DE102015216965B4

DE102015216965B4 - Werkzeug und Verfahren zum Schmieden eines Rohres sowie Umformmaschine

Info

Publication number: DE102015216965B4
Application number: DE102015216965.0A
Authority: DE
Inventors: Paul Nieschwitz; Frederik Knauf; Klaus Steingiesser
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2018-10-25
Anticipated expiration: 2035-09-05
Also published as: AT517627B1; AT517627A2; AT517627A3; DE102015216965A1

Abstract

Werkzeug (1) zum Schmieden eines Rohres (2) aus einem gelochten Halbzeug (3) mit einem Dorn (4), wobei der Dorn (4) mittels einer Dornstange (35) in das gelochte Halbzeug (3) in axialer Richtung (5) einführbar ist, wobei der Dorn (4) einen mittels radial verschieblicher Dornumfangssegmente (15, 16, 17, 18) veränderbaren Dornaußendurchmesser (25, 26, 27) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Dornstangenelemente (35) über jeweils ein Gelenk (36) zur axialen Verschiebbarkeit der Dornumfangssegmente (15, 16, 17, 18) mit diesen verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug zum Schmieden eines Rohres aus einem gelochten Halbzeug mit einem Dorn, wobei der Dorn mittels einer Dornstange in das gelochte Halbzeug in axialer Richtung einführbar ist.
Die Erfindung betrifft auch eine Umformmaschine, insbesondere eine Radialschmiedemaschine, mit Umformwerkzeugen zum Umformen eines gelochten Halbzeugs zu einem Rohr, bei welcher die Umformwerkzeuge in radialer Richtung von radial weiter außen auf das gelochte Halbzeug zustellbar sind, und mit einem Werkzeug umfassend einen Dorn, bei welcher der Dorn in axialer Richtung in das gelochte Halbzeug einführbar ist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Schmieden eines Rohres aus einem gelochten Halbzeug, bei welchem ein Dorn eines Werkzeugs zum Schmieden des gelochten Halbzeugs in axialer Richtung in das gelochte Halbzeug eingeführt wird, und bei welchem das gelochte Halbzeug zumindest teilweise auf axialer Höhe des in das gelochte Halbzeug eingeführten Dorns durch ein Schmiedewerkzeug von außen bearbeitet wird, wodurch sich das gelochte Halbzeug erhitzt.
Werkzeuge mit einem Dorn zum Einführen in ein gelochtes Halbzeug, wie etwa einen Hohlblock, eine Luppe oder dergleichen, sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Der jeweilige Dorn diesbezüglicher Werkzeuge ist entweder zylindrisch oder konisch ausgebildet und besitzt einen konstanten, dass heißt, einen unveränderbaren Dornaußendurchmesser. Diese Werkzeuge werden insbesondere im Zusammenhang mit Radialschmiedemaschinen eingesetzt, wobei der Dorn einen Gegenanschlag im Inneren des gelochten Halbzeugs bzw. des Rohres für die von außen auf das gelochte Halbzeug bzw. das Rohr einwirkenden Schmiedewerkzeuge darstellt.
Speziell der Dorn unterliegt hierbei aufgrund seines ausgeprägten und intensiven Oberflächenkontaktes mit dem geschmiedeten Rohr einer extrem hohen thermischen Belastung, welche insbesondere von der durch den Schmiedeprozess in das gelochte Halbzeug bzw. Rohr eingebrachte Hitze hervorgerufen wird. Diese thermische Belastung führt oftmals dazu, dass sich das Rohr an dem Dorn festschmiedet. In der Regel hat dies wiederum zur Folge, dass sowohl das Rohr als auch der Dorn irreversibel zerstört werden.
Die AT 511 748 A1 offenbart ein Werkzeug zum Schmieden eines Rohres aus einem gelochten Halbzeug mit einem Dorn, wobei der Dorn mittels einer Dornstange in das gelochte Halbzeug in axialer Richtung einführbar ist und wobei der Dorn einen mittels radial verschieblicher Dornumfangsegmente veränderbaren Dornaußendurchmesser aufweist.
Die JP 2 521 958 B2 offenbart ebenfalls ein Werkzeug zum Schmieden eines Rohres aus einem gelochten Halbzeug, wobei der in das gelochte Halbzeug eingeführte Dorn relativ zueinander beweglich angeordnete Dornstangensegmente aufweist.
Die JPS 63-309347 A offenbart eine Schmiedevorrichtung für Rohre, wobei die zum Schmieden verwendete Dornstange ebenfalls zueinander beweglich angeordnete Dornstangensegmente aufweist, um das Herausziehen des Dorns nach dem Schmieden zu erleichtern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lebensdauer eines gattungsgemäßen Werkzeugs zu erhöhen.
Die Aufgabe der Erfindung wird von einem Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorliegend ist der Dornaußendurchmesser also variabel ver- und einstellbar, so dass der Wirkkontakt zwischen dem Rohr bzw. der Rohrinnenseite des Rohres speziell auch während eines Schmiedeprozesses unterbrochen werden kann, ohne hierbei den Dorn gegenüber dem Rohr axial verlagern zu müssen. Hierdurch wird eine Wärmeübertragung von Wärme bzw. Hitze, welche aufgrund der in das gelochte Halbzeug eingebrachte Umformarbeit in diesem gelochten Halbzeug bzw. in dem Rohr entsteht, auf den Dorn stark reduziert.
