DE102015110998A1

DE102015110998A1 - Verfahren zur Herstellung einer Endrohrblende oder eines Rohrelements und Vorrichtung zur Herstellung der Endrohrblende oder des Rohrelements

Info

Publication number: DE102015110998A1
Application number: DE102015110998.0A
Authority: DE
Inventors: Uli Sofan
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2035-07-09
Also published as: CN106334763B; CN106334763A; DE102015110998B4

Abstract

Zur Herstellung einer Endrohrblende oder eines Rohrelements wird diese oder dieses über einen Dehn- oder Spreizdorn in einem ersten Bereich bis zu einer Dehngrenze des Werkstoffs aufgeweitet, wobei ein anschließender weiterer Bereich unverformt bleibt, an dem ein bis zu einer Stauchgrenze einziehbarer Innenflansch über ein Umformwerkzeug umbördelbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Endrohrblende oder eines Rohrelements nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6.
Aus der DE 308 903 ist ein kegelförmiges Werkzeug zum Aufweiten eines Rohres bekannt, das anschließend an seinem Ende gefaltet ist. Des Weiteren ist aus der DE 10 2004 045 981 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer Muffe aus einem Rohr bekannt, wobei das Rohr durch ein Aufweitwerkzeug gestreckt wird und danach die Rohrenden mittels eines Stauchwerkzeugs faltbar sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Endrohrblende oder ein anderes Rohrelement aus einem eckigen, runden oder ovalen Rohr so zu verformen, dass ein Endbereich der Endrohrblende oder des Rohrelements faltenfrei zu einem Innenflansch einziehbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verfahrensmerkmale nach den Ansprüchen 1 bis 4 sowie durch die Vorrichtungsmerkmale nach den Ansprüchen 6 bis 9 gelöst.
Die mit der Erfindung hauptsächlich erzielten Vorteile bestehen darin, dass durch ein Umformverfahren ein im Durchmesser kleines Rohrelement bereichsweise aufgespreizt wird und ein verbleibender unverformter Bereich faltenfrei eingezogen bzw. gestaucht werden kann. Dies wird nach der Erfindung in vorteilhafter Weise erreicht, indem mit einem als Dehn- oder Spreizdorn ausgebildeten Aufweitwerkzeug ein vorderer Rohrabschnitt des Rohrelements der Endrohrblende im Durchmesser bis zur Dehngrenze mittels eines Verformvorgangs aufgeweitet wird. Danach wird ein anschließender hinterer aus dem verbleibenden unverformten Endbereich bestehender Rohrabschnitt des Rohrelements an einer Beschnittkante über einen Stauchvorgang in einem Umformwerkzeug zu einem Innenflansch verformt. Diese Umformung kann bis zur Stauchgrenze des Werkstoffs erfolgen.
Insbesondere ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der vordere Rohrabschnitt des Rohrelements der Blende im Durchmesser bis an die Dehngrenze (Streckgrenze) über den in das Rohr mittels einer axialen Kraft einschiebbaren und mit einem Durchmessersprung versehenen Dehndorn im Durchmesser über den größeren Durchmessersprung des Dornes aufgeweitet wird. Der hintere Rohrabschnitt der Blende besteht aus einem nicht gedehnten und im Durchmesser auf geweiteten Bereich, in welchem der Dehndorn mit einem dem Rohrdurchmesser entsprechenden kleinen Durchmessersprung eintaucht. Durch diese Verfahrensschritte wird erreicht, dass der nicht aufgespreizte Bereich des Rohres noch einen maximalen Umformgrad des Werkstoffes zulässt und eine lokale Faltenbildung vermieden wird und somit auch eine Nachbearbeitung des Innenflansches entfällt. In Bezug auf die Werkstoffumformbarkeit können damit bei Rohren Durchmessersprünge von max. 200 % Gesamtdehnung dargestellt werden (100 % Dehnung + 100 % Spannung) ohne weitere spannungsreduzierende Maßnahmen im Herstellungsprozess zu benötigen.
