DE102021103689B3

DE102021103689B3 - Method for producing a stepped cross-sectional reduction in a one-piece tubular metal workpiece, one-piece tubular workpiece produced therewith and apparatus for carrying out the method

Info

Publication number: DE102021103689B3
Application number: DE102021103689.5A
Authority: DE
Inventors: Michael Roderich
Original assignee: GFU Maschinenbau GmbH Gesellschaft fuer Umformung und Maschinenbau
Current assignee: GFU Maschinenbau GmbH Gesellschaft fuer Umformung und Maschinenbau
Priority date: 2021-02-17
Filing date: 2021-02-17
Publication date: 2022-05-19
Anticipated expiration: 2041-02-18
Also published as: EP4046725A1; EP4046725A9

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer stufenförmigen Querschnittsverjüngung an einem einteiligen, rohrförmigen Werkstück (W) aus Metall, wobei ein Umformbereich (U) des Werkstücks (W) nach einer Querschnittsreduzierung und Erwärmung im Umformbereich (U) unter Ausbildung einer Schulter (S) umgeformt wird, wobei eine Wendepunkttangente der Schulter (S) mit der Mittelachse (MW) des Werkstücks (W) einen rechten oder nahezu rechten Winkel einbeschließt. Die Erfindung betrifft ebenfalls das damit hergestellte, umgeformte Werkstück (W) und die hierzu erforderliche Vorrichtung,The present invention relates to a method for producing a stepped cross-sectional reduction on a one-piece, tubular metal workpiece (W), wherein a deformed area (U) of the workpiece (W) after a cross-sectional reduction and heating in the deformed area (U) with the formation of a shoulder (S ) is formed, with an inflection point tangent of the shoulder (S) with the central axis (MW) of the workpiece (W) including a right or almost right angle. The invention also relates to the formed workpiece (W) produced therewith and the device required for this,

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer stufenförmigen Querschnittsverjüngung an einem einteiligen, rohrförmigen Werkstück aus Metall nach Anspruch 1, ein damit hergestelltes einteiliges, rohrförmiges Werkstück nach Anspruch 8 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9. Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise dazu genutzt werden, folgende, einteilige Bauteile aus rohrförmigen Werkstücken herzustellen, ist jedoch nicht hierauf beschränkt: Rotorwellen, Antriebswellen, Wellenzapfen, Stabilisatoren, Wellen sämtlicher Art, die einen steilen Übergang im Bereich der Querschnittsverjüngung aufweisen, Gerüststützen, Gerüstrahmen für die Bauindustrie und Spurstangen.The present invention relates to a method for producing a stepped cross-sectional taper on a one-piece tubular metal workpiece according to claim 1, a one-piece tubular workpiece produced therewith according to claim 8 and a device for carrying out the method according to claim 9. The method according to the invention can, for example, are used to produce the following one-piece components from tubular workpieces, but is not limited to this: rotor shafts, drive shafts, shaft journals, stabilizers, shafts of all kinds that have a steep transition in the area of the cross-sectional reduction, scaffolding supports, scaffolding frames for the construction industry and tie rods.

Hintergrund und Stand der TechnikBackground and prior art

Aus dem Stand der Technik sind Umformverfahren für rohrförmige Werkstücke bekannt, bei denen das rohrförmige Werkstück aufgrund des Umformprozesses eine signifikante Verringerung der Wanddicke im Bereich der stufenförmigen Querschnittsverjüngung erfährt. Mit der Verringerung der Wanddicke im Umformbereich geht zwangsweise eine Verringerung der mechanischen Stabilität des umgeformten Werkstücks einher.Forming methods for tubular workpieces are known from the prior art, in which the tubular workpiece undergoes a significant reduction in wall thickness in the area of the stepped cross-sectional reduction due to the forming process. The reduction in wall thickness in the forming area is inevitably accompanied by a reduction in the mechanical stability of the formed workpiece.

Denselben Nachteil der verringerten mechanischen Stabilität weisen mehrteilige Werkstücke mit einer stufenförmigen Querschnittsverjüngung auf, welche beispielsweise durch Schweißen, Fügen oder andere Verbindungstechniken zusammengefügt werden.The same disadvantage of reduced mechanical stability is found in multi-part workpieces with a stepped cross-sectional reduction, which are joined together, for example, by welding, joining or other joining techniques.

Für eine Reihe von Anwendungen ist es auf diesem technischen Gebiet besonders vorteilhaft, wenn die stufenförmige Querschnittsverjüngung als eine in etwa rechtwinklige Anschlagskante ausgebildet ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 110 792 A1 derselben Anmelderin ist hierzu ein Verfahren bekannt, mit dem rechtwinklig ausgebildete stufenförmige Übergänge erzeugt werden können. Dabei kann eine Verringerung der Wanddicke im Übergangsbereich vermieden werden. Zur Vermeidung einer lokalen Schwächung der Wanddicke sieht das bekannte Verfahren vor dem Ausbilden des stufenförmigen Übergangs zwingend einen vorgeschalteten axialen Stauchschritt vor, um die Wanddicke des Werkstücks in einem Umformungsbereich zu vergrößern.For a number of applications in this technical field, it is particularly advantageous if the step-shaped cross-sectional reduction is designed as an approximately right-angled stop edge. From the German Offenlegungsschrift DE 10 2012 110 792 A1 the same applicant is known for this purpose a method can be produced with the right-angled step-shaped transitions. In this way, a reduction in the wall thickness in the transition area can be avoided. In order to avoid a local weakening of the wall thickness, the known method necessarily provides for a preceding axial upsetting step before the step-shaped transition is formed, in order to increase the wall thickness of the workpiece in a deformation area.

Ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Herstellen einer Hohlwelle durch Abstrecken eines rohrförmigen Werkstücks ist aus der Druckschrift DE 100 05 578 A1 bekannt.A method and a corresponding device for producing a hollow shaft by ironing a tubular workpiece is known from the publication DE 100 05 578 A1 famous.

Aufgabe der Erfindungobject of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Umformverfahren zur Herstellung einer Querschnittsverjüngung an einem rohrförmigen Werkstück anzugeben, mit dem eine rechtwinklig oder nahezu rechtwinklig ausgebildete Schulter (stufenförmiger Übergang) erzeugt werden kann, die hochbelastbar ist und insbesondere einer Wechselbiegebeanspruchung und Torsionsbelastung standhält. Dabei soll das Verfahren jedoch ohne einen zusätzlichen Stauchschritt vor Ausbildung der Schulter auskommen, bei dem die Wanddicke des rohrförmigen Werkstücks im Umformbereich vor der Ausbildung der Schulter durch axiale Stauchung um wenigstens 30 %, vorzugsweise wenigstens 20 %, zunimmt. Des Weiteren sollen das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte geformte Werkstück und eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung bereitgestellt werden.The object of the present invention is therefore to specify a forming method for producing a cross-sectional reduction in a tubular workpiece, with which a right-angled or almost right-angled shoulder (stepped transition) can be produced, which is highly resilient and in particular withstands alternating bending stress and torsional stress. However, the method should manage without an additional upsetting step before forming the shoulder, in which the wall thickness of the tubular workpiece in the forming area before forming the shoulder increases by at least 30%, preferably at least 20%, by axial upsetting. Furthermore, the shaped workpiece produced with the method according to the invention and a device suitable for carrying out the method according to the invention are to be provided.

