DE102017216278A1 - Tool and process for hydroforming with reduced cycle time - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Werkzeug (100) für das Innenhochdruckumformen metallischer Hohlkörper (200) mittels Wirkmedium, mit einem Oberwerkzeug (120) und einem Unterwerkzeug (110), die mit einer Kavität (130) zur Aufnahme eines Hohlkörpers (200) ausgebildet sind, wobei das Unterwerkzeug (110) einen Einlaufkanal (180) zum Vorfüllen eines in die Kavität (130) eingelegten Hohlkörpers (200) mit Wirkmedium aufweist, der vor einer Öffnung (210) des eingelegten Hohlkörpers (200) in die Kavität (130) einmündet und zu der Öffnung (210) des eingelegten Hohlkörpers (200) ausgerichtet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein mit diesem Werkzeug (100) auszuführendes Verfahren zur Herstellung eines Bauteils durch Innenhochdruckumformen.The invention relates to a tool (100) for the hydroforming metallic hollow body (200) by means of active medium, with an upper tool (120) and a lower tool (110), which are formed with a cavity (130) for receiving a hollow body (200) the lower tool (110) has an inlet channel (180) for prefilling a hollow body (200) with active medium inserted into the cavity (130), which opens into the cavity (130) in front of an opening (210) of the inserted hollow body (200) the opening (210) of the inserted hollow body (200) is aligned. The invention further relates to a method to be carried out with this tool (100) for producing a component by hydroforming.
Description
Die Erfindung betrifft ein Werkzeug für das Innenhochdruckumformen metallischer Hohlkörper gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils durch Innenhochdruckumformen.The invention relates to a tool for hydroforming metallic hollow body according to the preamble of claim 1. The invention further relates to a method for producing a component by hydroforming.
Bei der Innenhochdruckumformung (IHU) wird der umzuformende Hohlkörper bzw. das umzuformende hohle Werkstück, z. B. ein Rohr, in die Kavität eines Umformwerkzeugs (IHU-Werkzeug) eingelegt, mit einem Wirkmedium (Fluid) befüllt und durch Aufbringen eines hohen Innendrucks umgeformt. Während des Umformprozesses werden die Öffnungen des Hohlkörpers durch Dichtstempel abgedichtet.In hydroforming (IHU) is the reshaped hollow body or the reshaped hollow workpiece, for. As a tube, inserted into the cavity of a forming tool (hydroforming tool), filled with a working medium (fluid) and reshaped by applying a high internal pressure. During the forming process, the openings of the hollow body are sealed by sealing stamp.
Die Taktzeit beim Innenhochdruckumformen wird maßgeblich durch die Füllzeit für das Befüllen des umzuformenden Hohlkörpers mit dem Wirkmedium, bestimmt. Dieser Vorgang wird auch als Vorfüllen bzw. Vorfüllung bezeichnet.The cycle time in the hydroforming is significantly determined by the filling time for filling the reshaped hollow body with the active medium. This process is also called prefilling.
Die
Zum Stand der Technik wird ergänzend noch auf die
Mit der Erfindung soll eine weitere Verkürzung der Taktzeit beim Innenhochdruckumformen erreicht werden.With the invention, a further reduction of the cycle time during hydroforming is to be achieved.
Dies gelingt mit einem erfindungsgemäßen Werkzeug entsprechend dem Patentanspruch 1 und mit einem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend dem nebengeordneten Patentanspruch. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.This is achieved with a tool according to the invention according to the patent claim 1 and with a method according to the invention according to the independent claim. Further developments and embodiments of the invention will become apparent for both subject invention from the dependent claims, the following description of the invention and the drawings.