Nach einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Spreizdorn bis zum unverformten Endbereich in das Rohrelement der Blende einschiebbar und über sich radial aufspreizende Stützbacken wird eine Teillänge der Blende im Durchmesser bis an die Dehngrenze aufgeweitet. Der verbleibende unverformte Endbereich ist im Umformwerkzeug zu dem endseitigen Innenflansch umbördelbar. Mit dem Spreizdorn ist das Verfahren genauso durchführbar wie mit dem Dehndorn; unterschiedlich ist nur die Einführung in das Rohrelement und die Wirkungsweise erfolgt beim Dehndorn in axialer und beim Spreizdorn in radialer Kraftrichtung.
Ferner ist nach der Erfindung zur Durchführung des Verfahrens ein Umformwerkzeug vorgesehen, über das die Beschnittkante des Rohrelements nach innen zum Innenflansch derart umbördelbar ist, indem axial unter Krafteinwirkung gegeneinander wirkende Umformwerkzeuge verwendet werden. Das eine Umformwerkzeug besteht aus einem in das Rohrelement eingeführten Stützdorn und das weitere Umformwerkzeug besteht aus einem auf das Rohrelement von außen aufschiebbaren Stauchwerkzeug, wobei zwischen diesen Umformwerkzeugen dann die Beschnittkante im Bereich des unverformten Endbereichs des Rohres bis zur Stauchgrenze umformbar ist. Durch ein Zusammenwirken des unter Krafteinwirkung axial gegeneinander bewegbaren Stützdornes und Stauchwerkzeuges, wird zwischen diesen der Innenflansch umgebördelt.
Der einstufige Dehndorn nach der Erfindung weist einen Durchmessersprung mit einem längeren vorderen Abschnitt und einem größeren Durchmesser als das Rohrelement auf, der über einen konischen Abschnitt an einen kürzeren hinteren Abschnitt mit einen dem Durchmesser des Rohrelements der Blende entsprechende Bereich anschließt.
Der zweistufige Dehndorn nach der Erfindung weist vorzugsweise zwei Durchmessersprünge mit einem ersten vorderen Abschnitt größeren Durchmessers als das Rohrelement und einen anschließenden mittleren Abschnitt kleineren Durchmessers auf, an dem sich ein hinterer Abschnitt mit dem inneren Durchmesser des Rohrelements der Blende anschließt, wobei der vordere Abschnitt größeren Durchmessers eine Rohrumformung bis an die Dehngrenze (Streckgrenze) des Rohrwerkstoffes erlaubt.
Durch den einstufigen Dehndorn wird im Gegensatz zum zweistufigen Dehndorn ein einziger langer aufgeweiteter Rohrbereich mit einer Umformung bis an die Dehngrenze (Streckgrenze) erzielt. Dagegen wird beim zweistufigen Dehndorn ein relativ kurzer bis zur Dehngrenze aufgeweiteter Rohrbereich erzielt, an den sich über den Durchmessersprung ein unterhalb der Dehngrenze liegender Rohrbereich anschließt.
Ferner ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der Stützdorn zur Bildung des Innenflansches am freien vorderen Ende konisch ausgeführt ist und einen umlaufenden Vorsprung aufweist, der korrespondierend zu einer umlaufenden Vertiefung im Stauchwerkzeug angeordnet ist. Dieser Stützdorn wird vorzugsweise bei der Ausführung mit dem Dehndorn verwendet. Der in die umlaufende Vertiefung eintauchende umlaufende Vorsprung, bördelt beim Auftreffen der Beschnittkante in die Vertiefung diese nach innen um.