Definitionendefinitions

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff „rohrförmiges Werkstück“ jede Gestalt eines länglichen Hohlkörpers, vorzugsweise eines Rohrs, dessen Länge größer als sein Außendurchmesser ist. Dabei ist die Querschnittsgestalt des rohrförmigen Werkstücks nicht auf einen Kreis beschränkt, sondern kann auch elliptisch oder kreisähnlich sein.In the context of the present invention, the term “tubular workpiece” includes any shape of an elongate hollow body, preferably a tube, the length of which is greater than its outside diameter. Here, the cross-sectional shape of the tubular workpiece is not limited to a circle, but can also be elliptical or similar to a circle.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff „einteilig“ in Bezug auf das rohrförmige Werkstück, dass dieses allenfalls eine Längsschweißnaht, ansonsten jedoch keine Schweißnaht und keine Fügenaht aufweist. Vorzugsweise bedeutet der Begriff „einteilig“ erfindungsgemäß, dass das rohrförmige Werkstück keine Schweißnaht und keine Fügenaht aufweist.In the context of the present invention, the term “in one piece” in relation to the tubular workpiece means that this has at most a longitudinal weld seam, but otherwise no weld seam and no joining seam. According to the invention, the term “in one piece” preferably means that the tubular workpiece has no weld seam and no joint seam.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfassen die Begriffe „Reduzieren des Querschnitts“ oder „Verjüngen des Querschnitts“ eines rohrförmigen Werkstücks ein wenigstens abschnittsweises Verringern des Durchmessers des rohrförmigen Werkstücks verstanden. Entsprechend wird erfindungsgemäß unter „Querschnittsverjüngung“ ein Übergang von einem Abschnitt des rohrförmigen Werkstücks mit größerem Durchmesser zu einem Abschnitt desselben mit kleinerem Durchmesser verstanden.In the context of the present invention, the terms “reducing the cross section” or “tapering the cross section” of a tubular workpiece include a reduction in the diameter of the tubular workpiece at least in sections. Correspondingly, according to the invention, “cross-sectional tapering” means a transition from a section of the tubular workpiece with a larger diameter to a section of the same with a smaller diameter.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff „Metall“ ein zu den Metallen gehörendes Element, wie beispielsweise Eisen oder Nichteisenmetalle, wie bspw. Kupfer, Legierungen aus zwei oder mehr Metallen, wie beispielsweise Edelstahl, oder sonstige Legierungen mit einem Metallgehalt von > 90 %, wie beispielsweise Stahl. Die Definition des Begriffs „Metall“ schließt erfindungsgemäß auch ein Element oder eine Legierung mit ein, welche einen Anteil an technisch unvermeidbaren Verunreinigungen aufweist.In the context of the present invention, the term “metal” includes an element belonging to the metals, such as iron or Non-ferrous metals, such as copper, alloys of two or more metals, such as stainless steel, or other alloys with a metal content of > 90%, such as steel. According to the invention, the definition of the term “metal” also includes an element or an alloy which has a proportion of technically unavoidable impurities.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bedeuten Begriffe wie „etwa“ oder „nahezu“ in Bezug auf einen zahlenmäßig definierbaren oder definierten Parametern eine Abweichung von höchstens 5 %, vorzugsweise höchstens 3 %, von angegebenen Zahlenwert. Bei Winkeln bedeuten die Begriffe „etwa“ oder „nahezu“ eine Abweichung von höchstens 3 °, vorzugsweise höchstens 2 °, insbesondere höchstens 1 °, von angegebenen Winkel.In the context of the present invention, terms such as “approximately” or “almost” in relation to a numerically definable or defined parameter mean a deviation of at most 5%, preferably at most 3%, from the specified numerical value. In the case of angles, the terms “approximately” or “almost” mean a deviation of at most 3°, preferably at most 2°, in particular at most 1°, from the stated angle.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the Invention

Die vorstehend beschriebene Aufgabe wird durch Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object described above is solved by the subject matter of the independent claims. Preferred embodiments of the present invention are subject of the dependent claims.

Die vorstehend beschriebene Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. So wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Herstellen einer stufenförmigen Querschnittsverjüngung an einem einteiligen, rohrförmigen Werkstück W aus Metall bereitgestellt, welches wenigstens die nachfolgenden Schritte aufweist:

(a) Reduzieren des Querschnitts des rohrförmigen Werkstücks W in einem Umformbereich U desselben mittels eines ersten Umformwerkzeugs UW1, wodurch ein Übergangsbereich T im Umformbereich U entsteht;
(b) Erwärmen des rohrförmigen Werkstücks W im Umformbereich U oder in einem Teil desselben, der den Übergangsbereich T umfasst, auf eine Temperatur im Bereich von 700 bis 1.450 °C, vorzugsweise 1.000 bis 1.450 °C;
(c) Umformen des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T derart, dass das rohrförmige Werkstück W im Übergangsbereich T eine Schulter S ausbildet, wobei eine am Wendepunkt der Schulter S anliegende Tangente WT mit einer Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W einen Winkel α von 45 bis < 90 °, vorzugsweise 65 bis 75 °, einschließt;

wobei während des Umformens das rohrförmige Werkstück W im Übergangsbereich T eine Temperatur im Bereich von 700 bis 1.450 °C, vorzugsweise 1.000 bis 1.450 °C, aufweist;
wobei das Umformen unter Verwendung eines ersten Stauchtopfs ST1, eines ersten Stauchrings SR1, einer ersten Stauchführung SF1 und eines ersten Innendorns I1 erfolgt;
wobei der erste Stauchtopf ST1, der erste Stauchring SR1 und die erste Stauchführung SF1 an der äußeren Mantelfläche des rohrförmigen Werkstücks W, vorzugsweise jeweils koaxial zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W, angeordnet sind;
wobei der erste Stauchtopf ST1, der erste Stauchring SR1 und die erste Stauchführung SF1 in dieser Reihenfolge zu einem Ende E des rohrförmigen Werkstücks W hin angeordnet sind;
wobei der erste Innendorn I1 im Inneren des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet ist;
wobei ein Außendurchmesser des ersten Innendorns I1 wenigstens in einem während des Umformens zum Übergangsbereich T des rohrförmigen Werkstücks W gegenüberliegend angeordneten Abschnitt AI1 des ersten Innendorns I1 zwischen 90 und 100 % des kleinsten Innendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T nach dem Reduzieren gemäß Schritt (a) und vor dem Erwärmen gemäß Schritt (b) beträgt;
wobei ein Innendurchmesser des ersten Stauchtopfs ST1 zwischen 100 und 110 % des Außendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W vor dem Reduzieren des Querschnitts in Schritt (a) beträgt;
wobei ein Innendurchmesser der ersten Stauchführung SF1 zwischen 100 und 110 % des Außendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W im Umformbereich U und außerhalb des Übergangsbereichs T nach dem Reduzieren des Querschnitts in Schritt (a) und vor dem Erwärmen gemäß Schritt (b) beträgt;
wobei ein Innendurchmesser der ersten Stauchrings SR1 zwischen 100 und 115 % des Außendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W im Umformbereich U und außerhalb des Übergangsbereichs T nach dem Reduzieren des Querschnitts in Schritt (a) und vor dem Erwärmen gemäß Schritt (b) beträgt;
wobei der erste Stauchring SR1 eine Kontur der inneren Umfangsfläche mit einer rotationssymmetrischen Stauchkante aufweist, die geeignet ist, während des Umformens im Übergangsbereich T des rohrförmigen Werkstücks W die Schulter S auszubilden, wobei die am Wendepunkt der Schulter S anliegende Tangente WT mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W einem Winkel α von 45 bis < 90 °, vorzugsweise 65 bis 75 °, einschließt;
wobei während des Umformens der erste Stauchring SR1 und die erste Stauchführung SF1 und/oder der erste Stauchtopf ST1 parallel zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W derart bewegt werden, dass sich der Abstand zwischen dem ersten Stauchring SR1 und dem ersten Stauchtopf ST1 verringert; und
wobei während des Umformens der erste Stauchring SR1 und die erste Stauchführung SF1 nicht relativ zueinander bewegbar sind.The object described above is achieved by the method according to claim 1. According to the invention, a method for producing a stepped cross-sectional reduction on a one-piece, tubular metal workpiece W is provided, which has at least the following steps:

(a) reducing the cross section of the tubular workpiece W in a forming area U of the same by means of a first forming tool UW1, whereby a transition area T in the forming area U is formed;
(b) heating the tubular workpiece W in the forming area U or in a part thereof which includes the transition area T to a temperature in the range of 700 to 1450°C, preferably 1000 to 1450°C;
(c) Forming of the tubular workpiece W in the transition area T in such a way that the tubular workpiece W forms a shoulder S in the transition area T, with a tangent WT lying at the turning point of the shoulder S having an angle α of 45 to a central axis MW of the tubular workpiece W <90°, preferably 65 to 75°;

wherein during the forming, the tubular workpiece W has a temperature in the range from 700 to 1450° C., preferably 1000 to 1450° C., in the transition region T;
wherein the forming takes place using a first stuffer pot ST1, a first stuffer ring SR1, a first stuffing guide SF1 and a first inner mandrel I1;
the first upsetting pot ST1, the first upsetting ring SR1 and the first upsetting guide SF1 being arranged on the outer lateral surface of the tubular workpiece W, preferably in each case coaxially to the central axis MW of the tubular workpiece W;
the first swage pot ST1, the first swage ring SR1 and the first swage guide SF1 are arranged in this order toward an end E of the tubular workpiece W;
the first inner mandrel I1 being disposed inside the tubular workpiece W;
wherein an outer diameter of the first inner mandrel I1 is between 90 and 100% of the smallest inner diameter of the tubular workpiece W in the transition area T after the reduction according to step (a ) and before heating according to step (b);
wherein an inner diameter of the first stuffer box ST1 is between 100 and 110% of the outer diameter of the tubular workpiece W before the cross-section reducing in step (a);
wherein an inner diameter of the first upsetting guide SF1 is between 100 and 110% of the outer diameter of the tubular workpiece W in the forming area U and outside the transition area T after the reduction of the cross section in step (a) and before the heating according to step (b);
wherein an inner diameter of the first upset ring SR1 is between 100 and 115% of the outer diameter of the tubular workpiece W in the forming area U and outside the transition area T after the reduction of the cross section in step (a) and before the heating according to step (b);
wherein the first upsetting ring SR1 has a contour of the inner peripheral surface with a rotationally symmetrical upsetting edge which is suitable for forming the shoulder S during the forming in the transition region T of the tubular workpiece W, the tangent WT lying at the turning point of the shoulder S being in line with the central axis MW of the tubular workpiece W at an angle α of 45 to <90 °, preferably 65 to 75 °;
wherein during the forming the first upset ring SR1 and the first upset guide SF1 and/or the first upset pot ST1 are moved parallel to the central axis MW of the tubular workpiece W in such a way that the distance between the first upset ring SR1 and the first upset pot ST1 is reduced; and
wherein the first upsetting ring SR1 and the first upsetting guide SF1 cannot be moved relative to one another during the forming process.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein einteiliges, umgeformtes Werkstück mit einer steilen Schulter erzielt. Dabei lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine große Vielfalt von rohrförmigen Werkstücken unterschiedlicher Durchmesser und Längen umformen. So können beispielsweise rohrförmige Werkstücke mit einer Länge von 150 bis 4.200 mm erfindungsgemäß verarbeitet werden. Zudem ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Position der Schulter entlang der Rohrlänge weitgehend frei wählbar, was die hohe Flexibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens unterstreicht.A one-piece, formed workpiece with a steep shoulder is achieved by the method according to the invention. A large variety of tubular workpieces of different diameters and lengths can be formed with the method according to the invention. For example, tubular workpieces with a length of 150 to 4,200 mm can be processed according to the invention. In addition, according to the method according to the invention, the position of the shoulder along the length of the tube can be chosen freely, which underlines the high flexibility of the method according to the invention.

Da das Werkstück einteilig ist, weist es eine gegenüber mehrteiligen Werkstücken erhöhte mechanische Stabilität und Festigkeit auf. Das erfindungsgemäß umgeformte Werkstück weist nämlich aufgrund der fehlenden Schweiß- oder Fügenaht (das Werkstück kann allenfalls eine Längsschweißnaht aufweisen) einen homogenen Faserverlauf auf, welcher zu einer höheren internen Materialstabilität führt.Since the workpiece is in one piece, it has increased mechanical stability and strength compared to multi-piece workpieces. The workpiece formed according to the invention has a homogeneous fiber structure due to the lack of a welding or joining seam (the workpiece can at most have a longitudinal welding seam), which leads to greater internal material stability.

Erfindungsgemäß können aufgrund der Einteiligkeit des Werkstücks und der zur Wandverdickung nicht erforderlichen, vorgeschalteten axialen Anstauchung Werkstücke mit grundsätzlich dünneren Wanddicken verwendet werden, wodurch eine Leichtbauweise der erfindungsgemäßen, rohrförmigen Werkstücke realisiert werden kann. Hiermit geht eine entsprechende Material- und Gewichtseinsparung einher, was sowohl dem Herstellungsprozess, als auch der späteren Verwendung des Werkstücks zugutekommt.According to the invention, due to the one-piece nature of the workpiece and the upstream axial upsetting not required for wall thickening, workpieces with fundamentally thinner walls can be used, whereby a lightweight construction of the tubular workpieces according to the invention can be realized. This is accompanied by a corresponding saving in material and weight, which benefits both the manufacturing process and the later use of the workpiece.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass durch das Zusammenwirken des ersten Stauchtopfs ST1, des ersten Stauchrings SR1, der ersten Stauchführung SF1 und des ersten Innendorns I1 während des Umformens des rohrförmigen Werkstücks W im Schritt (c) eine Umformung (Ausbilden der Schulter S im Übergangsbereich T) und eine Stauchung des Werkstücks W im Übergangsbereich T in einem einzigen Schritt erzielt wird. Dabei wird der Materialfluss gezielt gelenkt, um eine gewünschte Konturgebung und Wandverdickung des Werkstücks im Übergangsbereich beim Umformen zu erzielen. So verhindern der erste Stauchtopf ST1, der erste Stauchring SR1 und die erste Stauchführung SF1 durch deren vorgegebene Innendurchmesser ein unkontrolliertes Aufbauchen oder Abfließen des Materials des Werkstücks nach außen. Darüber hinaus verhindert das Vorhandensein des Innendoms mit seinem vorgegebenen Außendurchmesser im Innern des Werkstücks während des Schritts (c) ein unkontrolliertes Einbrechen oder Abfließen des Materials des Werkstücks nach innen. Dabei sind gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren der Innendurchmesser des ersten Stauchtopfs ST1, der ersten Stauchführung SF1 und vor allem der ersten Stauchrings SR1 jeweils derart gewählt, dass ein geringfügiges Vergrößern der Wanddicke (bis < + 20 %, vorzugsweise bis + 15 %) des rohrförmigen Werkstücks im Übergangsbereich des Werkstücks bei der Durchführung des Schritts (c) erzielt werden kann. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn ein weiterer Umformschritt (vgl. nachfolgend beschriebener Schritt (d)) vorgesehen ist, bei dem die im Schritt (c) erzeugte Schulter bis zu einem Tangentenwinkel von 90° steil gestellt wird, weil durch das vorstehend beschriebene geringfügige Vergrößern der Wanddicke in Schritt (c), in Schritt (d) eine steile Schulter mit einer Wanddicke erhalten wird, die wenigstens der ursprünglichen Wanddicke des Werkstücks vor dem Umformen in Schritt (c) entspricht.The particular advantage of the method according to the invention lies in the fact that the interaction of the first stuffing pot ST1, the first stuffing ring SR1, the first stuffing guide SF1 and the first inner mandrel I1 during the shaping of the tubular workpiece W in step (c) results in a shaping (formation of the shoulder S in the transition area T) and an upsetting of the workpiece W in the transition area T is achieved in a single step. The material flow is directed in a targeted manner in order to achieve the desired contouring and wall thickening of the workpiece in the transition area during forming. The first stuffer pot ST1, the first stuffer ring SR1 and the first stuffer guide SF1 prevent an uncontrolled bulging or outflow of the material of the workpiece to the outside due to their predetermined inner diameter. In addition, the presence of the inner dome with its predetermined outside diameter in the interior of the workpiece during step (c) prevents the material of the workpiece from breaking in or flowing away inwards in an uncontrolled manner. According to the method according to the invention, the inner diameter of the first stuffer pot ST1, the first stuffer guide SF1 and, above all, the first stuffer ring SR1 are each selected in such a way that the wall thickness (up to <+20%, preferably up to +15%) of the tubular workpiece is increased slightly can be achieved in the transition region of the workpiece when carrying out step (c). This is particularly advantageous if a further forming step (cf. step (d) described below) is provided, in which the shoulder produced in step (c) is made steep up to a tangent angle of 90° because of the slight enlargement described above the wall thickness in step (c), in step (d) a steep shoulder is obtained with a wall thickness which corresponds at least to the original wall thickness of the workpiece before the forming in step (c).

