsschutzmittel oder zum Isolieren der Innenoberfläche 64 von dem Dornmaterial 70, so dass das Dornmaterial 70 nicht mit der Innenoberfläche 64 reagiert oder an ihr anhaftet, sein. Die Grenzflächenschicht kann z. B. durch Auflösen in Anwesenheit eines für den hohlen Abschnitt 88 des Teils 80 nach Formen des Teils 80 bereitgestellten Lösungsmittels oder durch Schmelzen bei einer niedrigeren Temperatur als das Dornmaterial 70, so dass das Teil 80 nach dem Formen erwärmt werden kann, um eine Flüssigkeitsschicht oder Schmierschicht oder erweichte Schicht zwischen dem Dornmaterial 70 und der Innenoberfläche 64 des Teils 80 zu erzeugen, umwandelbar sein, um bei der Entnahme des Dornmaterials 70 zu helfen, um die Entnahme des Dornmaterials 70 zu erleichtern.
Wie zuvor diskutiert wurde, kann der Dorn 72 mehr als ein Dornmaterial 70 enthalten, wobei der Schritt 10 das Füllen des hohlen Abschnitts 68 des Werkstücks 60 mit einer Kombination mehrerer Dornmaterialien 70 wie etwa eines ersten Dornmaterials und eines zweiten Dornmaterials enthalten kann, wobei wenigstens eines der Dornmaterialien 70 umgewandelt wird, um den Dorn 72 zu formen. Die zwei oder mehr Dornmaterialien 70 können miteinander gemischt werden oder an vorgegebenen Orten oder Abschnitten des hohlen Abschnitts 68 des Werkstücks 60 geschichtet, aufgeteilt oder segmentiert werden, um unterschiedliche Pegel des Drucks oder der Kraft für das Werkstück 60 während des Formens bereitzustellen, so dass der bevorzugte Materialfluss oder die bevorzugte Verformung vorgegebener Abschnitte des Werkstücks 60 in der Form während des Formens des Schritts 80 erleichtert wird. In einer anderen Konfiguration kann eines der mehreren Dornmaterialien 70 zum Abdichten oder zum Aufnehmen eines Enthalten der mehreren Dornmaterialien 70 in dem hohlen Abschnitt 68 des Werkstücks 60 konfiguriert sein.
Das Verfahren kann zusätzliche Formoperationen oder Verarbeitungsschritte enthalten, die vor dem Entnehmen des Dorns 72 aus dem geformten Teil 80 in Schritt 40 ausgeführt werden. Zum Beispiel kann nach Schritt 30 das geformte Teil 80, das den Dorn 72 enthält, an eine sekundäre Operation umgesetzt werden, die z. B. eines oder eine Kombination aus zusätzlichem Formen oder Biegen des geformten Teils 80, Formen von Löchern oder Öffnungen durch Bohren, Stanzen, Schneiden oder andere geeignete Prozesse enthalten kann, wobei der Dorn 72 zum Unterstützen der Innenoberfläche 84 des geformten Teils 80 während der sekundären Operation verwendet werden kann, um z. B. das Bilden von Falten, das Knittern, das Einreißen am Rand, das Zurückfedern oder anderer Mängel zu minimieren.
Außerdem wird ein System zum Formen eines Teils 80 aus einem Werkstück 60, das einen hohlen Abschnitt 68 enthält, unter Verwendung eines Dorns 72 geschaffen. Das System kann zwei oder mehr Formabschnitte, z. B. die in 3 gezeigten Formabschnitte 92, 96, die zusammen einen Hohlraum mit einer Gestalt, die der Gestalt des zu formenden Teils 80 entspricht, definieren, und eine herkömmliche Presse 74, die zum Ausüben von Druck auf das Werkstück 60 unter Verwendung der Formabschnitte 92, 96 zum Formen des Teils 80 konfiguriert ist, enthalten. Die herkömmliche Presse 74, wie sie zuvor beschrieben ist und unter diesem Begriff hier verwendet ist, kann eine Prägepresse oder eine andere hydraulische oder mechanische Presse sein, die so konfiguriert ist, dass sie aus einem Werkstück 60, das einen hohlen Abschnitt 68 enthält, das z. B. ein allgemein rohrförmiges Werkstück 60 sein kann, ein Teil 80 formt. Die herkömmliche Presse 74 kann durch eine Abwesenheit der Spannvorrichtungen, Ausrüstung, Steuereinrichtungen und zusätzlichen Merkmale wie etwa Hydroforming-Fluidmanagementsysteme, die einer Hydroforming-Operation oder einer Hydroforming-Presse zugeordnet sind, charakterisiert sein, oder kann als eine Presse 74, die so konfiguriert ist, dass sie ein Teil 80 unter Verwendung eines wie hier beschriebenen Dorns 72 ohne die Verwendung von Spannvorrichtungen, Steuereinrichtungen und Fluidmanagementausrüstung, die einer Hydroforming-Operation üblicherweise zugeordnet sind, formt, charakterisiert sein.