Hierdurch gelingt es, die Kontaktzeit des Wirkkontaktes zwischen dem Dorn und dem Rohr signifikant zu reduzieren, so dass die thermische Belastung ebenfalls signifikant reduziert ist. Auch wird hierdurch sehr gut vermieden, dass das Rohr und der Dorn sich durch den Schmiedeprozess unlösbar miteinander verbinden, insbesondere dass sich das Rohr auf dem Dorn aufschrumpft. Die radial verschieblichen Dornumfangssegmente sind bevorzugt als Viertelkreis bildende Bogenelemente ausgestaltet, welche sich mit ihrer Längserstreckung in axialer Richtung der Mittellängsachse des Dorns erstrecken und um diese Mittellängsachse herum eine zylindrische Dornaußenfläche des Dorns ausgestalten.
Insofern ist der Dorn an seiner Außenfläche bzw. äußeren Rohrkontaktfläche vorliegend bevorzugt zylinderförmig geformt. Durch die Zylinderform des Dorns werden zudem Toleranzen bzgl. des Rohrinnendurchmessers weniger negativ beeinflusst als bei einem konischen Dorn. Alternativ könnte ein Dorn grundsätzlich aber auch eine konische Außenfläche umfassen.
Speziell bei einer Radialschmiedemaschine werden vier solcher Bogenelemente bzw. Dornumfangssegmente verwendet, wobei sich dann die Mitte des jeweiligen Dornumfangselements unter der Mitte des jeweils radial weiter außen liegenden zugehörigen Schmiedewerkzeugs befindet.
Es versteht sich, dass bei entsprechend ausgestalteter Erfindung auch mehr als vier solcher Bogenelemente vorhanden sein können, wie beispielsweise acht Bogenelemente.
Der vorliegende Dorn kann hinsichtlich seiner Längsmittelachse feststehend oder um diese Längsmittelachse drehbar sein. Im letzteren Fall ist die Drehsteuerung des Dorns bevorzugt so gestaltet, dass die Mittenausrichtung eines jeden Dornumfangssegment und die Mittenausrichtung des dazugehörigen Schmiedewerkzeugs automatisch übereinstimmen.
Durch die Veränderbarkeit des Dornaußendurchmessers, welche beispielsweise mittels einer Keilverstellung erzielt werden kann, kann der Außendurchmesser des Dorns in weiten Bereichen variiert werden.
Dies ermöglicht vorteilhafterweise auch unabhängig von den übrigen Merkmalen der Erfindung, dass mit einem einzigen Dorn unterschiedliche Rohrinnendurchmesser erzielt werden können. Derzeit ist es erforderlich, dass zur Realisierung von unterschiedlichen Rohrinnendurchmessern auch unterschiedlich dimensionierte Dorne erforderlich sind.
Vorteilhafterweise kann vorliegend auf ein Vorhalten einer Vielzahl an Dornen mit unterschiedlichen Durchmessern verzichtet werden, da hier mit einem einzigen Dorn unterschiedliche Rohrdurchmesser erzeugt werden können.
Insofern ist die Verwendung des vorliegenden Dorns mit veränderbaren Außendurchmesser zum Erzeugen von Rohren mit unterschiedlichen Rohrinnendurchmesser auch ohne die übrigen Merkmale der Erfindung vorteilhaft.
In diesem Zusammenhang wird die Aufgabe der Erfindung des Weiteren von einem Verfahren zum Schmieden eines Rohres aus einem gelochten Halbzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst, bei welchem ein Dorn eines Werkzeugs zum Schmieden des Rohres in axialer Richtung in das gelochte Halbzeug eingeführt wird, und bei welchem das gelochte Halbzeug zumindest teilweise auf axialer Höhe des in das gelochte Halbzeug eingeführten Dorns durch ein Schmiedewerkzeug von außen bearbeitet wird, wodurch sich das Rohr erhitzt, wobei der Dorn während der Bearbeitung des Rohrs einer kontaktbehafteten Wärmeübertragung durch das erhitzte Rohr temporär entzogen wird, indem der Dornaußendurchmesser in radialer Richtung verringert wird.
Durch die Verringerung des Dornaußendurchmessers unmittelbar nach der Umformung wird ein Spalt zwischen dem Dorn und dem gelochten Halbzeug bzw. dem Rohr gebildet, so dass zumindest keine kontaktbedingte Wärmeübertragung mehr erfolgt.
Hierdurch wird die Temperatur des Dorns signifikant reduziert und die Lebensdauer des Dorns erhöht sich entsprechend.
Die Kontaktzeit zwischen dem Dorn und dem Rohr kann verfahrenstechnisch besonders einfach verringert werden, wenn der Dornaußendurchmesser des Dorns nach der Bearbeitung des Rohres durch das Schmiedewerkzeug verändert wird. Genauer gesagt wird der Dornaußendurchmesser des Dorns hierbei verringert.