Das erfindungsgemäße Werkzeug bzw. IHU-Werkzeug umfasst ein Oberwerkzeug (obere Formhälfte) und ein Unterwerkzeug (untere Formhälfte), die mit (wenigstens) einer Kavität bzw. einem Formraum zur Aufnahme eines umzuformenden Hohlkörpers ausgebildet sind. Selbsterklärend kann das Werkzeug durch vertikales Verschieben des Oberwerkzeugs geöffnet und geschlossen werden. Im Unterwerkzeug befindet sich (wenigstens) ein Einlaufkanal zum Vorfüllen bzw. schnellen Befüllen eines in die Kavität eingelegten Hohlkörpers mit Wirkmedium, wobei der Einlaufkanal vor einer Öffnung des eingelegten Hohlkörpers in die Kavität einmündet und zu dieser Öffnung des eingelegten Hohlkörpers ausgerichtet ist.The tool according to the invention or hydroforming tool comprises an upper tool (upper mold half) and a lower tool (lower mold half) which are formed with (at least) one cavity or a mold space for receiving a hollow body to be formed. Self-explanatory, the tool can be opened and closed by vertically moving the upper tool. In the lower tool is (at least) an inlet channel for pre-filling or rapid filling of a hollow body inserted into the cavity with active medium, wherein the inlet channel opens into an opening of the inserted hollow body into the cavity and is aligned with this opening of the inserted hollow body.
Der Einlaufkanal ist zumindest an seiner kavitätsseitigen Mündung so ausgebildet, dass das zum Vorfüllen durch den Einlaufkanal strömende Wirkmedium direkt, d. h. ohne Umlenkung, in die Öffnung des in der Kavität eingelegten Hohlkörpers strömen kann, der hierdurch befüllt bzw. geflutet wird. Dadurch kann mit dem Vorfüllen bereits begonnen werden, bevor das Werkzeug geschlossen ist. Außerdem kann die Werkzeugschließgeschwindigkeit erhöht werden. Ferner können die Dichtstempel in ihrer Ruhestellung näher am umzuformenden Hohlkörper positioniert werden. Taktzeitverkürzungen im Bereich mehrerer Sekunden sind dadurch möglich, was insbesondere in der Serienproduktion erhebliche Vorteile mit sich bringt. Ferner wird auch die Luftbläschenbildung im Wirkmedium deutlich verringert.The inlet channel is formed at least at its cavity-side mouth so that the pre-filling through the inlet channel flowing active medium directly, d. H. without deflection, can flow into the opening of the hollow body inserted in the cavity, which is thereby filled or flooded. As a result, prefilling can already be started before the tool is closed. In addition, the tool closing speed can be increased. Furthermore, the sealing punches can be positioned in their rest position closer to the hollow body to be formed. Cycle time reductions in the range of several seconds are possible, which brings considerable advantages in particular in mass production. Furthermore, the formation of air bubbles in the active medium is significantly reduced.
Bevorzugt ist der Einlaufkanal als gerade Bohrung ausgebildet, die sich quasi schräg durch das Unterwerkzeug erstreckt. Die Bohrungsachse dieser Bohrung bzw. deren Verlängerung zeigt in die Öffnung des in der Kavität eingelegten Hohlkörpers, sodass die Strömungsachse des durch den Einlaufkanal bzw. die Einlaufbohrung strömenden Wirkmediums direkt in das Innere des Hohlkörpers gerichtet ist.Preferably, the inlet channel is formed as a straight bore, which extends quasi obliquely through the lower tool. The bore axis of this bore or its extension points into the opening of the hollow body inserted in the cavity, so that the flow axis of the flowing through the inlet channel and the inlet bore active medium is directed directly into the interior of the hollow body.
Der Einlaufkanal kann als Langlochbohrung ausgebildet sein. Damit ist gemeint, dass der Einlaufkanal als Bohrung mit einem Langlochquerschnitt ausgebildet ist. Dieser Bohrungsquerschnitt begünstigt einen großen Volumenstrom mit niedrigem Druck (Niederdruck), was eine schnelle Vorfüllung mit geringer Luftblasenbildung ermöglicht. Bevorzugt ist die Langlochgeometrie an die Öffnungsgeometrie des Hohlkörpers angepasst, insbesondere derart, dass entlang der Strömungsachse eine größtmögliche Überdeckung besteht.The inlet channel may be formed as a slot hole. This means that the inlet channel is formed as a hole with a slot cross-section. This bore cross-section favors a high volume flow at low pressure (low pressure), allowing for rapid prefilling with little air bubble formation. Preferably, the slot geometry is adapted to the opening geometry of the hollow body, in particular such that there is the greatest possible coverage along the flow axis.