Ferner enthält das System ein Werkstück 60, das dafür konfiguriert ist, einen durch eine Innenoberfläche 64 des Werkstücks 60 definierten hohlen Abschnitt 68 zu enthalten, und Dornmaterial 70, das dafür konfiguriert ist, in einen Dorn 72 umgewandelt zu werden, der dafür konfiguriert ist, auf die Innenoberfläche 64 des Werkstücks 60 eine Dornkraft auszuüben, um z. B. eine ausreichende Kraft auf die Innenoberfläche 64 des Werkstücks 60 auszuüben, um Zusammendrücken, Verbiegen und/oder Bilden von Falten des Werkstücks 60 und des Teils 80 während der Formung des Teils durch die Form und die Presse 74 zu verhindern und/oder um wie zuvor beschrieben die Verformung des Werkstücks 60 zu ermöglichen, damit es sich an den Hohlraum während der Formung anpasst. Das Werkstück 60 kann als ein Rohr oder allgemein als eine rohrförmige Struktur konfiguriert sein, wie etwa die, die für die Formung einer Fahrzeugkomponente wie etwa des Fahrzeugträgers, eines Motorträgers, einer selbsttragenden Aufbaukomponente, einer Federungskomponente usw. verwendet würde. Andere Werkstückkonfigurationen sind zum Formen zu einem Teil 80 unter Verwendung eines Dorns 72 und des wie hier beschriebenen Dornformungsprozesses möglich. Zum Beispiel braucht die Werkstückkonfiguration nicht auf eine allgemein gleichförmige oder symmetrische Konfiguration wie etwa eine röhrenförmige Konfiguration beschränkt zu sein. Das Werkstück 60 kann einen hohlen Abschnitt 68 definieren, der z. B. asymmetrisch oder ungleichförmig ist.
Das System kann ferner eine oder mehrere Vorrichtungen (nicht gezeigt) zum Umwandeln des Dornmaterials 70 in dem hohlen Abschnitt 68 des Werkstücks 60 zu dem Dorn 72 enthalten. Eine oder mehrere Vorrichtungen können zum Komprimieren oder Verdichten das Dornmaterial 70 in dem hohlen Abschnitt 68 des Werkstücks 60 auf eine vorgegebene Dichte oder auf einen vorgegebenen Druck, zum Erwärmen des Dornmaterials 70 über eine Übergangstemperatur vor Füllen des hohlen Abschnitts 68 mit dem Dornmaterial 70, zum Abkühlen des Dornmaterials 70 unter eine Übergangstemperatur nach Einführung in das Werkstück 60, zum Erzeugen eines Gels oder eines Schaums unter Verwendung des Dornmaterials 70 oder zum Kombinieren oder Konfigurieren zweier oder mehrerer Dornmaterialien 70 miteinander in dem hohlen Abschnitt 68 des Werkstücks 60 oder zum Ausführen einer Kombination davon konfiguriert sein. Eine oder mehrere der Vorrichtungen können zum Abdichten einer durch das Werkstück 60 definierten Öffnung, durch die Dornmaterial 70 für den hohlen Abschnitt 68 bereitgestellt wird, und/oder zum Zusammendrücken des Dorns 72 gegen die Innenoberfläche 64 des Werkstücks 60 während der Formung des Teils in der Presse 74 konfiguriert sein.
Eine oder mehrere der Vorrichtungen können zum Transportieren des Werkstücks 60 in die und/oder aus der Presse 74 und zum Erleichtern der Entnahme des Dorns 72 aus dem geformten Teil 80 durch eines oder mehrere aus Schütteln, Vibrieren, Neigen, Manipulieren oder Anziehen des geformten Teils 80 und/oder des Dorns 72 oder durch eines oder mehrere aus Lösen, Erwärmen, Schmelzen, Erweichen, Schieben, Ziehen oder Extrahieren des Dorns 72 oder des Dornmaterials 70, um das Dornmaterial 70 aus dem geformten Teil 80 zu entnehmen, konfiguriert sein. Eine oder mehrere der Vorrichtungen können zum Wiederverwerten des entnommenen Dorns 72 und/oder Dornmaterials 70 konfiguriert sein, um wiederverwertetes Dornmaterial zur Verwendung beim Formen eines Dorns für ein anderes Werkstück bereitzustellen.