Damit ist es erfindungsgemäß erstmals möglich, eine stufenförmige Querschnittsverjüngung an einem einteiligen rohrförmigen Werkstück aus Metall auszubilden, welche eine rechtwinklige oder nahezu rechtwinklige Schulter im Übergangsbereich aufweist, ohne dass die Wanddicke im Übergangsbereich gegenüber der ursprünglichen Wanddicke des Werkstücks signifikant verringert wäre und ohne dass ein dem Umformen vorgelagerten Schritt zum axialen Stauchen des Werkstücks erforderlich wäre.It is thus possible according to the invention for the first time to form a stepped cross-sectional taper on a one-piece tubular metal workpiece, which has a right-angled or almost right-angled shoulder in the transition area, without the wall thickness in the transition area being significantly reduced compared to the original wall thickness of the workpiece and without a dem Forming upstream step would be required for axial upsetting of the workpiece.

Damit erledigt der Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens mehrere Aufgaben zugleich in einem Schritt: so wird einerseits die Schulter S mit einem Tangentenwinkel (α) von 45 bis < 90° aus der Querschnittsverjüngung im Übergangsbereich geformt, während andererseits gewissermaßen eine Materialreserve im Übergangsbereich angelegt wird, die in einem weiteren, optionalen Umformschritt (vgl. nachfolgend beschriebener Schritt (d)) eine Steilstellung der Schulter erlaubt, ohne dass es zu einer signifikanten Änderung der Wanddicke des Werkstücks im Übergangsbereich, also weder zu einem Andicken, noch zu einem Ausdünnen der Wand des Werkstücks im Übergangsbereich im Vergleich zu der ursprünglichen Wanddicke kommt.Step (c) of the method according to the invention thus completes several tasks at the same time in one step: on the one hand, the shoulder S is formed with a tangent angle (α) of 45 to <90° from the cross-sectional reduction in the transition area, while on the other hand a material reserve is created in the transition area which, in a further, optional forming step (cf. step (d) described below) allows the shoulder to be inclined without there being a significant change in the wall thickness of the workpiece in the transition area, i.e. neither thickening nor thinning of the wall of the workpiece in the transition area compared to the original wall thickness.

Da im ersten Umformschritt (Schritt (c)) die Schulter S nur bis zu einem Tangentenwinkel von < 90°, vorzugsweise bis 80°, und nicht ein voller rechter Winkel ausgebildet wird, eine Rissbildung am Stufenansatz auf der Innenseite des Werkstücks im Übergangsbereich T, wie nachfolgend noch näher ausgeführt, wirksam vermieden.Since in the first forming step (step (c)) the shoulder S is only formed up to a tangent angle of <90°, preferably up to 80°, and not a full right angle, cracking at the shoulder on the inside of the workpiece in the transition area T as explained in more detail below, effectively avoided.

Das Reduzieren des Querschnitts des rohrförmigen Werkstücks im Schritt (a) kann erfindungsgemäß durch Einziehen, Kneten oder ähnlich dem Fachmann bekannte Verfahrenstechniken der plastischen Metallumformung bewerkstelligt werden. Bevorzugt ist das Reduzieren des Querschnitts durch Einziehen (Axialumformen), weil hierbei kein Erwärmen des Werkstücks erforderlich ist.The reduction of the cross section of the tubular workpiece in step (a) can be accomplished according to the invention by drawing in, kneading or similar process techniques of plastic metal forming known to those skilled in the art. Reducing the cross section is preferred by drawing in (axial forming) because the workpiece does not need to be heated.

Daher kann bei Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass ein Erwärmen des Umformbereichs U, vorzugsweise des rohrförmigen Werkstücks W, auf 80 °C oder mehr, vorzugsweise auf 40 °C oder mehr, vor und während des Reduzierens unterbleibt.Therefore, in step (a) of the method according to the invention, it can be provided that the forming region U, preferably the tubular workpiece W, is not heated to 80° C. or more, preferably to 40° C. or more, before and during the reduction.

Hierdurch werden ein eigener, für das Erwärmen erforderlicher Verfahrensschritt und die dazu erforderliche Energie eingespart, wodurch sich das erfindungsgemäße Verfahren verkürzt und kostengünstiger wird.As a result, a separate process step required for heating and the energy required for this are saved, as a result of which the process according to the invention is shortened and made more cost-effective.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Reduzieren des Querschnitts in Schritt (a) in einem oder mehreren Teilschritten oder Hüben erfolgen. So kann erfindungsgemäß nach dem vorstehend beschriebenen, ersten Reduzieren des Querschnitts des rohrförmigen Werkstücks ein weiteres Reduzieren des Querschnitts des rohrförmigen Werkstücks W im Umformbereich U des rohrförmigen Werkstücks W in Schritt (a) vorgesehen sein. Dies kann vor allem dann vorgesehen sein, wenn eine Stufe S mit verhältnismäßig großer Abmessung in Radialrichtung erzeugt werden soll (weiteres Reduzieren im Übergangsbereich), oder wenn das Werkstück zwei oder mehr Stufen an verschiedenen Stellen im Umformbereich aufweisen soll (Erzeugung mehrerer Stufensprünge). Nach der Erfahrung der Erfinder gelingt mit einem einzelnen Reduzierschritt bzw. -hub eine Verkleinerung des Werkstückdurchmessers von etwa 20 bis 35 %. Wird ein höherer Reduktionsgrad angestrebt, können entsprechend ein weiterer Hub oder mehrere weitere Hübe zur Querschnittsverkleinerung durchgeführt werden. Für das weitere Reduzieren des Querschnitts des rohrförmigen Werkstücks kann ein zweites Umformwerkzeug UW2 oder können mehrere weitere Umformwerkzeuge eingesetzt werden. Für das weitere Reduzieren gilt das vorstehend für das erste Reduzieren Offenbarte bezüglich der einsetzbaren Verfahrenstechnik und der Möglichkeit des Unterbleibens einer Erwärmung des Werkstücks analog.According to the method according to the invention, the reduction of the cross section in step (a) can take place in one or more partial steps or strokes. According to the invention, after the first reduction of the cross section of the tubular workpiece W described above, a further reduction of the cross section of the tubular workpiece W in the forming region U of the tubular workpiece W can be provided in step (a). This can be provided above all if a step S with relatively large dimensions in the radial direction is to be produced (further reduction in the transition area), or if the workpiece is to have two or more steps at different points in the forming area (creation of several step jumps). In the experience of the inventors, a reduction in the workpiece diameter of around 20 to 35% is possible with a single reduction step or stroke. If a higher degree of reduction is desired, a further stroke or several further strokes can be carried out to reduce the cross section. A second forming tool UW2 or several further forming tools can be used to further reduce the cross section of the tubular workpiece. For the further reduction, what was disclosed above for the first reduction with regard to the process technology that can be used and the possibility of not heating the workpiece applies analogously.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist der Übergangsbereich T ein Teil des Umformbereichs U und bildet den Übergang vom ursprünglichen, nicht reduzierten Querschnitt des rohrförmigen Werkstücks W an einem Ende des Übergangsbereichs T zu einem Abschnitt des Umformbereich U mit reduziertem Querschnitt bzw. Durchmesser an seinem anderen Ende.In the method according to the invention, the transition area T is part of the forming area U and forms the transition from the original, non-reduced cross section of the tubular workpiece W at one end of the transition area T to a section of the forming area U with a reduced cross section or diameter at its other end.

