DE102020135048A9

DE102020135048A9 - Verfahren zum Herstellen eines Rohrs

Info

Publication number: DE102020135048A9
Application number: DE102020135048.1A
Authority: DE
Inventors: Masahiko Asano; Yoshihiko Ukai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-02-12
Filing date: 2020-12-29
Publication date: 2021-09-30
Anticipated expiration: 2040-12-30
Also published as: US20210245221A1; US11534813B2; JP2021126669A; JP7226367B2; DE102020135048B4; DE102020135048A1; CN113245395A; CN113245395B

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Rohrs (100) umfasst: Pressformen eines Plattenelements (10) in eine U-Form; und Pressformen des in die U-Form geformten Plattenelements (10) in eine O-Form. Das Rohr (100) umfasst einen Rohrkörper (110) und einen sich verjüngenden bzw. konischen Teil (120), der radial nach innen geneigt ist und von einem Ende des Rohrkörpers (110) vorsteht. Bevor das Plattenelement (10) in die U-Form pressgeformt wird, wird eine Grenze zwischen einem Abschnitt (11) des Plattenelements (10), der dem Rohrkörper (110) entspricht, und einem Abschnitt (12) des Plattenelements (10), der dem konischen Teil entspricht, von einer Oberfläche des Plattenelements (10), die einer inneren Umfangsfläche des Rohrs (100) entspricht, gepresst, um den Abschnitt (12) des Plattenelements (10), der dem konischen Teil (120) entspricht, in Richtung der Oberfläche des Plattenelements (10) zu biegen, die der inneren Umfangsfläche des Rohrs (100) entspricht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rohrs.
Beschreibung des Standes der Technik
Wie z.B. in der japanischen Patentanmeldung JP 2019 - 022 912 A offenbart ist, wird das U-O-Umformen häufig als Verfahren zum Herstellen eines Rohrs verwendet. Das U-O-Umformen ist ein Pressformverfahren, bei dem ein Plattenelement in eine U-Form (U-Formen) und anschließend in eine O-Form (zylindrische Form) gepresst wird (O-Formen), indem ein Paar von Formwerkzeugen verwendet wird, die jeweils einen Hohlraum bzw. eine Kavität mit einem halbkreisförmigen Abschnitt aufweisen.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfinder untersuchten die Verwendung des U-O-Umformens zum Herstellen eines Rohrs, das einen verjüngten bzw. konischen Teil enthält, der von einem Ende eines Rohrkörpers derart vorsteht, dass der konische Teil von dem einen Ende des Rohrkörpers radial nach innen geneigt ist, und fanden das folgende Problem. Wenn ein solches Rohr beispielsweise lediglich durch U-O-Umformen hergestellt wird, steht der konische Teil des Rohrs entlang einer Verlängerung der Längsrichtung des Rohrkörpers vor. Wenn der konische Teil nach dem U-O-Umformen gebogen und radial nach innen geneigt wird, kann es in der Nähe der Grenze zwischen dem Rohrkörper und dem konischen Teil zu Faltenbildung oder Rissbildung kommen.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen eines Rohrs bereit, das die Faltenbildung und Rissbildung in der Nähe der Grenze zwischen einem Rohrkörper und einem konischen Teil reduziert.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Rohrs gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst: Pressformen eines Plattenelements in eine U-Form; und Pressformen des in der U-Form geformten Plattenelements in eine O-Form. Das Rohr umfasst einen Rohrkörper und einen sich verjüngenden bzw. konischen Teil, der radial nach innen geneigt ist und aus einem Ende des Rohrkörpers vorsteht. Bevor das Plattenelement in die U-Form pressgeformt wird, wird eine Grenze zwischen einem Abschnitt des Plattenelements, der dem Rohrkörper entspricht, und einem Abschnitt des Plattenelements, der dem konischen Teil entspricht, von einer Oberfläche des Plattenelements, die einer inneren Umfangsfläche des Rohrs entspricht, gepresst, um den Abschnitt des Plattenelements, der dem konischen Teil entspricht, in Richtung der Oberfläche des Plattenelements zu biegen, die der inneren Umfangsfläche des Rohrs entspricht.
Gemäß dem obigen Aspekt wird, bevor das Plattenelement in die U-Form pressgeformt wird, die Grenze zwischen dem Abschnitt des Plattenelements, der dem Rohrkörper entspricht, und dem Abschnitt des Plattenelements, der dem konischen Teil entspricht, von der Oberfläche des Plattenelements, die der inneren Umfangsfläche des Rohrs entspricht, gepresst, um den Abschnitt des Plattenelements, der dem konischen Teil entspricht, in Richtung der Oberfläche des Plattenelements zu biegen, die der inneren Umfangsfläche des Rohrs entspricht. Dies reduziert die Faltenbildung und Rissbildung an der Grenze zwischen dem Abschnitt, der dem Rohrkörper entspricht, und dem Abschnitt, der dem konischen Teil entspricht, im Vergleich zu dem Fall, in dem der Abschnitt, der dem konischen Teil entspricht, nach dem U-Formen oder O-Formen gebogen wird.