Vorliegend ist also die Gefahr extrem herab gesetzt, dass sich das Rohr an dem Dorn festschmiedet, oder vice versa. Somit ist die Lebensdauer des Werkzeugs bzw. seines diesbezüglichen Dorns wesentlich erhöht.
Bevorzugt wird der Dornaußendurchmesser des Dorns nach einem Wirkkontakt des Schmiedewerkzeugs mit dem gelochten Halbzeug bzw. Rohr verändert, beispielsweise nach jedem Schmiedehub.
Insofern ist es im Sinne der Erfindung besonders vorteilhaft, wenn der Dorn nach einem Schmiedevorgang, insbesondere nach jedem Schmiedekontakt, von dem gelochten Halbzeug bzw. Rohr gelöst wird.
Von Vorteil ist es, wenn äußere Schmiedewerkzeuge und die weiter innen liegenden radial verschieblichen Dornumfangssegmente zeitversetzt zueinander radial bewegt werden, so dass die radial verschieblichen Dornumfangssegmente bereits an der Innenseite des gelochten Halbzeugs bzw. des Rohres anliegen, wenn die Schmiedewerkzeuge von außen auf das gelochte Halbzeug bzw. Rohr auftreffen.
Vorliegend wird der Dorn auf einen Arbeitsdurchmesser expandiert, beispielsweise zum Zeitpunkt t_exp = x. Ein Wirkkontakt der Schmiedewerkzeuge mit dem gelochten Halbzeug erfolgt dann bevorzugt zu einem späteren Zeitpunkt t_schm = x + Δx, wobei Δx nahezu beliebig wählbar ist.
Es versteht sich, dass bei entsprechender Ausgestaltung der Erfindung und gewählter Verfahrensweise aber auch hiervon abweichende Synchronisationen bezüglich der Schmiedewerkzeuge und der radial verschieblichen Dornumfangssegmente gewählt werden können.
Jedenfalls ist es von Vorteil, wenn eine Radialbewegung von radial verschieblichen Dornumfangssegmenten synchron einer radialen Schmiedebewegung durchgeführt wird, da hierdurch stets eine einwandfreie Gegenfläche beim Schmieden im Inneren des gelochten Halbzeugs bzw. des Rohres zur Verfügung steht.
Eine besondere, auch von den übrigen Merkmalen der Erfindung unabhängige Verfahrensführung sieht vor, dass mittels eines einzigen Dorns mit veränderbaren Dornaußendurchmesser unterschiedliche Rohre mit unterschiedlichen Rohrinnendurchmessern hergestellt werden. Hierdurch kann die Anzahl an unterschiedlichen Dornen signifikant reduziert werden bzw. Dorne mit unterschiedlichen, festen Dornaußendurchmessern werden nahezu überflüssig, da der vorliegende Dorn unterschiedliche Dornaußendurchmesser erzeugen kann.
An dieser Stelle sei noch erläutert, dass die axiale Richtung mit der Längserstreckung des Dorns bzw. des gelochten Halbzeugs bzw. des Rohres zusammen fällt.
Insofern verläuft eine diesbezüglich radiale Richtung quer zu dieser Längserstreckung bzw. zu der axialen Richtung.
Das gelochte Halbzeug ist beispielsweise als ein Hohlblock, eine Luppe oder dergleichen ausgestaltet.
Dadurch, dass das vorliegende Werkzeug insbesondere mit seinem Dorn in das gelochte Halbzeug eingeführt wird, handelt es sich bei dem vorliegenden Werkzeug im Wesentlichen um ein Innenwerkzeug, wobei der Dorn einen Gegenkörper darstellt, gegen welchen die Wandung des gelochten Halbzeugs bzw. Rohres angeschmiedet wird, nämlich mittels von radial weiter außen angeordneten Schmiedewerkzeugen.
Bevorzugt werden diese Schmiedewerkzeuge in einer Umformmaschine, wie etwa in einer Radialschmiedemaschine, eingesetzt.
Insofern wird die Aufgabe der Erfindung auch von einer Umformmaschine, insbesondere einer Radialschmiedemaschine, mit Schmiedewerkzeugen zum Umformen eines gelochten Halbzeugs zu einem Rohr mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst, bei welcher die Schmiedewerkzeuge in radialer Richtung von radial weiter außen auf das gelochte Halbzeug zustellbar sind, und mit einem Werkzeug umfassend einen Dorn, bei welcher der Dorn in axialer Richtung in das gelochte Halbzeug einführbar ist, wobei sich die Umformmaschine durch ein Werkzeug nach einem der vorliegend beschriebenen Merkmale auszeichnet.
Hierdurch können die Kosten hinsichtlich der Umformmaschine bzw. Radialschmiedemaschine gesenkt werden, da die Lebensdauer des Werkzeugs bzw. des dazugehörigen Dorns signifikant erhöht ist.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn die radial verschieblichen Dornumfangssegmente in Abhängigkeit einer Schmiedebewegung der Schmiedewerkzeuge radial verschiebbar angeordnet sind. Hierdurch können die Bewegungen der Schmiedewerkzeuge und der radial verschieblichen Dornumfangssegmente gut miteinander synchronisiert werden.