Das Erwärmen in Schritt (b) ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich, da ansonsten in Schritt (c) und ggf. in weiteren Schritten die Stufe S nicht so scharfkantig wie angestrebt ausgebildet werden kann und/oder eine Rissbildung im Übergangsbereich T zu befürchten ist. Die Erfinder haben bei kalter Umformung unterhalb des in Schritt (b) angegebenen Temperaturbereichs, insbesondere unter 700 °C, eine sogenannte Flitterbildung bzw. einen Abrieb an der Oberfläche im Übergangsbereich T beobachtet. Andererseits ist ein Erwärmen des Werkstücks oder des Übergangsbereichs desselben auf eine Temperatur von über 1.450 °C schädlich, da das Werkstück nahezu zu schmelzen beginnt und kritische Gefügeveränderungen (Grobkorn) auftreten können bzw. ein definiertes Umformen nicht mehr möglich ist.The heating in step (b) is necessary in the context of the method according to the invention, since otherwise the step S cannot be formed as sharp-edged as desired in step (c) and possibly in further steps and/or cracking in the transition region T is to be feared . The inventors have observed what is known as flaking or abrasion on the surface in the transition region T during cold forming below the temperature range specified in step (b), in particular below 700.degree. On the other hand, heating the workpiece or the transition area thereof to a temperature of over 1,450 °C is harmful, since the workpiece almost begins to melt and critical structural changes (coarse grain) can occur or defined forming is no longer possible.

Vor dem Umformen des rohrförmigen Werkstücks W in Schritt (c) (und damit auch vor den und während der Schritte (a) und (b)) kann ein axiales Stauchen des rohrförmigen Werkstücks W, wobei die Wanddicke des rohrförmigen Werkstücks W in wenigstens einem Abschnitt des Umformbereichs U um wenigstens 30 %, vorzugsweise wenigstens 20 % zunimmt, unterbleiben. Hierdurch werden die Verfahrensschritte des Anstauchens und ggf. des hierzu erforderlichen, lokalen Erwärmens des Werkstücks gegenüber den herkömmlichen Verfahren eingespart, wodurch das Verfahren zeitlich kürzer und energie- und kostengünstiger durchzuführen ist.Before the tubular workpiece W is formed in step (c) (and thus also before and during steps (a) and (b)), the tubular workpiece W can be axially upset, the wall thickness of the tubular workpiece W being reduced in at least one section of the forming area U increases by at least 30%, preferably at least 20%. As a result, the method steps of upsetting and, if necessary, the local heating of the workpiece required for this are saved compared to the conventional methods, as a result of which the method can be carried out in a shorter time and with less energy and costs.

Erfindungsgemäß weist der erste Stauchring SR1 eine Kontur der inneren Umfangsfläche auf, welche vorzugsweise eine rotationssymmetrische Stauchkante aufweist, deren Tangente mit der Hubrichtung bzw. mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W während des Umformens in Schritt (c) einem Winkel von 45 bis < 90°, vorzugsweise 65 bis 75 °, einschließt.According to the invention, the first upsetting ring SR1 has a contour on the inner peripheral surface which preferably has a rotationally symmetrical upsetting edge, the tangent of which to the stroke direction or to the central axis MW of the tubular workpiece W during the forming in step (c) is at an angle of 45 to <90 °, preferably 65 to 75 °.

Der erste Stauchtopf ST1, der erste Stauchring SR1 und die erste Stauchführung SF1 können jeweils einteilig, zweiteilig, dreiteilig oder aus noch mehr Teilen ausgebildet sein. So kann der erste Stauchtopf ST1 einteilig ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der erste Stauchtopf ST1 jedoch zwei- oder mehrteilig ausgebildet, was das Anbringen des Werkzeugs an das umzuformende Werkstück vereinfacht.The first stuffer box ST1, the first stuffer ring SR1 and the first stuffer guide SF1 can each be made in one piece, in two pieces, in three pieces or from even more pieces. The first stuffer box ST1 can be designed in one piece. However, the first compression pot ST1 is preferably designed in two or more parts, which simplifies the attachment of the tool to the workpiece to be formed.

Der erste Stauchring SR1 und die erste Stauchführung SF1 können jeweils zwei- oder mehrteilig ausgebildet, was einen Austausch des jeweiligen Teils erleichtert. Der erste Stauchring SR1 und die erste Stauchführung SF1 können jedoch auch einteilig ausgebildet oder fest miteinander verbunden sein, was eine synchrone Bewegung während des Umformhubs erleichtert.The first compression ring SR1 and the first compression guide SF1 can each be designed in two or more parts, which makes it easier to replace the respective part. However, the first upsetting ring SR1 and the first upsetting guide SF1 can also be designed in one piece or firmly connected to one another, which facilitates synchronous movement during the forming stroke.

Das Umformen in Schritt (c) kann vorzugsweise durchgeführt werden, indem der erste Stauchring SR1 und die erste Stauchführung SF1 parallel zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W in Richtung des ersten Stauchtopfs ST1 bewegt werden. Umgekehrt ist es möglich, dass der erste Stauchtopf ST1 parallel zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W in Richtung des ersten Stauchrings SR1 bewegt wird. In einer weiteren, alternativen Ausführungsform können sowohl der erste Stauchring SR1 (zusammen mit der ersten Stauchführung SF1), als auch der erste Stauchtopf ST1 aufeinander zubewegt werden.The forming in step (c) can preferably be carried out by aligning the first upsetting ring SR1 and the first upsetting guide SF1 parallel to the central axis MW of the tubular workpiece W are moved in the direction of the first stuffer pot ST1. Conversely, it is possible for the first compression pot ST1 to be moved parallel to the central axis MW of the tubular workpiece W in the direction of the first compression ring SR1. In a further, alternative embodiment, both the first compression ring SR1 (together with the first compression guide SF1) and the first compression pot ST1 can be moved towards one another.

Das Umformen in Schritt (c) kann vorzugsweise durchgeführt werden, bis der erste Stauchring SR1 den ersten Stauchtopf ST1 berührt. Das Umformen in Schritt (c) kann insbesondere durchgeführt werden, bis eine dem ersten Stauchtopf ST1 gegenüberliegende Stirnseite des ersten Stauchrings SR1 eine dem ersten Stauchring SR1 gegenüberliegende Stirnseite des ersten Stauchtopfs ST1 berührt. Mithilfe des definierten Endpunkts des Umformhubs wird die Einstellung einer definierten, vorbestimmten Wanddicke des rohrförmigen Werkstücks im Bereich der Schulter auf eine konstruktiv einfache Weise erleichtert. Hierzu kann der Endpunkt des Umformhubs in Bezug auf den ersten Stauchtopf ST1 und/oder den ersten Stauchring SR1 jedoch auch auf eine andere Weise als die beiden vorstehend beschriebenen Weisen festgelegt oder bestimmt werden.The forming in step (c) can preferably be carried out until the first compression ring SR1 touches the first compression pot ST1. The forming in step (c) can be carried out in particular until an end face of the first compression ring SR1 opposite the first compression pot ST1 touches an end face of the first compression pot ST1 opposite the first compression ring SR1. The setting of a defined, predetermined wall thickness of the tubular workpiece in the area of the shoulder is facilitated in a structurally simple manner with the aid of the defined end point of the forming stroke. For this purpose, however, the end point of the forming stroke in relation to the first compression pot ST1 and/or the first compression ring SR1 can also be fixed or determined in a manner other than the two methods described above.