Bevorzugt ist die Mündung des Einlaufkanals nicht mehr als 5 mm von der Öffnung bzw. dem Öffnungsrand des eingelegten Hohlkörpers beabstandet. Besonders bevorzugt ist kein Abstand zwischen der Mündung des Einlaufkanals und der Öffnung bzw. dem Öffnungsrand des eingelegten Hohlkörpers vorgesehen.Preferably, the mouth of the inlet channel is not more than 5 mm from the opening or the opening edge of the inserted hollow body spaced. Particularly preferred is no distance between the mouth of the inlet channel and the opening or the opening edge of the inserted hollow body is provided.
Das erfindungsgemäße Werkzeug kann ferner wenigstens einen verfahrbaren Dichtstempel aufweisen, mit dem die Öffnung des eingelegten Hohlkörpers abdichtbar ist, wobei das Werkzeug so ausgebildet ist, dass der Dichtstempel beim Anfahren an die Öffnung die Mündung des Einlaufkanals verschließt.The tool according to the invention may further comprise at least one movable sealing punch have, with which the opening of the inserted hollow body is sealable, wherein the tool is formed so that the sealing plunger closes the mouth of the inlet channel when approaching the opening.
Der Einlaufkanal kann an seinem von der Mündung abgewandten Ende mit einem Anschluss, z. B. ein Schlauch- oder Leitungsanschluss, ausgebildet sein, über den das Wirkmedium zwecks Vorfüllung zugeführt werden kann, z. B. mit Hilfe einer Füllpumpe.The inlet channel may at its end facing away from the mouth end with a connection, for. B. a hose or line connection, be formed, via which the active medium can be supplied for the purpose of pre-filling, z. B. by means of a filling pump.
Das Unterwerkzeug kann Mittel zur Halterung bzw. Fixierung des eingelegten Hohlkörpers aufweisen, um das Verrutschen des Hohlkörpers beim Vorfüllen zu verhindern, solange das Werkzeug noch nicht geschlossen. Dies können z. B. Magnethalter oder Vakuumsauger sein.The lower tool may have means for holding or fixing the inserted hollow body in order to prevent the slipping of the hollow body during priming, as long as the tool is not yet closed. This can z. B. magnetic holder or vacuum suction.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Bauteils durch Innenhochdruckumformen unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Werkzeugs umfasst die Schritte:
- - Einlegen des umzuformenden Hohlkörpers in das Unterwerkzeug (bei geöffnetem Werkzeug), derart, dass sich eine Öffnung des Hohlkörpers neben der Mündung des Einlaufkanals in die Kavität befindet;
- - Vorfüllen (Fluten) des Hohlkörpers mit dem Wirkmedium, wobei das Wirkmedium durch den Einlaufkanal über die daneben befindliche Öffnung in den Hohlkörper einströmt;
- - Schließen des Werkzeugs und Anfahren bzw. Anlegen von Dichtstempeln an die Öffnungen des Hohlkörpers (wenigstens wird ein Dichtstempel an eine Öffnung des Hohlkörpers angelegt);
- - Umformen, d. h. Innenhochdruckumformen des Hohlkörpers (eigentlicher Umformprozess), wozu über wenigstens einen der Dichtstempel ein (hoher) Innendruck aufgebracht wird;
- - Zurückfahren der Dichtstempel, gegebenenfalls Ablassen des Wirkmediums, Öffnen des Werkzeugs und Entformen des Bauteils.