Gemäß dem obigen Aspekt kann beim Pressen der Grenze eine Biegung mit einer Nutform an der Grenze gebildet werden. Gemäß der obigen Konfiguration wird, da der Abschnitt, in dem die Biegung geformt wurde, durch Kompression kaltverfestigt wird, ein Kegelwinkel des Abschnitts, der dem konischen Teil entspricht, sogar während dem U-Formen und O-Formen, die später durchgeführt werden, beibehalten und die Rückfederung wird ebenfalls reduziert.
Gemäß dem obigen Aspekt kann die Biegung einen gekrümmten Abschnitt haben. Bei dieser Konfiguration ist es weniger wahrscheinlich, dass das Plattenelement an der Biegung übermäßig dünn wird.
Gemäß dem obigen Aspekt kann beim Pressen der Grenze die Biegung gebildet werden, während ein Mittelteil des Abschnitts, der dem Rohrkörper entspricht, in eine U-Form gebogen wird. Die obige Konfiguration reduziert die Faltenbildung und Rissbildung an der Grenze zwischen dem Abschnitt, der dem Rohrkörper entspricht, und dem Abschnitt, der dem konischen Teil entspricht, weiter.
Gemäß dem obigen Aspekt kann die Biegung durch Pressen der Grenze mit einem Stempel gebildet werden, der eine der Biegung entsprechende Kante aufweist. Gemäß der obigen Konfiguration ist die Biegung leicht zu formen.
Gemäß dem obigen Aspekt kann eine Matrize, auf der das Plattenelement beim Pressen der Grenze platziert wird, an einer der Kante des Stempels entsprechenden Stelle mit einer Nut versehen sein.
Gemäß dem obigen Aspekt kann eine Matrize, auf der das Plattenelement beim Pressen der Grenze platziert wird, eine Matrize sein, die durch einen Spalt geteilt ist, der vorbestimmt ist. Der Spalt kann sich an einer Position befinden, die der Kante des Stempels entspricht. Gemäß der obigen Konfiguration ist es weniger wahrscheinlich, dass das Plattenelement an der Biegung übermäßig dünn wird, und die Lebensdauer des Stempels wird erhöht.
Gemäß dem obigen Aspekt kann die Kante des Stempels einen gekrümmten Abschnitt haben.
Gemäß dem obigen Aspekt kann ein Krümmungsradius des Abschnitts, der dem Rohrkörper entspricht, nachdem das Plattenelement in die U-Form pressgeformt wurde, kleiner sein als ein Krümmungsradius des Abschnitts, der dem Rohrkörper entspricht, nachdem das in die U-Form geformte Plattenelement in die O-Form pressgeformt wurde.
Gemäß dem obigen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Rohrs angegeben, das Faltenbildung und Rissbildung in der Nähe der Grenze zwischen einem Rohrkörper und einem konischen Teil reduziert.
Figurenliste
Die Merkmale und Vorteile sowie die technische und wirtschaftliche Bedeutung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, hierbei zeigt:

1 eine perspektivische Ansicht eines Rohrs, das unter Verwendung eines Verfahrens zum Herstellen eines Rohrs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt wurde;
2A eine Schnitt- und Draufsicht auf ein Plattenelement vor dem Kantenbiegen;
2B eine Schnitt- und Draufsicht auf das Plattenelement nach dem Kantenbiegen;
3A eine Schnitt- und Draufsicht auf das Plattenelement vor dem Biegen;
3B zeigt Schnitt- und Draufsicht auf das Plattenelement nach dem Biegen;
4A eine Schnittansicht entlang der Linie IVa-IVa in 3A;
4B eine Schnittansicht entlang der Linie IVb-IVb in 3B;
5 eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs V in 4B;
6A eine Modifikation eines Biegeprozesses für den konischen Teil;
6B eine Modifikation eines Biegeprozesses für den konischen Teil;
7A eine Schnitt- und Draufsicht des Plattenelements vor dem U-Formen;
7B eine Schnitt- und Draufsicht des Plattenelements nach dem U-Formen;
8A eine Schnittansicht entlang der Linie VIIIa-VIIIa in 7A;
8B eine Schnittansicht entlang der Linie VIIIb-VIIIb in 7B;
9A eine Schnitt- und Draufsicht auf das Plattenelement vor dem O-Formen;
9B eine Schnitt- und Draufsicht auf das Plattenelement nach dem O-Formen;
10A eine Schnittansicht entlang der Linie Xa-Xa in 9A; und
10B eine Querschnittsansicht entlang der Linie Xb-Xb in 9B.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine spezifische Ausführungsform, bei der die Erfindung Anwendung findet, wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die folgende Ausführungsform beschränkt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die folgende Beschreibung und die Zeichnungen entsprechend vereinfacht.