Vorzugsweise weist der erste Stauchtopf ST1 an seinem, dem Übergangsbereich T des rohrförmigen Werkstücks W gegenüberliegend angeordneten Endabschnitt STE1 eine konusförmige Freimachung in Gestalt einer rotationssymmetrischen Aussparung auf, die zur Aufnahme einer Menge des Metalls des rohrförmigen Werkstücks W während des Umformens gemäß Schritt (c) dienen kann. Das Vorsehen einer derartigen Ausgestaltung erlaubt es vorteilhaft, einen Teil des Metalls des rohrförmigen Werkstücks W während des Umformens in Schritt (c) zu speichern, welches dann in einem späteren Umformschritt, insbesondere bei der finalen Ausbildung der Gestalt der Schulter S in Schritt (d) oder bei einem optionalen Rollierschritt, vorteilhaft zur Stärkung der Wanddicke des röhrenförmigen Werkstücks W im Bereich der Schulter S genutzt werden kann.The first compression pot ST1 preferably has a conical clearance in the form of a rotationally symmetrical recess on its end section STE1, which is arranged opposite the transition region T of the tubular workpiece W, which serve to accommodate a quantity of the metal of the tubular workpiece W during the forming according to step (c). can. The provision of such a configuration advantageously allows part of the metal of the tubular workpiece W to be stored during the forming in step (c), which can then be used in a later forming step, in particular in the final formation of the shape of the shoulder S in step (d). or with an optional burnishing step, can advantageously be used to increase the wall thickness of the tubular workpiece W in the region of the shoulder S.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Further advantageous embodiments of the method according to the invention are the subject matter of the dependent claims.

So kann das erfindungsgemäße Verfahren ferner den Schritt aufweisen:

(d) weiteres Umformen des aus Schritt (c) erhaltenen, rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T derart, dass die am Wendepunkt der Schulter S anliegende Tangente WT mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W einen Winkel β von 80 bis 90°, vorzugsweise 85 bis 90°, vorzugsweise 87 bis 90°, einschließt;

wobei während des weiteren Umformens das rohrförmige Werkstück W im Übergangsbereich T eine Temperatur im Bereich von 500 bis 1.000 °C aufweist;
wobei das Umformen unter Verwendung eines zweiten Stauchtopfs ST2, eines zweiten Stauchrings SR2, einer zweiten Stauchführung SF2 und eines zweiten Innendorns 12 erfolgt;
wobei der zweite Stauchtopf ST2, der zweite Stauchring SR2 und die zweite Stauchführung SF2 an der äußeren Mantelfläche des rohrförmigen Werkstücks W, vorzugsweise jeweils koaxial zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W, angeordnet sind;
wobei der zweite Stauchtopf ST2, der zweite Stauchring SR2 und die zweite Stauchführung SF2 in dieser Reihenfolge zum Ende E des rohrförmigen Werkstücks W hin angeordnet sind;
wobei der zweite Innendorn 12 im Inneren des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet ist;
wobei ein Außendurchmesser des zweiten Innendorns 12 wenigstens in einem während des weiteren Umformens zum Übergangsbereich T des rohrförmigen Werkstücks W gegenüberliegend angeordneten Abschnitt AI2 des zweiten Innendorn 12 zwischen 90 und 100 % des kleinsten Innendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T nach dem Umformen gemäß Schritt (c) beträgt;
wobei der zweite Stauchtopf ST2 identisch oder baugleich mit dem ersten Stauchtopf ST1 ist;
wobei die zweite Stauchführung SF2 identisch oder baugleich mit der ersten Stauchführung SF1 ist oder wobei ein Innendurchmesser der zweiten Stauchführung SF2 zwischen 100,1 und 105 % des Außendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W im Umformbereich U und außerhalb des Übergangsbereichs T nach dem Umformen in Schritt (c) beträgt;
wobei ein Innendurchmesser des zweiten Stauchrings SR2 zwischen 100 und 115 % des Außendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T nach dem Umformen in Schritt (c) beträgt;
wobei der zweite Stauchring SR2 eine Kontur der inneren Umfangsfläche mit einer rotationssymmetrischen Stauchkante aufweist, die geeignet ist, während des weiteren Umformens im Übergangsbereich T des rohrförmigen Werkstücks W die Schulter S derart umzuformen, dass die am Wendepunkt der Schulter S anliegende Tangente WT mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W einen Winkel β von 80 bis 90°, vorzugsweise 85 bis 90°, vorzugsweise 87 bis 90°, einschließt;
wobei während des Umformens der zweite Stauchring SR2 und die zweite Stauchführung SF2 und/oder der zweite Stauchtopf ST2 parallel zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W derart bewegt werden, dass sich der Abstand zwischen dem zweiten Stauchring SR2 und dem zweiten Stauchtopf ST2 verringert; und
wobei während des Umformens der zweite Stauchring SR2 und die zweite Stauchführung SF2 nicht relativ zueinander bewegbar sind.The method according to the invention can also have the step:

(d) Further forming of the tubular workpiece W obtained from step (c) in the transition area T in such a way that the tangent WT present at the turning point of the shoulder S forms an angle β of 80 to 90°, preferably 85°, with the central axis MW of the tubular workpiece W to 90°, preferably 87 to 90°;

wherein during the further forming, the tubular workpiece W has a temperature in the range of 500 to 1,000° C. in the transition region T;
wherein the forming is carried out using a second swaging pot ST2, a second swaging ring SR2, a second swaging guide SF2 and a second inner mandrel 12;
the second upsetting pot ST2, the second upsetting ring SR2 and the second upsetting guide SF2 being arranged on the outer lateral surface of the tubular workpiece W, preferably in each case coaxially to the central axis MW of the tubular workpiece W;
the second swage pot ST2, the second swage ring SR2 and the second swage guide SF2 are arranged in this order toward the end E of the tubular workpiece W;
the second inner mandrel 12 being disposed inside the tubular workpiece W;
wherein an outer diameter of the second inner mandrel 12 is between 90 and 100% of the smallest inner diameter of the tubular workpiece W in the transition area T after the forming according to step ( c) is;
the second stuffer box ST2 being identical or structurally identical to the first stuffer box ST1;
wherein the second upsetting guide SF2 is identical or structurally identical to the first upsetting guide SF1 or wherein an inside diameter of the second upsetting guide SF2 is between 100.1 and 105% of the outside diameter of the tubular workpiece W in the forming area U and outside of the transition area T after the forming in step (c ) amounts to;
wherein an inner diameter of the second upset ring SR2 is between 100 and 115% of the outer diameter of the tubular workpiece W in the transition area T after the forming in step (c);
the second upsetting ring SR2 has a contour of the inner peripheral surface with a rotationally symmetrical upsetting edge, which is suitable for forming the shoulder S during further forming in the transition region T of the tubular workpiece W in such a way that the tangent WT at the turning point of the shoulder S meets the central axis MW of the tubular workpiece W includes an angle β of 80 to 90°, preferably 85 to 90°, preferably 87 to 90°;
wherein during the forming the second upsetting ring SR2 and the second upsetting guide SF2 and/or the second upsetting pot ST2 are moved parallel to the central axis MW of the tubular workpiece W in such a way that the distance between the second upsetting ring SR2 and the second compression pot ST2 reduced; and
wherein the second upsetting ring SR2 and the second upsetting guide SF2 cannot be moved relative to one another during the forming process.

Der Ausbildung der Schulter S im Schritt (c) schließt sich vorzugsweise ein weiterer Umformschritt (Schritt (d)) an, durch welchen die Schulter S noch steiler, vorzugsweise zu etwa oder genau einem rechten Winkel, aufgestellt wird. Die Vorteile der zweistufigen Schulterausbildung in den Schritten (c) und (d) sind, dass einerseits auch bei schwerer umformbaren Metallen eine sehr steile bis rechtwinklige Schulter S herstellen lässt. Andererseits lässt sich erfindungsgemäß eine Rissbildung am Stufenansatz auf der Innenseite des Metalls im Übergangsbereich T, die je nach Zusammensetzung, Vorbehandlung und Eigenschaften des Metalls bei der Ausbildung einer steilen Schulter in einem Umformschritt auftreten können, wirksam vermieden.The formation of the shoulder S in step (c) is preferably followed by a further forming step (step (d)) in which the shoulder S is set up even more steeply, preferably at approximately or exactly a right angle. The advantages of the two-stage shoulder formation in steps (c) and (d) are that, on the one hand, a very steep to right-angled shoulder S can be produced even with metals that are difficult to form. On the other hand, according to the invention, crack formation at the shoulder on the inside of the metal in the transition area T, which can occur depending on the composition, pretreatment and properties of the metal when forming a steep shoulder in a forming step, can be effectively avoided.