Obwohl die besten Ausführungsarten der Erfindung ausführlich beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche zu verwirklichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASTM B774-00 [0043]

Claims

Verfahren zum Formen eines Teils aus einem Werkstück, das einen hohlen Abschnitt enthält, unter Verwendung eines Dorns, wobei das Verfahren umfasst: Füllen des hohlen Abschnitts des Werkstücks mit einem Dornmaterial; Umwandeln des Dornmaterials zum Formen eines Dorns; und Formen des Teils unter Verwendung des Dorns und einer herkömmlichen Presse; wobei der Dorn nach dem Formen aus dem Teil entnehmbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Dornmaterial eine Kautschukmischung oder eine Synthesekautschukmischung oder ein Granulat oder eine formbare Masse oder Ton oder eine Modellierverbindung bzw. -mischung oder eine Formverbindung bzw. -mischung oder Sand umfasst; und wobei das Umwandeln des Dornmaterials das Konfigurieren des Dornmaterials auf eine vorgegebene Dichte in dem hohlen Abschnitt des Werkstücks enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Dornmaterial ein schäumbares Polymer umfasst; und bei dem das Umwandeln des Dornmaterials ferner wenigstens eines enthält von: Konfigurieren eines Polymerschaums, der das schäumbare Polymer enthält, Kombinieren des schäumbaren Polymers und eines Schäummittels [engl.: ”forming agent”] zum Bilden eines Polymerschaums, und Kombinieren des Polymerschaums mit einem Fluid und Gefrieren des Fluids, so dass der Polymerschaum den hohlen Abschnitt des Werkstücks im Wesentlichen füllt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Dornmaterial ein Fluid umfasst; und bei dem das Umwandeln des Dornmaterials das Abkühlen des Fluids unter einen Gefrierpunkt des Fluids enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Dornmaterial ein gelierbares Material umfasst; und wobei das Umwandeln des Dornmaterials das Kombinieren eines Geliermittels und des gelierbaren Materials zum Bilden eines Gels durch eines der Folgenden enthält: Beschichten der Innenoberfläche, die den hohlen Abschnitt definiert, mit dem Geliermittel vor dem Füllen des hohlen Abschnitts mit dem gelierbaren Material, und Kombinieren des Geliermittels und des gelierbaren Materials gleichzeitig mit dem Füllen des hohlen Abschnitts des Werkstücks mit dem Dornmaterial.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Formen des Teils ferner das gleichzeitige Verdichten des Dorns mit dem Formen des Teils umfasst, so dass der Dorn auf die Innenoberfläche, die den hohlen Abschnitt definiert, einen inkrementellen Druck ausübt.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Füllen des hohlen Abschnitts des Werkstücks mit einer Kombination eines ersten Dornmaterials und eines zweiten Dornmaterials; Umwandeln des ersten und des zweiten Dornmaterials zu einem Dorn; und wobei das erste und das zweite Dornmaterial nach dem Formen des Teils aus dem Teil entnehmbar sind.
System zum Formen eines Teils aus einem Werkstück, das einen hohlen Abschnitt enthält, unter Verwendung eines Dorns, wobei das System umfasst: wenigstens zwei Formabschnitte, die zusammen einen Hohlraum mit einer Gestalt, die der Gestalt des zu formenden Teils entspricht, definieren; eine herkömmliche Presse, die zum Ausüben von Druck auf das Werkstück unter Verwendung der Formabschnitte zum Formen des Teils konfiguriert ist; wobei das Werkstück eine Innenoberfläche enthält, die den hohlen Abschnitt definiert; und ein Dornmaterial, das dafür konfiguriert ist, in dem hohlen Abschnitt des Werkstücks in einen Dorn umgewandelt zu werden, um auf die Innenoberfläche des Werkstücks eine Dornkraft auszuüben.
System nach Anspruch 8, das ferner umfasst: eine Vorrichtung zum Umwandeln des Dornmaterials in dem hohlen Abschnitt des Werkstücks in den Dorn, wobei die Vorrichtung zu wenigstens einem der Folgenden konfiguriert ist: Verdichten des Dornmaterials auf eine vorgegebene Dichte, Abkühlen des Dornmaterials unter einen Schmelzpunkt oder einen Gefrierpunkt oder eine Glasübergangstemperatur des Dornmaterials, und Kombinieren eines Dornmaterials und eines anderen Materials zum Umwandeln des Dornmaterials in ein Gel oder in einen Schaum.
System nach Anspruch 8, wobei das Werkstück wenigstens eine Öffnung zu dem hohlen Abschnitt definiert, wobei das System ferner umfasst: eine Dichtung, die zu wenigstens einem der Folgenden konfiguriert ist: Abdichten der wenigstens einen Öffnung, Enthalten des Dornmaterials in dem Werkstück, und Komprimieren des Dorns zum Ausüben eines inkrementellen Drucks auf die Innenoberfläche des Werkstücks während der Formung des Teils.