Des Weiteren ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der Stützdorn zur Bildung des Innenflansches am freien vorderen Ende eine ausgerundete Randkante aufweist, die korrespondierend zu einer ausgerundeten Innenaufnahme im äußeren Stauchwerkzeug angeordnet ist. Dieser Stützdorn wird vorzugsweise bei der Ausführung mit dem Spreizdorn verwendet, durch den sich eine nach innen schräg zulaufende Beschnittkante bildet, welche sich beim Zuführen der beiden Werkzeuge rechtwinklig nach innen umlegen kann.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
1 einen einstufigen Dehndorn mit aufzuweitendem Rohrelement einer Endrohrblende oder ein Rohrelement,
2 einen zweistufigen Dehndorn mit aufzuweitendem Rohrelement einer Endrohrblende oder ein Rohrelement,
3 eine Ansicht auf das über den einstufigen Dehndorn aufgeweitete Rohrelement der Endrohrblende oder ein Rohrelement,
4 eine Ansicht auf das über den zweistufigen Dehndorn aufgeweitete Rohrelement der Endrohrblende,
5 eine Ansicht auf den axial in das Rohrelement eingeführten einstufigen Dehndorn,
6 eine Ansicht auf den axial in das Rohrelement eingeführten zweistufigen Dehndorn,
7, 8 und 9 Ansichten auf ein in das vom Dehndorn auf geweitete Rohrelement der Endrohrblende eingeführten Stützdorn gegen ein Stauchwerkzeug zur Bildung eines Innenflansches,
10, 11 und 12 Ansichten auf ein in das Rohr der Endrohrblende eingeführten Spreizdorn und
13, 14 und 15 Ansichten auf ein in das vom Spreizdorn auf geweitete Rohr eingeführten Stützdorn gegen ein Stauchwerkzeug zur Bildung des Innenflansches.
Eine Endrohrblende 1 oder andere Rohrelemente oder Rohrteile für ein Kraftfahrzeug oder zur Verwendung im allgemeinen Maschinenbau werden in einem Umformprozess mittels eines ein-, zwei- oder mehrstufigen Aufweitvorgangs hergestellt. Die Endrohrblende 1 oder die Rohrelemente können aus einem runden, ovalen oder eckigen Rohrelement 1a bestehen.
Zum Aufweiten des Rohrelements 1a der Endrohrblende 1 wird ein Dehn- oder Spreizdorn 2; 2a; 3 eines Aufweitwerkzeugs verwendet, das einen Durchmessersprung aufweist. Der Dehndorn kann aus einem einstufigen Dehndorn 2 oder einem zweistufigen Dehndorn 2a bestehen, der jeweils einen Durchmessersprung besitzt. Ein vorderer Rohrabschnitt 4 der Endrohrblende 1 wird im Durchmesser D bis zur Dehngrenze (Streckgrenze) mittels eines Verformvorganges durch den Dorn 2; 2a; 3a, 3b aufgeweitet. Der Dehndorn 2; 2a wird hierzu unter Krafteinwirkung axial in die Endrohrblende 1 bzw. Rohrelement 1a hineingepresst. Danach wird ein hinterer anschließender Rohrabschnitt 5 der Endrohrblende 1 gebildet, der aus einem unverformten Endbereich 6 besteht, da der Dehndorn 2; 2a in diesem Bereich einen dem Rohrinnendurchmesser D1 entsprechenden Durchmesser aufweist.
Der unverformte Endbereich 6 des Rohres 1 weist eine endseitige Beschnittkante 7 auf, die über einen Stauchvorgang in einem Umformwerkzeug 8, 9 zu einem Innenflansch 10 umgebördelt wird. Es ist in diesem Bereich B (9) eine Umformung bis an die Dehngrenze und somit eine Beulen-/Verwerfungsfreie Umformung möglich.
Der vordere Rohrabschnitt 4 des Rohrelements 1a der Endrohrblende 1 wird bis an die Dehngrenze im Durchmesser über den in das Rohr 1 einschiebbaren Dehn- oder Spreizdorn 2; 2a; 3 bis zum Durchmesser D über den großen Durchmessersprung aufgeweitet.
Der hintere Rohrabschnitt 5 des Rohrelements 1a der Endrohrblende 1 besteht aus einem nicht gedehnten bzw. unverformten und im Durchmesser D1 nicht auf geweiteten Endbereich 6 zur Bildung des Innenflansches 10.
Zum Verformen des Rohrelements 1a der Endrohrblende 1 wird nach einer weiteren Ausführung, gemäß der 10 bis 12 der Spreizdorn 3 bis zum unverformten Endbereich 6 in das Rohrelement 1a der Blende 1 eingeschoben. Über sich radiale aufspreizbare Stützbacken 3a, 3b wird eine Teillänge L des Rohrelements 1a bzw. der Endrohrblende 1 zum Durchmesser D bis an die Dehngrenze aufgeweitet. Der unverformte Endbereich 6 wird im Umformwerkzeug 8, 9 zu dem endseitigen Innenflansch 10 umgebördelt.