Hinsichtlich des Werkzeugs ist es weiter von Vorteil, wenn der Dorn einen ersten Betriebszustand mit einem ersten Dornaußendurchmesser, in welchem die radial verschieblichen Dornumfangssegmente mit der Innenseite des Rohrs in Wirkkontakt stehen, und einen weiteren Betriebszustand mit einem reduzierten Dornaußendurchmesser, in welchem die radial verschieblichen Dornumfangssegmente von dieser Innenseite radial beabstandet angeordnet sind. Somit gelingt es konstruktiv auf einfache Weise, den Dorn von der Innenseite des Rohres zu entfernen, ohne dass der Dorn zwingend axial verlagert werden müsste.
Bei diesem ersten Betriebszustand weist der Dorn mit dem ersten Dornaußendurchmesser also einen Arbeitsdurchmesser auf, so dass der Dorn innen an der Wandung des gelochten Halbzeugs bzw. Rohres anliegt. Bei diesem Arbeitsdurchmesser ist der Dorn idealerweise gegenüber dem gelochten Halbzeug bzw. Rohr verklemmt.
Bei mindestens einem weiteren Betriebszustand mit einem reduzierten Dornaußendurchmesser weist der Dorn einen Parkdurchmesser auf, so dass der Dorn gegenüber dem Rohr nicht mehr verklemmt ist, sondern idealerweise kontaktfrei zu diesem ist, wodurch der Dorn auch problemlos axial verschieblich gegenüber dem Rohr ist.
Insofern sieht eine bevorzugte Verfahrensvariante auch vor, dass der Dornaußendurchmesser des Dorns nach einem Wirkkontakt des Schmiedewerkzeugs mit dem gelochten Halbzeug derart verringert wird, dass der Dorn mit seiner Mantelfläche den Wirkkontakt zu der Innenseite des gelochten Halbzeugs ganz oder teilweise verliert. Hierdurch kann ein kritischer Temperaturanstieg des gelochten Halbzeugs bzw. Rohres vermieden und damit auch die Gefahr eines Festschmiedens wirkungsvoll verringert werden.
Eine weitere sehr vorteilhafte Verfahrensvariante sieht vor, dass der Dornaußendurchmesser des Dorns nach einem Wirkkontakt des Schmiedewerkzeugs mit dem gelochten Halbzeug verringert wird, der Dorn dann gegenüber dem Schmiedewerkzeug in axialer Richtung verlagert wird, und anschließend der Dornaußendurchmesser des Dorns wieder in radialer Richtung expandiert wird, so dass der Dorn mit einem axial benachbarten Dornumfangsbereich mit dem Rohr in Wirkkontakt tritt.
Dadurch, dass der Dorn nach einer Verringerung seines Dornaußendurchmessers alternativ zusätzlich noch axial verlagert werden kann, wird vorteilhafterweise erzielt, dass ein zuvor durch einen Schmiedevorgang oder mehrere Schmiedevorgänge beanspruchter erster Dornumfangsbereich trotz Weiterführung des Schmiedeprozesses, insbesondere mit einem dann um die Längsachse gedrehten gelochten Hohlblock bzw. Rohr, vorerst nicht mehr belastet wird, sondern ein in axialer Richtung gesehen daneben liegender anderer Dornumfangsbereich des Dorns. Hierdurch kann nochmals die Lebensdauer des vorliegenden Werkzeugs bzw. insbesondere des zugehörigen Dorns signifikant erhöht werden.
Zweckmäßigerweise ist der kleinste einstellbare Dornaußendurchmesser des Dorns zumindest temporär kleiner als das Fertigmaß eines Rohrinnendurchmessers des zu schmiedenden Rohres einstellbar. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass während eines Schmiedeprozesses der Wirkkontakt zwischen dem Dorn und dem gelochten Halbzeug bzw. Rohr problemlos unterbrochen werden kann, wodurch die vorstehend bereits mehrfach genannten Effekte und Vorteile erzielt werden können.
Vorliegend reicht es bereits aus, wenn der Dornaußendurchmesser nur wenige Millimeter bzw. Zehntelmillimeter reduziert werden kann, da hierdurch beispielsweise ein thermisches Aufschrumpfen des gelochten Halbzeugs bzw. des Rohrs auf den Dorn während des Schmiedeprozesses vermieden werden kann.
Beispielsweise beträgt der Unterschied zwischen dem maximal möglichen Dornaußendurchmesser des Dorns und dem kleinsten einstellbaren Dornaußendurchmesser nur wenige Millimeter bzw. Zehntelmillimeter, um die vorbeschriebenen Effekte zu erzielen.
Es versteht sich, dass die radiale Verschieblichkeit der einzelnen radial verschieblichen Dornumfangssegmente konstruktiv unterschiedlichst gewährleistet werden kann, beispielsweise mittels einer entsprechend ausgestalteten Pneumatik- oder Hydraulikeinrichtung.