Für das weitere Umformen gemäß Schritt (d) kann die noch vorhandene Restwärme des aus Schritt (c) erhaltenen, rohrförmigen Werkstücks W ausgenutzt werden, solange die Temperatur des Metalls im Übergangsbereich T zwischen 500 bis 1.000 °C ist. Dies bedeutet, dass, wenn sich der Schritt (d) unmittelbar oder nur mit kurzer zeitlicher Verzögerung an den Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens anschließt, kann ein zusätzliches Erwärmen des rohrförmigen Werkstücks W unterbleiben. Durch Vermeidung eines weiteren Erwärmungsschritts wird das erfindungsgemäße Verfahren vereinfacht und energiesparender. Folglich kann zwischen den Schritten (c) und (d) und während des Schritts (d) ein Erwärmen des rohrförmigen Werkstücks W, vorzugsweise des Übergangsbereichs T, unterbleiben.The residual heat still present in the tubular workpiece W obtained from step (c) can be utilized for the further forming according to step (d), as long as the temperature of the metal in the transition region T is between 500 and 1000.degree. This means that if step (d) follows step (c) of the method according to the invention directly or only with a short delay, additional heating of the tubular workpiece W can be omitted. By avoiding a further heating step, the method according to the invention is simplified and saves more energy. Consequently, heating of the tubular workpiece W, preferably the transition region T, can be omitted between steps (c) and (d) and during step (d).

Erfindungsgemäß weist der zweite Stauchring SR2 eine Kontur der inneren Umfangsfläche auf, welche vorzugsweise eine rotationssymmetrische Stauchkante aufweist, deren Tangente mit der Hubrichtung bzw. mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W während des Umformens in Schritt (d) einem Winkel von 80 bis 90°, vorzugsweise 85 bis 90°, vorzugsweise 87 bis 90°, einschließt.According to the invention, the second upsetting ring SR2 has a contour on the inner peripheral surface which preferably has a rotationally symmetrical upsetting edge whose tangent to the stroke direction or to the central axis MW of the tubular workpiece W during the forming in step (d) is at an angle of 80 to 90° , preferably 85 to 90°, preferably 87 to 90°.

Erfindungsgemäß kann mit Bezug auf den Schritt (d) und/oder auf die erfindungsgemäße Vorrichtung der zweite Innendorn 12 vorzugsweise einen Außendurchmesser aufweisen, welcher 90 bis 100 % des Außendurchmessers des ersten Innendorns I1 entspricht.According to the invention, with reference to step (d) and/or to the device according to the invention, the second inner mandrel 12 can preferably have an outer diameter which corresponds to 90 to 100% of the outer diameter of the first inner mandrel I1.

In dem beim erfindungsgemäßen Verfahren eine rechtwinklige oder nahezu rechtwinklige Schulter am rohrförmigen Werkstück erzeugt werden kann, ist es möglich, eine breite Stirnfläche, wie beispielsweise eine breite Ausstellungsfläche, bei einer Gerüststütze, im Übergangsbereich zu schaffen.Since a square or near square shoulder can be created on the tubular workpiece by the method of the invention, it is possible to create a wide face, such as a wide fairing on a scaffold support, in the transition area.

Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren ferner den Schritt aufweisen:

(e) vor Schritt (b), Kürzen des rohrförmigen Werkstücks W vom Ende E durch Materialabtrag derart, dass eine axiale Länge L des Umformbereichs U auf eine vorgegebene Länge, vorzugsweise +/- 0,5 mm, eingestellt wird.

Furthermore, the method according to the invention can also have the step:

(e) before step (b), shortening of the tubular workpiece W from the end E by removing material in such a way that an axial length L of the deforming region U is set to a predetermined length, preferably +/-0.5 mm.

Das Kürzen des rohrförmigen Werkstücks W gemäß Anspruch 3 (Schritt (e)) ermöglicht bei der Verarbeitung von rohrförmigen Werkstücken mit einer variablen Rohrlänge oder von Nahtlosrohren bzw. nicht gezogenen Rohren mit ungleichmäßigen Wanddicken eine exakte Positionierung der Schulter S vom Ende des Werkstücks her. Werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch hochpräzise rohrförmige Werkstücke mit einer genauen, konstanten Rohrlänge verarbeitet, sog. Präzisionsrohre, ist die Durchführung des Schritts (e) nicht erforderlich und kann daher eingespart werden.Shortening the tubular workpiece W according to claim 3 (step (e)) enables the shoulder S to be positioned exactly from the end of the workpiece when processing tubular workpieces with a variable tube length or seamless tubes or non-drawn tubes with non-uniform wall thicknesses. However, if high-precision tubular workpieces with an exact, constant tube length are processed with the method according to the invention, so-called precision tubes, step (e) does not have to be carried out and can therefore be saved.

Des Weiteren kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren während des Umformens in Schritt (c) und/oder in Schritt (d) das rohrförmige Werkstück W von seinem Ende E her in Richtung des Übergangsbereichs T oder in axialer Richtung zum Übergangsbereichs T nachgeschoben werden. Dabei kann das Nachschieben vorzugsweise mittels eines ersten Rohranschlags RA1 (in Schritt (c)) und/oder eines zweiten Rohranschlags RA2 (in Schritt (d)) erfolgen, wobei der erste Rohranschlag RA1 vorzugsweise am ersten Innendorn I1 und der zweite Rohranschlag RA2 vorzugsweise am zweiten Innendorn 12 befestigt ist.Furthermore, according to the method according to the invention, the tubular workpiece W can be pushed in from its end E in the direction of the transition area T or in the axial direction to the transition area T during the forming in step (c) and/or in step (d). The pushing can preferably be done by means of a first pipe stop RA1 (in step (c)) and/or a second pipe stop RA2 (in step (d)), with the first pipe stop RA1 preferably on the first inner mandrel I1 and the second pipe stop RA2 preferably on the second inner mandrel 12 is attached.

Das Nachschieben des rohrförmigen Werkstücks W von seinem Ende E her in Richtung des Übergangsbereichs T oder in axialer Richtung zum Übergangsbereichs T gemäß den Ansprüchen 4 und 5 trägt jeweils vorteilhaft dazu bei, ein Ausdünnen der Wand, also ein Verringern der Wanddicke, des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T, genauer gesagt, im Bereich der Schulter S, noch besser zu verhindern.The pushing of the tubular workpiece W from its end E in the direction of the transition region T or in the axial direction to the transition region T according to claims 4 and 5 advantageously contributes to a thinning of the wall, i.e. a reduction in the wall thickness, of the tubular workpiece W in the transition area T, to be more precise, in the area of the shoulder S, to be prevented even better.