Die Beschnittkante 7 des Rohrelements 1a bzw. der Endrohrblende 1 wird nach innen zum Innenflansch 10 in der Weise umgebördelt, indem axial unter Krafteinwirkung gegeneinander wirkende Umformwerkzeuge verwendet werden. Diese bestehen aus einem in das Rohr 1 eingeführten Stützdorn 8 und einem auf das Rohrelement 1a aufschiebbares Stauchwerkzeugs 9. Zwischen diesen Werkzeugen 8, 9 wird die Beschnittkante 7 im Bereich des unverformten Endbereichs 6 des Rohrelements 1a bis zur Stauchgrenze umgeformt.
Der einstufige Dehndorn 2 (1) weist einen Durchmessersprung mit einem längeren vorderen Abschnitt 4 und einem größeren Durchmesser D auf, der über einen konischen Abschnitt 11, an den sich ein kürzerer hinterer Abschnitt 5 mit einem Durchmesser D1 des Rohrelements 1a bzw. der Endrohrblende 1 anschließt.
Der zweistufige Dehndorn 2a (2) weist zwei Durchmessersprünge mit einem ersten vorderen Abschnitt 4 größeren Durchmessers D und einem anschließenden mittleren Abschnitt kleineren Durchmessers D2 auf. An diesen schließt sich ein hinterer Abschnitt 5 mit dem verminderten Durchmesser D1 des Rohrelements 1a bzw. der Endrohrblende 1 an. Der vordere Abschnitt 4 größeren Durchmessers D erlaubt eine Rohrumformung bis an die Dehngrenze des Rohrwerkstoffs. Der Drehdorn 2a kann auch mehrstufig mit mehreren Durchmessersprüngen ausgeführt sein.
Der Stützdorn 8 des Umformwerkzeugs zur Bildung des Innenflansches 10 ist konisch ausgeführt (7) und weist am vorderen Ende einen umlaufenden randseitigen Vorsprung 12 auf, der korrespondierend zu einer umlaufenden Vertiefung 14 im Stauchwerkzeug 9 angeordnet ist.
Nach einer weiteren Ausführung ist der Stützdorn 8 am freien vorderen Ende mit einer ausgerundeten Randkante 15 versehen, die korrespondierend zu einer ausgerundeten Innenaufnahme 16 des äußeren Stauchwerkzeuges 9 angeordnet ist. Für das Umformwerkzeug zu den Ausführungen mit dem Dehndorn 2; 2a (7 bis 9) und dem Spreizdorn 3 (13 bis 15) werden die gleichen Bezugszeichen für den Stützdorn 8 und das Stauchwerkzeug 9 verwendet.
Wie in 9 näher dargestellt ist, wird einerseits der vordere Bereich 4(B) des Rohrelements 1a bzw. der Endrohrblende 1 mit dem größeren Durchmesser D bis an die Dehngrenze bei einer beulen-/verwerfungsfreien Umformung unterworfen. Der Endbereich 6 mit der Beschnittkante 7 des Rohrelements 1a bzw. der Endrohrblende 1 wird bei dem Umformen zum Durchmesser D nicht verformt, d. h. es erfolgt eine 0%ige Umformung, was mit dem Pfeil P dargestellt ist (9). Für den Innenflansch 10 kann der Endbereich 6 faltenfrei umgeformt werden bis die Beschnittkante 7 die Stauchgrenze S erreicht. Dieser Bereich ist mit einem Kreis umgrenzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 308903 [0002]
DE 102004045981 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Endrohrblende oder eines Rohrelements aus einem rund- oder eckigförmigen Rohr für ein Kraftfahrzeug oder zur Verwendung im allgemeinen Maschinenbau, durch ein ein- oder mehrstufiges Aufweiten des Rohrelements, wobei in das Rohrelement ein Aufweitwerkzeug einführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem als Dehn- oder Spreizdorn (2; 2a; 3) ausgebildeten Aufweitwerkzeug ein vorderer Rohrabschnitt (4) des Rohrelements (1a) der Endrohrblende (1) im Durchmesser bis zur Dehngrenze mittels eines Verformvorganges aufgeweitet wird und danach ein anschließender hinterer aus einem unverformten Endbereich bestehender Rohrabschnitt (5) der Blende (1) an einer Beschnittkante (7) über einen Stauchvorgang in einem Umformwerkzeug (8, 