Konfiguration des Rohrs
Bevor ein Verfahren zum Herstellen eines Rohrs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben wird, wird ein Rohr, das nach diesem Verfahren hergestellt wird, unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Rohrs, das nach dem Verfahren zum Herstellen eines Rohrs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt wird. Wie in 1 dargestellt, umfasst ein Rohr 100 einen Rohrkörper 110 und einen konischen Teil 120. Die Verwendung des Rohrs 100 ist nicht beschränkt.
Wie später im Detail beschrieben wird, wird das Rohr 100 durch U-O-Umformen eines einzelnen Plattenelements aus z.B. einem Metall usw. gebildet, und aneinanderstoßende Abschnitte des Rohrkörpers 110 werden miteinander verschweißt. Wie in 1 dargestellt, steht der konische Teil 120 von einem Ende des Rohrkörpers 110 so vor, dass der konische Teil 120 von dem einen Ende des Rohrkörpers 110 radial nach innen geneigt ist. Der konische Teil 120 befindet sich an dem einen Ende des Rohrkörpers 110 entlang eines Teils des Umfangs (z.B. etwa 1/4 bis 1/3 des gesamten Umfangs) und nicht entlang des gesamten Umfangs des Rohrkörpers 110. Im Beispiel von 1 hat der konische Teil 120 eine trapezförmige Form, die sich verjüngt, je näher er an sein vorderes Ende kommt. Die Form des konischen Teils 120 ist jedoch nicht besonders begrenzt.
Verfahren zum Herstellen eines Rohrs
Das Verfahren zum Herstellen eines Rohrs gemäß der Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 2A bis 9B beschrieben. Zunächst wird ein Kantenbiegeverfahren unter Bezugnahme auf 2A und 2B beschrieben. Die 2A und 2B zeigen den Kantenbiegeprozess. 2A zeigt eine Schnitt- und Draufsicht auf ein Plattenelement 10 vor dem Kantenbiegen. 2B zeigt eine Schnitt- und Draufsicht auf das Plattenelement 10 nach dem Kantenbiegen. Obwohl das Plattenelement 10 nicht besonders eingeschränkt ist, illustriert die folgende Beschreibung den Fall, dass das Plattenelement 10 eine Metallplatte ist.
Es sollte verstanden werden, dass das rechtshändige kartesische xyz-Koordinatensystem in 2A bis 9B der Einfachheit halber gezeigt wird, um die Positionsbeziehung zwischen oder unter den Komponenten zu zeigen. Normalerweise ist die Richtung der positiven z-Achse in vertikaler Richtung nach oben gerichtet, und die xy-Ebene ist eine horizontale Ebene. Das Gleiche gilt für alle Abbildungen.
Wie in der Schnittansicht von 2A gezeigt, ist das Plattenelement 10 vor dem Kantenbiegen flach. Wie in der Draufsicht von 2A gezeigt, besteht das Plattenelement 10 aus einem Abschnitt 11, der dem in 1 gezeigten Rohrkörper 110 entspricht und in der Draufsicht eine rechteckige Form aufweist, und einem Abschnitt 12, der dem in 1 gezeigten konischen Teil 120 entspricht und in der Draufsicht eine trapezförmige Form aufweist. Im Folgenden wird der Abschnitt 11, der dem Rohrkörper 110 entspricht, als „Rohrkörperabschnitt 11“ bezeichnet, und der Abschnitt 12, der dem konischen Teil 120 entspricht, wird als „Konusabschnitt 12“ bezeichnet. Mit anderen Worten, der Rohrkörperabschnitt 11 ist ein Abschnitt, der zu dem in 1 dargestellten Rohrkörper 110 geformt wird, und der Konusabschnitt 12 ist ein Abschnitt, der zu dem in 1 dargestellten konischen Teil 120 geformt wird. Die Längsrichtung (y-Achsen-Richtung) des Rohrkörperabschnitts 11 entspricht der Umfangsrichtung des herzustellenden Rohrs 100 von 1. Die Querrichtung (x-Achsen-Richtung) des Rohrkörperabschnitts 11 entspricht der Längsrichtung des herzustellenden Rohrs 100 von 1.
Der Konusabschnitt 12 steht von dem Mittelteil in der Längsrichtung (y-Achsen-Richtung) des Rohrkörperabschnitts 11 entlang einer Verlängerung der Querrichtung (positive x-Achsen-Richtung) des Rohrkörperabschnitts 11 vor. Der Konusabschnitt 12 hat eine gleichschenklige Trapezform, und die Breite (Länge in y-Achsen-Richtung) des Konusabschnitts 12 nimmt ab, je weiter er sich von dem Rohrkörperabschnitt 11 entfernt. Das in 2A gezeigte flache Plattenelement 10 wird z.B. durch Stanzen hergestellt.