Eine diesbezüglich konstruktiv sehr einfache, aber dennoch äußerst zuverlässige Methode sieht vor, dass der Dorn ein axial verlagerbares Expandermittenteil aufweist, welches an den radial verschieblichen Dornumfangssegmenten in axialer Richtung axial verschieblich gelagert ist.
Hierbei sind die radial verschieblichen Dornumfangssegmente radial weiter außen und konzentrisch um das Expandermittenteil herum angeordnet.
Es versteht sich, dass eine unterschiedliche Anzahl an axial verlagerbaren Expandermittenteilen vorgesehen sein kann. Die Konstruktion des vorliegenden Werkzeugs kann sehr einfach gehalten sein, wenn nur ein einziges axial verlagerbares Expandermittenteil vorhanden ist.
Die radiale Verschieblichkeit der radial verschieblichen Dornumfangssegmente kann mittels des Expandermittenteils baulich einfach realisier werden, wenn das axial verlagerbare Expandermittenteil einen konischen Grundkörper aufweist, welcher radial außen Axialschiebenuten umfasst, in welchen die radial verschieblichen Dornumfangssegmente gelagert sind. Alternativ zu den Axialschiebenuten können auch andere Elemente vorgesehen werden, mittels welchen die radial verschieblichen Dornumfangssegmente an dem axial verlagerbaren Expandermittenteil geführt gehaltert sind, wie etwa Axialschiebestege oder dergleichen.
Mittels des konischen Grundkörpers des Expandermittenteils kann konstruktiv einfach insbesondere auch eine Keilverstellung realisiert werden.
Die radial verschieblichen Dornumfangssegmente können in axialer Richtung konstruktiv einfach gehalten, aber in radialer Richtung verschoben werden, wenn die radial verschieblichen Dornumfangssegmente an der Dornstange in axialer Richtung axial festgelegt, aber in radialer Richtung radial beweglich gelagert sind.
Eine radiale Verschiebbarkeit der Dornumfangsegmente kann beispielsweise auch durch Schiebenuten oder dergleichen realisiert werden.
Damit die Schmiedewerkzeuge mit den radial verschieblichen Dornumfangssegmenten interagieren können, ist es vorteilhaft, wenn die radial verschieblichen Dornumfangssegmente derart an dem Dorn angeordnet sind, dass jeweils ein radial verschiebliches Dornumfangssegment einem radial weiter außen angeordneten Schmiedewerkzeug gegenüberliegend angeordnet ist.
In der Regel wird nach jedem Hub der Schmiedewerkzeuge, also während des Schmiedens, das gelochte Halbzeug bzw. Rohr nach vorne in Richtung der Schmiedewerkzeuge verlagert. Hierbei kann der Dorn entweder mitlaufen oder stehen bleiben.
An dieser Stelle sei nochmals erwähnt, dass mit vorliegender Erfindung der Eingriff zwischen dem Dorn und dem gelochten Halbzeug bzw. Rohr erheblich reduziert werden kann, wodurch einerseits die thermische Belastung des Dorns verringert wird. Andererseits wird ein Festschmieden des gelochten Halbzeug bzw. Rohres an dem Dorn vermieden. Insgesamt wird somit die Lebensdauer des Dorns erheblich erhöht, wodurch auch insbesondere eine Radialschmiedemaschine wesentlich effektiver betrieben werden kann.
Weitere Merkmale, Effekte und Vorteile vorliegender Erfindung werden anhand anliegender Zeichnung und nachfolgender Beschreibung erläutert, in welchen beispielhaft ein Werkzeug mit einem einen veränderbaren Dornaußendurchmesser aufweisenden Dorn dargestellt und beschrieben ist, welches beispielsweise in einer mit Schmiedewerkzeugen ausgerüsteten Radialschmiedemaschine eingesetzt ist.
In der Zeichnung zeigen:

1 schematisch eine Seitenansicht eines Werkzeugs mit einem Dorn, welcher einen mittels vier radial verschieblicher Dornumfangssegmente veränderbaren Dornaußendurchmesser aufweist;
2 schematisch eine teilweise geschnittene Queransicht des in der 1 gezeigten Werkzeugs in einer Radialschmiedemaschine mit vier radial weiter außen als die Dornumfangssegmente angeordneten Schmiedewerkzeugen;
3 schematisch eine entlang der in der 2 eingezeichneten Schnittlinie B-D geschnittene Seitenansicht des Werkzeugs mit dem in einem gelochten Halbzeug eingeführten Dorn während eines Schmiedekontakts, bei welchem die Schmiedewerkzeuge auf das gelochte Halbzeug abgesenkt sind, wobei der Dorn einen gegen die Innenseite des gelochten Halbzeugs expandierten Dornaußendurchmesser besitzt; und
4 schematisch eine entlang der in der 2 eingezeichneten Schnittlinie B-D weitere geschnittene Seitenansicht des Werkzeugs, bei welchem die Schmiedewerkzeug von dem gelochten Halbzeug abgehoben sind, wobei der Dorn einen radial weiter nach innen reduzierten Dornaußendurchmesser aufweist.