9) zu einem Innenflansch (10) verformbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Rohrabschnitt (4) des Rohrelements (1a) der Blende (1) im Durchmesser bis an die Dehngrenze (Streckgrenze) über den in das Rohrelement (1a) mittels einer axialen Kraft einschiebbaren und mit einem Durchmessersprung versehenen Dehndorn (2; 2a) größeren Durchmessersprung des Dornes aufgeweitet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der hintere Rohrabschnitt (5) des Rohrelements (1a) der Blende (1) aus einem unverformten und im Durchmesser nicht auf geweiteten Bereich (6) besteht, in welchen der Dehndorn (2; 2a) mit einem dem Rohrinnendurchmesser (D1) entsprechenden kleinen Durchmessersprung eintaucht.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spreizdorn (3) bis zum unverformten Endbereich (6) des Rohrelements (1a) der Blende (1) einschiebbar ist und über sich radial aufspreizbare Stützbacken (3a, 3b) eine Teillänge (L) der Blende (1) im Durchmesser (D) bis zur Dehngrenze aufgeweitet wird und der verbleibende unverformte Endbereich (6) mit dem Durchmesser (D1) im Umformwerkzeug (8, 9) zu dem endseitigen Innenflansch (10) umbördelbar ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschnittkante (7) des Rohrelements (1a) der Blende (1) nach innen zum Innenflansch (10) derart umgebördelt wird, indem axial unter Krafteinwirkung gegeneinander wirkende Umformwerkzeuge verwendet werden, die aus einem in das Rohrelement (1a) eingeführten Stützdorn (8) und aus einen auf das Rohrelement (1a) aufschiebbaren Stauchwerkzeug (9) bestehen, zwischen denen die Beschnittkante (7) im Bereich des unverformten Endbereich (6) des Rohrelements (1a) bis zur Stauchgrenze umgeformt wird.
Vorrichtung zur Herstellung einer Endrohrblende oder eines Rohrelements, nach den in den vorherigen Ansprüchen beschriebenen Verfahren, bestehend aus einem in das Rohrelement (1a) der Blende (1) einführbaren Dehn- oder Spreizdorn eines Aufweitwerkzeugs und einem in einem Umformwerkzeug umbördelbaren Innenflansch an einer Beschnittkante des Rohrelements der Endrohrblende, dadurch gekennzeichnet, dass der einstufige Dehndorn (2) einen Durchmessersprung mit einem längeren vorderen Abschnitt (4) mit einem größeren Durchmesser (D) als das Rohrelement (1a) aufweist, das über einen konischen Abschnitt (11) an einen kürzeren hinteren Abschnitt (5) mit einem dem Durchmesser (D1) des Rohrelements (1a) der Blende (1) entsprechenden Bereich anschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zweistufige Dehndorn (2a) zwei Durchmessersprünge mit einem ersten vorderen Abschnitt (4) größeren Durchmessers (D) als das Rohrelement (1a) und einen anschließenden mittleren Abschnitt kleineren Durchmessers (D2) umfasst, an den sich ein hinterer Abschnitt (5) mit dem verminderten Durchmesser (D1) des Rohrelements (1a) der Blende (1) anschließt, wobei der vordere Abschnitt (4) größeren Durchmessers (D) eine Rohrumformung bis an die Dehngrenze des Rohrwerkstoffs erlaubt.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützdorn (8) zur Bildung des Innenflansches (10) am freien vorderen Ende konisch ausgeführt ist und einen umlaufenden Vorsprung (12) aufweist, der korrespondierend zu einer umlaufenden Vertiefung (14) im Stauchwerkzeug (9) angeordnet ist.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützdorn (8) zur Bildung des Innenflansches (10) am freien vorderen Ende eine ausgerundete Randkante (15) aufweist, die korrespondierend zu einer ausgerundeten Innenaufnahme (16) im äußeren Stauchwerkzeug (9) angeordnet ist.