Wie in 2B gezeigt, werden beim Kantenbiegen beide Enden in Längsrichtung (y-Achsen-Richtung) des Rohrkörperabschnitts 11 zur oberen Oberflächenseite des Rohrkörperabschnitts 11 (in der positiven z-Achsen-Richtung) durch Pressformen usw. gebogen. Die obere Oberfläche des Rohrkörperabschnitts 11 entspricht der inneren Umfangsfläche des herzustellenden Rohrs 100 aus 1. Die untere Oberfläche des Rohrkörperabschnitts 11 entspricht der äußeren Umfangsfläche des herzustellenden Rohrs 100 aus 1.
Als nächstes wird ein Biegeprozess für den konischen Teil mit Bezug auf die 3A, 3B, 4A und 4B beschrieben. Die 3A und 3B zeigen den Biegeprozess für den konischen Teil. 3A zeigt eine Schnitt- und Draufsicht des Plattenelements 10 vor dem Biegen, und 3B zeigt eine Schnitt- und Draufsicht des Plattenelements 10 nach dem Biegen. 4A ist eine Schnittansicht entlang der Linie IVa-IVa in 3A, und 4B ist eine Schnittansicht entlang der Linie IVb-IVb in 3B.
Wie in der Schnittansicht von 3A gezeigt, wird beim Biegen des konischen Teils das Plattenelement 10 mit den gebogenen Enden auf eine Matrize 20 gelegt. Die Draufsicht auf das Plattenelement 10 in 3A ist die gleiche wie die Draufsicht auf das Plattenelement 10 in 2B. Wie in der Schnittansicht von 3A gezeigt, hat die Matrize 20 einen allgemein halbzylindrischen Hohlraum 21 in ihrer oberen Fläche. Der Hohlraum bzw. die Kavität 21 ist im Mittelteil in der Längsrichtung (y-Achsen-Richtung) der oberen Fläche der Matrize 20 ausgebildet und erstreckt sich in der Querrichtung (x-Achsen-Richtung) der Matrize 20. Oberhalb der Matrize 20 ist ein Stempel 30 angeordnet. Der Stempel 30 hat einen allgemein halbzylindrischen, vorstehenden Abschnitt 31, der in den Hohlraum 21 passt. In den 3A und 3B sind die Matrize 20 und der Stempel 30 nicht in der Schnittansicht, sondern in der Vorderansicht dargestellt.
Wie in 3B gezeigt, wird beim Biegen des konischen Teils der Mittelteil in Längsrichtung (y-Achsen-Richtung) des Rohrkörperabschnitts 11 zwischen dem vorstehenden Abschnitt 31 des abgesenkten Stempels 30 und dem Hohlraum 21 der Matrize 20 sandwichartig aufgenommen und somit pressgeformt. Nur der Mittelteil in Längsrichtung (y-Achsen-Richtung) des Rohrkörperabschnitts 11 wird somit in eine allgemein halbkreisförmige Form (d.h. U-Form) gebogen. Gleichzeitig wird, wie in der Draufsicht von 3B gezeigt, eine Biegung 13 mit einer Nutform an der Grenze zwischen dem Rohrkörperabschnitt 11 und dem Konusabschnitt 12 gebildet.
Wie in den 4A und 4B gezeigt, hat der Stempel 30 eine Kante 31b zum Ausbilden der Biegung 13 mit einer Nutform an der Grenze zwischen dem Rohrkörperabschnitt 11 und dem Konusabschnitt 12. Die Kante 31b ist an der Oberfläche eines Endes in Längsrichtung (positive x-Achsen-Richtung) des vorstehenden Abschnitts 31 ausgebildet. Genauer gesagt hat die Kante 31b eine allgemein halbkreisförmige Form (d.h. U-Form), die sich in der Umfangsrichtung des allgemein halbzylindrischen vorstehenden Abschnitts 31 erstreckt. Die Matrize 20 hat eine Nut 22 in der Oberfläche des Hohlraums 21. Die Nut 22 ist an einer Stelle ausgebildet, die der Kante 31b des Stempels 30 entspricht. In den 4A und 4B ist der Stempel 30 nicht in einer Schnittansicht, sondem in einer Seitenansicht dargestellt.
Wie in den 4A und 4B gezeigt, weist der Stempel 30 ferner einen Nicht-Press-Abschnitt 31a auf der dem vorstehenden Abschnitt 31 gegenüberliegenden Seite der Kante 31b auf, nämlich an einer Position, die dem Konusabschnitt 12 entspricht. Wie in den 3A, 3B, 4A und 4B gezeigt, hat der Nicht-Press-Abschnitt 31a die Form eines halben Kegelstumpfes, dessen Durchmesser abnimmt, je weiter er sich von der Kante 31b entfernt, so dass der Nicht-Press-Abschnitt 31a nicht auf den Konusabschnitt 12 drückt.