Das in der 1 zumindest teilweise gezeigte Werkzeug 1 zum Schmieden eines Rohres 2 (siehe 3 und 4) aus einem gelochten Halbzeug 3 (siehe ebenfalls 3 und 4) weist einen Dorn 4 auf, welcher in das gelochte Halbzeug 3 bzw. Rohr 2 in axialer Richtung 5 eingeführt werden kann, um das gelochte Halbzeug 3 bzw. Rohr 2 an seiner Innenseite 3A von Innen her zu stützen, wenn es von außen mittels Schmiedewerkzeuge 6, 7, 8 und 9 bearbeitet wird.
Die Schmiedewerkzeuge 6 bis 9 sind in diesem Ausführungsbeispiel Bestandteile einer hier nicht näher gezeigten Radialschmiedemaschine 10, an welcher auch das vorliegende Werkzeug 1 eingesetzt wird, um das gelochte Halbzeug 3 mittels der Schmiedewerkzeuge 6, 7, 8 und 9 gegen den Dorn 4 zu schmieden und hierdurch das Rohr 2 mit einem Fertigmaß, insbesondere mit einem hierzu erforderlichen Rohrinnendurchmesser 2A, zu fertigen. Anstelle einer Radialschmiedemaschine 10 könnte auch eine andere Umformmaschine eingesetzt werden.
Der Dorn 4 erstreckt sich mit seiner Längserstreckung 11 bzw. mit seiner Längsmittelachse 12 in axialer Richtung 5, wobei zumindest während des Schmiedeprozesses um diese Längsmittelachse 12 herum die Schmiedewerkzeuge 6 bis 9 konzentrisch angeordnet sind.
Der Dorn 4 besitzt insgesamt vier Dornumfangssegmente 15, 16, 17 und 18 (siehe 2), welche eine zylinderförmige äußere Mantelfläche 19 des Dorns 4 ausgestalten.
Diese vier Dornumfangssegmente 15 bis 18 sind hierbei in radialer Richtung 20 radial verschieblich, sodass der Dornaußendurchmesser 25 stufenlos veränderbar ist. Mit anderen Worten: Der Dorn 4 hat einen veränderlichen bzw. veränderbaren Dornaußendurchmesser 25, welcher zumindest zwischen einem Parkdurchmesser 26 (siehe 1, 2, 4) und einem Arbeitsdurchmesser 27 (siehe 3) variiert werden kann.
Es kann somit gesagt werden, dass der Dorn 4, insbesondere auf seinen variablen Dornaußendurchmesser 25 bezogen, über einen ersten Betriebszustand 28 (siehe 3) und zumindest über einen weiteren Betriebszustand 29 (siehe 4) verfügt.
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel beschreibt der in der 3 gezeigte erste Betriebszustand 28 des Dorns 4 einen expandierten Dornaußendurchmesser 25, nämlich den Arbeitsdurchmesser 27, bei welchem die radial verschieblichen Dornumfangssegmente 15 bis 18 mit der Innenseite 3A des gelochten Halbzeugs 3 bzw. insbesondere des Rohres 2 in Wirkkontakt stehen.
Dementsprechend beschreibt der in der 4 dargestellte weitere Betriebszustand 29 des Dorns 4 einen reduzierten bzw. zusammengezogenen Dornaußendurchmesser 25, nämlich den Parkdurchmesser 26, wobei hier die radial verschieblichen Dornumfangssegmente 15 bis 18 von dieser Innenseite 3A insbesondere des fertig geschmiedeten Rohres 2 nach radial weiter innen abgehoben sind.
Demzufolge kann der Dornaußendurchmesser 25 auch so variiert werden, dass der kleinste einstellbare Dornaußendurchmesser 26 des Dorns 4 zumindest temporär kleiner ist als das Fertigmaß eines Rohrinnendurchmessers 2A des zu schmiedenden Rohres 2.
Zum radialen Betätigen der vier Dornumfangssegmente 15, 16, 17 und 18 umfasst das vorliegende Werkzeug 1 ein mittig angeordnetes axial verlagerbares Expandermittenteil 30, welches somit entlang der Längsmittelachse 12 axial verlagerbar ist.
In diesem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das axial verlagerbare Expandermittenteil 30 einen konisch ausgeformten Grundkörper 31, welcher die vier Dornumfangssegmente 15, 16, 17 und 18 trägt. Hierzu weist der konische Grundkörper 31 für jedes der vier Dornumfangssegmente 15, 16, 17 und 18 eine Axialschiebenut 32 (nur exemplarisch beziffert, siehe 2) auf, in welcher ein kompatibel ausgebildetes Federelement 33 (ebenfalls nur exemplarisch beziffert, siehe 2) des jeweiligen Dornumfangssegments 15, 16, 17 bzw. 18 beweglich gelagert ist.
Des Weiteren umfasst das axial verlagerbare Expandermittenteil 30 eine Betätigungsstange 34, welche mit dem konisch ausgeformten Grundkörper 31 wirkverbunden ist, so dass dieser konisch ausgeformte Grundkörper 31 von weiter axial außen aus bedient und innerhalb des gelochten Halbzeugs 3 bzw. Rohres 2 nahezu beliebig positioniert werden kann. So auch während des eigentlichen Schmiedeprozesses, um unterschiedliche Axialbereiche der Mantelfläche 19 des Dorns 4 durch Schmiedekontakte zu belasten, so dass insgesamt der Dorn 4 über seine Längserstreckung 11 gesehen weniger partiell belastet wird.