- - Inserting the reshaped hollow body in the lower tool (with the tool open), such that there is an opening of the hollow body adjacent to the mouth of the inlet channel into the cavity;
- - Prefilling (flooding) of the hollow body with the active medium, wherein the active medium flows through the inlet channel via the adjacent opening in the hollow body;
- Closing the tool and starting or applying sealing punches to the openings of the hollow body (at least one sealing stamp is applied to an opening of the hollow body);
- - Forming, ie hydroforming of the hollow body (actual forming process), for which a (high) internal pressure is applied via at least one of the sealing plunger;
- - Retracting the seal, possibly draining the active medium, opening the tool and removal of the component.
Wie bereits erläutert, können das Vorfüllen des eingelegten Hohlkörpers und das Schließen des Werkzeugs gleichzeitig, d. h. sich zeitlich überschneidend, erfolgen.As already explained, the pre-filling of the inserted hollow body and the closing of the tool at the same time, d. H. temporally overlapping.
Beim Vorfüllen können vor den anderen Öffnungen des eingelegten Hohlkörpers (über die keine Vorfüllung erfolgt) die Dichtstempel so positioniert werden, dass eine Stauung des Wirkmediums im Hohlkörper möglich ist bzw. ein Staudruck entsteht, aber dennoch Luft entweichen kann.When prefilling the sealing punches can be positioned in front of the other openings of the inserted hollow body (via the no pre-filling), that a stowage of the active medium in the hollow body is possible or a back pressure arises, but still air can escape.
Das herzustellende Bauteil ist insbesondere ein Automobil- oder Motorradbauteil, wie z. B. ein Achsteil (bspw. ein Längsrohr für einen Achsträger) oder ein Karosseriestrukturteil (bspw. ein unterer Windschutzscheibenquerträger bzw. Windlauf).The component to be produced is in particular an automobile or motorcycle component, such. As an axle (eg. A longitudinal tube for an axle carrier) or a body structure part (eg., A lower windshield cross member or cowl).
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Die in den Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
-
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Werkzeug und veranschaulicht in vier schematischen Schnittdarstellungen den erfindungsgemäßen Verfahrensablauf zur Herstellung eines Bauteils durch Innenhochdruckumformen (IHU).
-
1 shows a tool according to the invention and illustrates in four schematic sectional views of the process sequence according to the invention for the production of a component by hydroforming (hydroforming).
Das Werkzeug
Das Unterwerkzeug
Zum Umformen des Hohlkörpers
Nachdem der Hohlkörper
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- WerkzeugTool
- 110110
- Unterwerkzeuglower tool
- 120120
- Oberwerkzeugupper tool
- 130130
- Kavitätcavity
- 140140
- Dichtstempel (Dichtkappe)Sealing stamp (sealing cap)
- 150150
- Dichtstempel (Dichtkappe)Sealing stamp (sealing cap)
- 170170
- Fixiermittelfixer
- 180180
- Einlaufkanal (Bohrung)Inlet channel (hole)
- 181181
- Mündungmuzzle
- 182182
- Anschlussconnection
- 183183
- Bohrungsachsebore axis
- 200200
- Hohlkörperhollow body
- 210210
- HohlkörperöffnungHollow body opening
- 220220
- HohlkörperöffnungHollow body opening
- LL
- Hauptachsemain axis
- WW
- Wirkmediumactive medium
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 19628688 C1 [0004]DE 19628688 C1 [0004]
- DE 10343868 B3 [0005]DE 10343868 B3 [0005]
Claims (10)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE102017216278.3A DE102017216278A1 (en) | 2017-09-14 | 2017-09-14 | Tool and process for hydroforming with reduced cycle time |
Applications Claiming Priority (1)
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DE102017216278.3A DE102017216278A1 (en) | 2017-09-14 | 2017-09-14 | Tool and process for hydroforming with reduced cycle time |
Publications (1)
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DE102017216278A1 true DE102017216278A1 (en) | 2019-03-14 |
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DE (1) | DE102017216278A1 (en) |
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DE102009052005A1 (en) * | 2008-11-11 | 2010-07-01 | GM Global Technology Operations, Inc., Detroit | Apparatus and method for a dual mode hydroforming seal |
-
2017
- 2017-09-14 DE DE102017216278.3A patent/DE102017216278A1/en active Pending
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