Wie oben beschrieben, wird beim Biegeprozess des konischen Teils gemäß der Ausführungsform der Konusabschnitt 12 in Richtung einer Oberfläche des Plattenelements 10 gebogen, die der inneren Umfangsfläche des Rohrs 100 entspricht, während die Biegung 13 an der Grenze zwischen dem Rohrkörperabschnitt 11 und dem Konusabschnitt 12 gebildet wird. Der Konusabschnitt 12 wird nicht direkt pressgeformt. Das heißt, wie in 4B gezeigt, ist der Konusabschnitt 12 während des Pressformens nicht zwischen der Matrize 20 und dem Stempel 30 eingeklemmt. Da jedoch, wie in 3B gezeigt, der Mittelteil in Längsrichtung (y-Achsen-Richtung) des Rohrkörperabschnitts 11 in eine U-Form gebogen wird, wird auch der Konusabschnitt 12 entsprechend gebogen.
5 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs V in 4B. Wie in 5 gezeigt, wird bei dem Verfahren zum Herstellen eines Rohrs gemäß der Ausführungsform die Grenze zwischen dem Rohrkörperabschnitt 11 und dem Konusabschnitt 12 von der Innenfläche des Plattenelements 10, d.h. der Oberfläche des Plattenelements 10, die einer inneren Umfangsfläche des Rohrs 100 entspricht, vor dem U-O-Umformen gepresst, um den Konusabschnitt 12 in Richtung zu der Oberfläche des Plattenelements 10 zu biegen, die der inneren Umfangsfläche des Rohrs 100 entspricht. Dies reduziert die Faltenbildung und Rissbildung an der Grenze zwischen dem Rohrkörperabschnitt 11 und dem Konusabschnitt 12 im Vergleich zu dem Fall, in dem der Konusabschnitt 12 nach dem U-Formen oder O-Formen gebogen wird.
Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Rohrs gemäß der Ausführungsform wird nicht nur der Konusabschnitt 12 in Richtung der Oberfläche des Plattenelements 10 gebogen, die der inneren Umfangsfläche des Rohrs 100 entspricht, sondern auch die Kante 31b wird gegen die Grenze zwischen dem Rohrkörperabschnitt 11 und dem Konusabschnitt 12 gedrückt, um die Biegung 13 mit einer Nutform zu bilden. Da der Bereich, in dem die Biegung 13 geformt wurde, durch Kompression kaltverfestigt wird, bleibt der Kegelwinkel des Konusabschnitts 12 auch während dem U-Formen und O-Formen, die später durchgeführt werden, erhalten. Die Formgenauigkeit, wie z.B. der Kegelwinkel und der Biegeradius in der Nähe der Grenze aufgrund von Rückfederung, wird weniger wahrscheinlich instabil. Darüber hinaus ist es weniger wahrscheinlich, dass der konische Teil 120 thermisch verformt wird, d.h. der Konus- bzw. Kegelwinkel des konischen Teils 120 ändert sich weniger wahrscheinlich aufgrund von Hitze, wenn das hergestellte Rohr 100 Hitze ausgesetzt ist.
Wie in 5 gezeigt, hat die Kante 31b z.B. einen gekrümmten Abschnitt. Die Biegung 13 hat z.B. einen gekrümmten Abschnitt, der mit der Form der Kante 31b übereinstimmt. Dementsprechend ist es weniger wahrscheinlich, dass das Plattenelement 10 an der Biegung 13 übermäßig dünn wird, und die Lebensdauer der Kante 31b wird im Vergleich zu dem Fall, in dem die Kante 31b eine spitze Spitze hat, erhöht. Da die Matrize 20 die Nut 22 hat, ist es auch weniger wahrscheinlich, dass das Plattenelement 10 an der Biegung 13 übermäßig dünn wird, und die Lebensdauer der Kante 31b wird erhöht. Der Kegelwinkel des Konusabschnitts 12 kann eingestellt werden, indem z.B. die Höhe der Kante 31b, die radiale Abmessung der Kante 31b, die Breite der Nut 22 usw. eingestellt werden.
Die 6A und 6B zeigen eine Modifikation des Biegeprozesses für den konischen Teil. Die 6A und 6B entsprechen jeweils den 4A und 4B. Wie in den 6A und 6B gezeigt, kann die Matrize 20 anstelle der Nut 22 in zwei Matrizen 20a, 20b unterteilt sein, und zwischen den Matrizen 20a, 20b kann ein der Nut 22 entsprechender Spalt 22a vorhanden sein. Diese Konfiguration hat ähnliche Auswirkungen wie in dem Fall, in dem die Matrize 20 die Nut 22 hat. Der in den 2A und 2B gezeigte Kantenbiegeprozess kann gleichzeitig mit dem Biegeprozess für den konischen Teil durchgeführt werden.