Die vier Dornumfangssegmente 15, 16, 17 und 18 hingegen stehen mit einem oder mehreren weiteren Dornstangenelementen 35 (hier nur exemplarisch) derart in Wirkverbindung, dass sie mittels des weiteren Dornstangenelements 35 in axialer Richtung 5 axial festlegbar sind, aber dennoch mittels des axial verlagerbaren Expandermittenteils 30 in radialer Richtung 20 radial verschoben werden können.
Dieses Dornstangenelement 35 wird hierbei mittels eines Gelenks 36 an dem jeweiligen Dornumfangssegment 15, 16, 17 bzw. 18 gelenkig befestigt.
Damit eine reibungslose Bewegung zwischen den einzelnen vier Dornumfangssegmenten 15, 16, 17 und 18 gewährleistet werden kann, sind die zueinander unmittelbar benachbarten Dornumfangssegmente 15, 16, 17 und 18 in Umfangsrichtung 40 des axial verlagerbaren Expandermittenteils 30 durch einen Spalt 41 (nur exemplarisch beziffert) voneinander beabstandet angeordnet.
Gemäß der Darstellung nach der 3 ist der Dorn 4 während eines Schmiedevorgangs innerhalb eines gelochten Halbzeugs 3 in seinem ersten Betriebszustand 28 dargestellt.
Hierbei wurde der Dorn 4 zu einem Zeitpunkt t = x mittels der vier radial verschieblichen Dornumfangssegmente 15 bis 18 auf seinen maximalen Dornaußendurchmesser 27 nach radial weiter außen expandiert, wobei die vier radial verschieblichen Dornumfangssegmente 15 bis 18 bezogen auf die Längsmittelachse 12 mit Hilfe des Expandermittenteils 30 gemäß des Ausrückpfeils 42 maximal nach radial außen ausgerückt sind. Hierzu wurde das Expandermittenteil 30 gemäß des Axialpfeils 43 axial verlagert.
Kurz nachdem der Dorn 4 diesen Arbeitsdurchmesser 27 einnimmt, etwa zum etwa späteren Zeitpunkt t₁ = x + Δx, wird das gelochte Halbzeug 3 durch die vier Schmiedewerkzeuge 6, 7, 8 und 9 von außen geschmiedet, und somit wird das gelochte Halbzeug 3 nach radial weiter nach innen auf den Dorn 4 aufgeschmiedet. Hierbei werden die Schmiedewerkzeuge 6, 7, 8 und 9 gleichzeitig gemäß des Schmiedepfeils 44 bis zum Schmiedekontakt auf das gelochte Halbzeug 3 zu bewegt.
Um ein Festschmieden des Rohres 2 mit dem Dorn 4 zu vermeiden, wird nun dieser Arbeitsdurchmesser 27 verkleinert, indem die vier radial verschieblichen Dornumfangssegmente 15 bis 18 bezogen auf die Längsmittelachse 12 gemäß des Einrückpfeils 45 wieder nach radial weiter innen eingerückt werden, wie gemäß der Darstellung nach 4 gezeigt, bis der Dorn 4 seinen Parkdurchmesser 26 erreicht. Das Einrücken der vier radial verschieblichen Dornumfangssegmente 15 bis 18 erfolgt hierbei mittels des Expandermittenteils 30, welches gemäß des entgegengesetzten Axialpfeils 46 rückverlagert wird. Gleichzeitig durchlaufen alle Schmiedewerkzeuge 6, 7, 8 und 9 gemäß des Rückstellpfeils 47 eine übliche Rückholhubbewegung.
Durch das Reduzieren des Dornaußendurchmessers 25 des Dorns 4 auf das Außenmaß des Parkdurchmessers 26 kann das gelochte Halbzeug 3 bzw. das Rohr 2 zwischen zwei Schmiedehüben frei in axialer Richtung 5 verschoben also auch um die Längsmittenlachse 12 gedreht werden. Ferner wird der Dorn 4 in diesem Zeitraum signifikant weniger durch das erhitze Rohr 2 thermisch belastet, wodurch die bereits mehrfach beschriebenen Effekte bzw. Vorteile erzielt werden.
Es versteht sich, dass es sich bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel lediglich um eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Werkzeugs handelt. Insofern beschränkt sich die Ausgestaltung der Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Claims

Werkzeug (1) zum Schmieden eines Rohres (2) aus einem gelochten Halbzeug (3) mit einem Dorn (4), wobei der Dorn (4) mittels einer Dornstange (35) in das gelochte Halbzeug (3) in axialer Richtung (5) einführbar ist, wobei der Dorn (4) einen mittels radial verschieblicher Dornumfangssegmente (15, 16, 17, 18) veränderbaren Dornaußendurchmesser (25, 26, 27) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Dornstangenelemente (35) über jeweils ein Gelenk (36) zur axialen Verschiebbarkeit der Dornumfangssegmente (15, 16, 17, 18) mit diesen verbunden sind.
Werkzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (4) einen ersten Betriebszustand (28) mit einem ersten Dornaußendurchmesser (25, 27), in welchem die radial verschieblichen Dornumfangssegmente (15, 16, 17, 18) mit der Innenseite (3A) des Rohres (2) in Wirkkontakt stehen, und einen weiteren Betriebszustand (29) mit einem reduzierten Dornaußendurchmesser (25, 26), in welchem die radial verschieblichen Dornumfangssegmente (15, 16, 17, 18) von dieser lnnenseite (3A) radial beabstandet angeordnet sind, aufweist.
Werkzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste einstellbare Dornaußendurchmesser (25, 26) des Dorns (4) zumindest temporär kleiner als das Fertigmaß eines Rohrinnendurchmessers (2A) des zu schmiedenden Rohres (2) einstellbar ist.
Werkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (4) ein axial verlagerbares Expandermittenteil (30) aufweist, welches an den radial verschieblichen Dornumfangssegmenten (15, 16, 17, 18) in axialer Richtung (5) axial verschieblich gelagert ist.
Werkzeug (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das axial verlagerbare Expandermittenteil (30) einen konischen Grundkörper (31) aufweist, welcher radial außen Axialschiebenuten (32) umfasst, in welchen die radial verschieblichen Dornumfangssegmente (15, 16, 17, 18) gelagert sind.
Werkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die radial verschieblichen Dornumfangssegmente (15, 16, 17, 18) an der Dornstange (35) in axialer Richtung (5) axial festgelegt, aber in radialer Richtung (20) radial beweglich gelagert sind.
Werkzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die radial verschieblichen Dornumfangssegmente (15, 16, 17, 18) derart an dem Dorn (4) angeordnet sind, dass jeweils ein radial verschiebliches Dornumfangssegment (15, 16, 17, 18) einem radial weiter außen angeordneten Schmiedewerkzeug (6, 7, 8, 9) gegenüberliegend angeordnet ist.
Umformmaschine, insbesondere Radialschmiedemaschine (10), mit Schmiedewerkzeugen (6, 7, 8, 9) zum Umformen eines gelochten Halbzeugs (3) zu einem Rohr (2), bei welcher die Schmiedewerkzeuge (6, 7, 8, 9) in radialer Richtung (20) von radial weiter außen auf das gelochte Halbzeug (3) zustellbar sind, und mit einem Werkzeug (1) umfassend einen Dorn (4), bei welcher der Dorn (4) in axialer Richtung (5) in das gelochte Halbzeug (3) einführbar ist, gekennzeichnet durch ein Werkzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Umformmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die radial verschieblichen Dornumfangssegmente (15, 16, 17, 18) in Abhängigkeit einer Schmiedebewegung der Schmiedewerkzeuge (6, 7, 8, 9) radial verschiebbar angeordnet sind.
Verfahren zum Schmieden eines Rohres (2) aus einem gelochten Halbzeug (3), bei welchem ein Dorn (4) eines Werkzeugs (1) zum Schmieden des gelochten Halbzeugs (3) in axialer Richtung (5) in das gelochte Halbzeug (3) eingeführt wird, und bei welchem das gelochte Halbzeug (3) zumindest teilweise auf axialer Höhe des in das gelochte Halbzeug (3) eingeführten Dorns (4) durch ein Schmiedewerkzeug (6, 7, 8, 9) von außen bearbeitet wird, wodurch sich das gelochte Halbzeug (3) erhitzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn (4) während der Bearbeitung des gelochten Halbzeugs (3) einer kontaktbehafteten Wärmeübertragung durch das erhitzte gelochte Halbzeug (3) temporär entzogen wird, indem der Dornaußendurchmesser (25) in radialer Richtung verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dornaußendurchmesser (25) des Dorns (4) nach einem Wirkkontakt des Schmiedewerkzeugs (6, 7, 8, 9) mit dem gelochten Halbzeug (3) derart verringert wird, dass der Dorn (4) mit seiner Mantelfläche (19) den Wirkkontakt zu der Innenseite (3A) des Rohres (2) ganz oder teilweise verliert.
Verfahren nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Dornaußendurchmesser (25) des Dorns (4) nach einem Wirkkontakt des Schmiedewerkzeugs (6, 7, 8, 9) mit dem gelochten Halbzeug (3) verringert wird, der Dorn (4) dann gegenüber dem Schmiedewerkzeug (6, 7, 8, 9) in axialer Richtung (5) verlagert wird, und anschließend der Dornaußendurchmesser des Dorns (4) wieder in radialer Richtung (20) expandiert wird, so dass der Dorn (4) mit einem axial benachbarten Dornumfangsbereich mit dem Rohr (2) in Wirkkontakt tritt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Radialbewegung von radial verschieblichen Dornumfangssegmenten (15, 16, 17, 18) synchron einer radialen Schmiedebewegung von Schmiedewerkzeugen (6, 7, 8, 9) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines einzigen Dorns (4) mit veränderbaren Dornaußendurchmesser (25, 26, 27) unterschiedliche Rohre (2) mit unterschiedlichen Rohrinnendurchmessern (2A) hergestellt werden.