Als nächstes wird ein U-Formprozess mit Bezug auf die 7A, 7B, 8A und 8B beschrieben. 7A und 7B zeigen den U-Formprozess. 7A zeigt eine Schnitt- und Draufsicht des Plattenelements 10 vor dem U-Formen, und 7B zeigt eine Schnitt- und Draufsicht des Plattenelements 10 nach dem U-Formen. 8A ist eine Schnittansicht entlang der Linie VIIIa-VIIIa in 7A, und 8B ist eine Schnittansicht entlang der Linie VIIIb-VIIIb in 7B.
Wie in der Schnittansicht von 7A gezeigt, wird das Plattenelement 10 beim U-Formprozess auf eine U-Form-Matrize 40 gelegt, wobei der Mittelteil in der Längsrichtung (y-Achsen-Richtung) des Rohrkörperabschnitts 11 in eine allgemein halbkreisförmige Form gebogen wird. Die in 7A gezeigte Draufsicht auf das Plattenelement 10 ist die gleiche wie die in 3B gezeigte Draufsicht auf das Plattenelement 10.
Wie in der Schnittansicht von 7A gezeigt, besteht die U-Form-Matrize 40 aus einem Paar von Blöcken, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, mit einem U-förmigen Spalt 41 dazwischen. Wie in den 7A und 7B gezeigt, erstreckt sich der Spalt 41 in der seitlichen Richtung (x-Achsen-Richtung). Ein U-Form-Stempel 50, der in den Spalt 41 eingesetzt wird, ist oberhalb der U-Form-Matrize 40 angeordnet. Wie der in den 3A und 3B gezeigte Stempel 30 hat der U-Form-Stempel 50 an seinem unteren Ende einen allgemein halbzylindrischen, vorstehenden Abschnitt 51. In den 7A und 7B sind die U-Form-Matrize 40 und der U-Form-Stempel 50 nicht in der Schnittansicht, sondern in der Vorderansicht dargestellt.
Wie in 7B gezeigt, wird beim U-Formen der gesamte Rohrkörperabschnitt 11 in den Spalt 41 der U-Form-Matrize 40 eingebracht, während der Mittelteil in der Längsrichtung (y-Achsen-Richtung) des Rohrkörperabschnitts 11 mit dem vorstehenden Abschnitt 51 des abgesenkten U-Form-Stempels 50 gedrückt wird. Der gesamte Rohrkörperabschnitt 11 wird somit in eine U-Form gebogen. Insbesondere werden beide Seiten des Rohrkörperabschnitts 11 nach oben gebogen (in Richtung der positiven z-Achse), wobei der Mittelteil in Längsrichtung des Rohrkörperabschnitts 11 als Drehpunkt verwendet wird. Vorzugsweise ist der Krümmungsradius R1 des Rohrkörperabschnitts 11, der durch den vorstehenden Abschnitt 51 des U-Form-Stempels 50 gebildet wird, kleiner als z.B. der Radius des herzustellenden Rohrs 100.
Wie in den 8A und 8B gezeigt, hat der U-Form-Stempel 50, wie der in den 4A und 4B gezeigte Stempel 30, einen Nicht-Press-Abschnitt 51a an einer Position, die dem Konusabschnitt 12 entspricht. Wie in den 7A, 7B, 8A und 8B gezeigt, hat der Nicht-Press-Abschnitt 51a die Form eines halben Kegelstumpfes, dessen Durchmesser abnimmt, je weiter er sich von dem vorstehenden Abschnitt 51 entfernt, so dass der Nicht-Press-Abschnitt 51a nicht auf den Konusabschnitt 12 drückt.
Wie oben beschrieben, wird bei dem U-Formprozess gemäß der Ausführungsform der Konusabschnitt 12 nicht direkt pressgeformt. Das heißt, wie in 8B gezeigt, wird der Konusabschnitt 12 während des Pressformens nicht durch den U-Form-Stempel 50 gepresst. Da jedoch, wie in 7B gezeigt, der Rohrkörperabschnitt 11 mit dem Krümmungsradius R1 gebogen wird, wird auch der Konusabschnitt 12 entsprechend gebogen. In den 8A und 8B ist der U-Form-Stempel 50 nicht in der Schnittansicht, sondern in der Seitenansicht dargestellt.
Als nächstes wird ein O-Formprozess mit Bezug auf die 9A, 9B, 10A und 10B beschrieben. Die 9A und 9B zeigen den O-Formprozess. 9A zeigt eine Schnitt- und Draufsicht des Plattenelements 10 vor dem O-Formen, und 9B zeigt eine Schnitt- und Draufsicht des Plattenelements 10 nach dem O-Formen. 10A ist eine Schnittansicht entlang der Linie Xa-Xa in 9A, und 10B ist eine Schnittansicht entlang der Linie Xb-Xb in 9B.
Wie in der Schnittansicht von 9A gezeigt, wird das Plattenelement 10 mit dem gesamten Rohrkörperabschnitt 11, der in eine U-Form gebogen ist, beim O-Formprozess auf einem unteren O-Formwerkzeug 60 platziert. Die Draufsicht auf das in 9A gezeigte Plattenelement 10 ist die gleiche wie die Draufsicht auf das in 7B gezeigte Plattenelement 10.
Wie in der Schnittansicht von 9A und in 10A gezeigt, hat das untere O-Formwerkzeug 60 einen halbzylindrischen O-Form-Hohlraum 61 in seiner oberen Oberfläche. Der Hohlraum 61 ist im Mittelteil in der Längsrichtung (y-Achsen-Richtung) der oberen Oberfläche des unteren O-Formwerkzeugs 60 ausgebildet und erstreckt sich in der Querrichtung (x-Achsen-Richtung) des unteren O-Formwerkzeugs 60. Oberhalb des unteren O-Formwerkzeugs 60 ist ein oberes O-Formwerkzeug 70 angeordnet. Wie das untere O-Formwerkzeug 60 hat auch das obere O-Formwerkzeug 70 einen halbzylindrischen O-Form-Hohlraum 71 in seiner unteren Oberfläche. Der Hohlraum 71 ist im Mittelteil in Längsrichtung (y-Achsen-Richtung) der Unterseite des oberen O-Formwerkzeugs 70 ausgebildet und erstreckt sich in der Querrichtung (x-Achsen-Richtung) des oberen O-Formwerkzeugs 70. In den 9A und 9B sind das untere O-Formwerkzeug 60 und das obere O-Formwerkzeug 70 nicht in der Schnittansicht, sondern in der Rückansicht dargestellt.
Wie in den 9B und 10B gezeigt, werden das untere O-Formwerkzeug 60 und das obere O-Formwerkzeug 70 aneinander zur Anlage gebracht. Der Hohlraum 61 und der Hohlraum 71 bilden somit einen zylindrischen O-Form-Hohlraum. Beim O-Formen wird die untere Seite des U-förmig gebogenen Rohrkörperabschnitts 11 gegen den Hohlraum 61 des unteren O-Formwerkzeugs 60 gedrückt, und die obere Seite des Rohrkörperabschnitts 11 wird gegen den Hohlraum 71 des oberen O-Formwerkzeugs 70 gedrückt. Der gesamte Rohrkörperabschnitt 11 wird somit in eine O-Form gebogen, und der Rohrkörperabschnitt 11 wird zu einem Rohr geformt.
Wie in 9B gezeigt, ist der Krümmungsradius R2 des Rohrkörperabschnitts 11, der durch den Hohlraum 61 des unteren O-Formwerkzeugs 60 gebildet wird, gleich dem Radius des herzustellenden Rohrs 100. Wie oben beschrieben ist werden, wenn der Krümmungsradius R1 des Rohrkörperabschnitts 11, der durch den vorstehenden Abschnitt 51 des U-Form-Stempels 50, der in den 7A und 7B dargestellt ist, gebildet wird, kleiner ist als der Krümmungsradius R2, die aneinanderstoßenden Oberflächen 14 des Rohrkörperabschnitts 11 nach dem O-Formen gegeneinander gedrückt. Dementsprechend kann ein Spalt zwischen den Stoßflächen 14 verringert werden. Wie oben beschrieben, werden die Stoßflächen 14 zum Beispiel miteinander verschweißt. Die Stoßflächen 14 können innerhalb einer Schweißraupenbreite geriffelt sein, um die Fugenlänge zwischen den Stoßflächen 14 zu vergrößern.
Wie in den 9A, 9B, 10A und 10B gezeigt, hat das untere O-Formwerkzeug 60 einen halbkonischen, konusbildenden Hohlraum 62 an einer Position, die dem Konusabschnitt 12 entspricht. Das obere O-Formwerkzeug 70 hat einen halbkonischen, konusbildenden, vorstehenden Abschnitt 72, der in den konusbildenden Hohlraum 62 des unteren O-Formwerkzeugs 60 passt. Bei dem O-Formprozess gemäß der Ausführungsform wird der Konusabschnitt 12 durch Pressen so geformt, dass er einen gewünschten Kegelwinkel aufweist.
Wie bei dem in den 7A, 7B, 8A und 8B gezeigten U-Formprozess kann der Konusabschnitt 12 bei dem O-Formprozess nicht direkt pressgeformt werden. Bei dem U-Formen kann der Konusabschnitt 12, wie bei dem O-Formen in den 9A, 9B, 10A und 10B, so pressgeformt werden, dass er einen gewünschten Kegelwinkel aufweist.
Wie oben beschrieben, wird bei dem Verfahren zum Herstellen eines Rohrs gemäß der Ausführungsform die Grenze zwischen dem Rohrkörperabschnitt 11 und dem Konusabschnitt 12 von der inneren Oberfläche des Plattenelements 10, die eine Oberfläche des Plattenelements 10 ist, die einer inneren Umfangsfläche des Rohrs 100 entspricht, vor dem U-O-Umformen gepresst, um den Konusabschnitt 12 in Richtung der Oberfläche des Plattenelements 10 zu biegen, die der inneren Umfangsfläche des Rohrs 100 entspricht. Dies reduziert die Faltenbildung und Rissbildung an der Grenze zwischen dem Rohrkörperabschnitt 11 und dem Konusabschnitt 12 im Vergleich zu dem Fall, in dem der Konusabschnitt 12 nach dem U-Formen oder O-Formen gebogen wird.
Bei dem Verfahren zum Herstellen eines Rohrs gemäß der Ausführungsform wird nicht nur der Konusabschnitt 12 in Richtung der Oberfläche des Plattenelements 10 gebogen, die der inneren Umfangsfläche des Rohrs 100 entspricht, sondern auch die Kante 31b wird gegen die Grenze zwischen dem Rohrkörperabschnitt 11 und dem Konusabschnitt 12 gedrückt, um die Biegung 13 mit einer Nutform zu bilden. Da der Bereich, in dem die Biegung 13 geformt wurde, durch Kompression kaltverfestigt wird, bleibt der Kegelwinkel des Konusabschnitts 12 auch während dem U-Formen und dem O-Formen, die später durchgeführt werden, erhalten, und die Rückfederung wird ebenfalls reduziert. Darüber hinaus ist es unwahrscheinlicher, dass der konische Teil 120 thermisch verformt wird, d.h. dass sich der Kegelwinkel des konischen Teils 120 aufgrund von Wärme verändert, wenn das hergestellte Rohr 100 Wärme ausgesetzt wird.
Die Erfindung ist nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt und kann modifiziert werden, ohne von der Idee und dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019022912 A [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Rohrs (100), aufweisend: Pressformen eines Plattenelements (10) in eine U-Form; und Pressformen des in die U-Form geformten Plattenelements (10) in eine O-Form, wobei das Rohr (100) einen Rohrkörper (110) und einen konischen Teil (120) aufweist, der radial nach innen geneigt ist und von einem Ende des Rohrkörpers (110) vorsteht, und, bevor das Plattenelement (10) in die U-Form pressgeformt wird, eine Grenze zwischen einem Abschnitt (11) des Plattenelements (10), der dem Rohrkörper (110) entspricht, und einem Abschnitt (12) des Plattenelements (10), der dem konischen Teil (120) entspricht, von einer Oberfläche des Plattenelements (10), die einer inneren Umfangsfläche des Rohrs (100) entspricht, gepresst wird, um den Abschnitt (12) des Plattenelements (10), der dem konischen Teil (120) entspricht, in Richtung der Oberfläche des Plattenelements (10) zu biegen, die der inneren Umfangsfläche des Rohrs (100) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei beim Pressen der Grenze eine Biegung (13) mit einer Nutform an der Grenze gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Biegung (13) einen gekrümmten Abschnitt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei beim Pressen der Grenze die Biegung (13) gebildet wird, während ein Mittelteil des Abschnitts (11), der dem Rohrkörper (110) entspricht, in eine U-Form gebogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Biegung (13) durch Pressen der Grenze mit einem Stempel (30) gebildet wird, der eine der Biegung (13) entsprechenden Kante (31b) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei eine Matrize (20), auf der das Plattenelement (10) beim Pressen der Grenze platziert wird, an einer der Kante des Stempels (30) entsprechenden Stelle mit einer Nut (22) versehen ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei: eine Matrize (20, 20a, 20b), auf der das Plattenelement (10) beim Pressen der Grenze platziert wird, eine Matrize ist, die durch einen Spalt (22a) geteilt ist, der vorbestimmt ist; und der Spalt (22a) an einer Position angeordnet ist, die der Kante (31b) des Stempels (30) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Kante (31b) des Stempels (30) einen gekrümmten Abschnitt aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Krümmungsradius (R1) des Abschnitts (11), der dem Rohrkörper (110) entspricht, nachdem das Plattenelement (10) in die U-Form pressgeformt wurde, kleiner ist als ein Krümmungsradius (R2) des Abschnitts (11), der dem Rohrkörper (110) entspricht, nachdem das in die U-Form geformte Plattenelement (10) in die O-Form pressgeformt wurde.