Des Weiteren kann das erfindungsgemäße Verfahren ferner wenigstens einen der Schritte aufweisen:

(f) nach Schritt (c) oder (d), Einstellen einer Temperatur des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T oder in einem Teil des Übergangsbereichs T auf eine Temperatur im Bereich von 350 bis 1.450 °C; und/oder
(g) konturgebendes Umformen des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T mittels wenigstens einer Rollierrolle RR;

Furthermore, the method according to the invention can also have at least one of the following steps:

(f) after step (c) or (d), adjusting a temperature of the tubular workpiece W in the transition region T or in a part of the transition region T to a temperature in the range of 350 to 1450°C; and or
(g) contouring of the tubular workpiece W in the transition area T by means of at least one burnishing roller RR;

Dem konturgebenden Umformen des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T in Schritt (g) geht vorzugsweise, aber nicht obligatorisch ein Einstellen der Temperatur des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T oder in einem Teil desselben auf eine Temperatur zwischen 350 bis 1.450 °C voraus. Hierdurch wird im Gegensatz zu einem konturgebenden Umformen des kalten Werkstücks das Ausbilden von Abschabungen, den sog. Pittings, an der Mantelfläche des Werkstücks W im Übergangsbereich T vermieden.The contouring of the tubular workpiece W in the transition area T in step (g) is preferably, but not necessarily, preceded by adjusting the temperature of the tubular workpiece W in the transition area T or in a part thereof to a temperature between 350 to 1450°C. As a result, the formation of scrapings, the so-called pittings, on the lateral surface of the workpiece W in the transition area T is avoided in contrast to a contouring forming of the cold workpiece.

Durch das konturgebende Umformen gemäß Schritt (g) kann dem Werkstück W im Übergangsbereich seine endgültige Gestalt der Mantelfläche im Bereich der Schulter S gegeben werden. Dabei kann nach außen getragenes bzw. geflossenes Metall wieder radial einwärts zur Ausgestaltung einer scharfkantigen, vorzugsweise rechtwinkligen Schulter S mit ausreichend großer Wanddicke transportiert werden.The contouring forming according to step (g) can give the workpiece W its final shape of the lateral surface in the area of the shoulder S in the transition area. Metal that has been carried or flowed to the outside can be transported radially inward again to form a sharp-edged, preferably right-angled shoulder S with a sufficiently large wall thickness.

Des Weiteren kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren das rohrförmige Werkstück W wenigstens während der Durchführung eines, mehrerer oder aller Schritte des Verfahrens durch ein Spannwerkzeug räumlich fixiert werden bzw. sein, vorzugsweise radial geklemmt und axial gehalten werden bzw. sein. Hierdurch wird die Ausführung präziser Umformhübe und die automatisierte Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens erleichtert.Furthermore, according to the method according to the invention, the tubular workpiece W can be spatially fixed by a clamping tool at least during the implementation of one, several or all steps of the method, preferably radially clamped and axially held. This facilitates the execution of precise forming strokes and the automated implementation of the method according to the invention.

Die vorstehend definierte Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner durch das durch das erfindungsgemäße Verfahren erhaltene Verfahrenserzeugnis gelöst.The object defined above is also achieved according to the invention by the process product obtained by the method according to the invention.

So wird ein einteiliges, rohrförmiges Werkstück W aus Metall beansprucht, dass mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt wurden ist bzw. herstellbar ist.A one-piece, tubular workpiece W made of metal is claimed, which has been produced or can be produced using the method according to one of Claims 1 to 7.

Das rohrförmige Werkstück W weist im Übergangsbereich T eine Schulter S auf, wobei eine am Wendepunkt der Schulter S anliegende Tangente WT mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W einen Winkel α von 45 bis 90°, vorzugsweise 85 bis 90°, vorzugsweise 87 bis 90°, insbesondere 89 bis 90°, einschließt. Das rohrförmige Werkstück W weist im Übergangsbereich T eine Wanddicke auf, die gegenüber der Wanddicke des Werkstücks W an derselben Stelle vor dem Ausbilden der Schulter S nicht verringert ist. Vorzugsweise weist das rohrförmige Werkstück W im Übergangsbereich T eine Wanddicke auf, die zwischen 100 und 115 %, vorzugsweise zwischen 100 bis 110 %, der Wanddicke des Werkstücks an derselben Stelle vor dem Ausbilden der Schulter S, insbesondere vor dem Umformen gemäß Schritt (c), entspricht.The tubular workpiece W has a shoulder S in the transition area T, with a tangent WT lying at the turning point of the shoulder S making an angle α of 45 to 90°, preferably 85 to 90°, preferably 87 to 90° with the central axis MW of the tubular workpiece W °, in particular 89 to 90°. In the transition region T, the tubular workpiece W has a wall thickness which is not reduced compared to the wall thickness of the workpiece W at the same point before the shoulder S is formed. The tubular workpiece W preferably has a wall thickness in the transition area T that is between 100 and 115%, preferably between 100 and 110%, of the wall thickness of the workpiece at the same point before the shoulder S is formed, in particular before the forming according to step (c) , is equivalent to.

Die vorstehend definierte Aufgabe wird ferner durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die vorstehend in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren diskutierten Vorteile und vorrichtungsbezogenen Abwandlungen gelten für die erfindungsgemäße Vorrichtung analog.The object defined above is also achieved by the device according to the invention. Advantageous embodiments of the device according to the invention are the subject matter of the dependent claims. The advantages and device-related modifications discussed above in connection with the method according to the invention apply analogously to the device according to the invention.

So wird eine Vorrichtung V zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung V wenigstens aufweist:

ein erstes Umformwerkzeug UW1 zum Reduzieren des Querschnitts eines rohrförmigen Werkstücks W aus Metall in einem Umformbereich U des rohrförmigen Werkstücks W;
eine Einrichtung H1 zum Erwärmen des rohrförmigen Werkstücks W im Umformbereich U oder in einem Teil desselben, der einen Übergangsbereich T von einem nicht-reduzierten zu einem reduzierten Querschnitt des rohrförmigen Werkstücks W umfasst, auf eine Temperatur im Bereich von 700 bis 1.450 °C, vorzugsweise 1.000 bis 1.450 °C;
einen ersten Stauchtopf ST1, einen ersten Stauchring SR1, eine erste Stauchführung SF1 und einen ersten Innendorn I1;

wobei der erste Stauchtopf ST1, der erste Stauchring SR1 und die erste Stauchführung SF1 an einer äußeren Mantelfläche des rohrförmigen Werkstücks W, vorzugsweise jeweils koaxial zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W, anordenbar sind;
wobei der erste Stauchtopf ST1, der erste Stauchring SR1 und die erste Stauchführung SF1 in dieser Reihenfolge zu einem Ende E des rohrförmigen Werkstücks W hin anordenbar sind;
wobei der erste Innendorn I1 im Inneren des rohrförmigen Werkstücks W anordenbar ist;
wobei ein Außendurchmesser des ersten Innendorns I1 wenigstens abschnittsweise zwischen 90 und 100 % des kleinsten Innendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T nach dem Reduzieren gemäß Schritt (a) des Verfahrens und vor dem Erwärmen gemäß Schritt (b) des Verfahrens beträgt;
wobei ein Innendurchmesser des ersten Stauchtopfs ST1 zwischen 100 und 110 % des Außendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W vor dem Reduzieren des Querschnitts in Schritt (a) des Verfahrens beträgt;
wobei ein Innendurchmesser der ersten Stauchführung SF1 zwischen 100 und 110 % des Außendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W im Umformbereich U und außerhalb des Übergangsbereichs T nach dem Reduzieren des Querschnitts in Schritt (a) des Verfahrens und vor dem Erwärmen gemäß Schritt (b) des Verfahrens beträgt;
wobei ein Innendurchmesser der ersten Stauchrings SR1 zwischen 100 und 115 % des Außendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W im Umformbereich U und außerhalb des Übergangsbereichs T nach dem Reduzieren des Querschnitts in Schritt (a) und vor dem Erwärmen gemäß Schritt (b) beträgt;
wobei der erste Stauchring SR1 eine Kontur der inneren Umfangsfläche mit einer rotationssymmetrischen Stauchkante aufweist, die geeignet ist, im Übergangsbereich T des rohrförmigen Werkstücks W die Schulter S auszubilden, wobei die am Wendepunkt der Schulter S anliegende Tangente WT mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W einen Winkel (α) von 45 bis < 90 °, vorzugsweise 65 bis 75 °, einschließt;
wobei der erste Stauchring SR1 und die erste Stauchführung SF1 und/oder der erste Stauchtopf ST1 parallel zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W derart beweglich gelagert sind, dass der Abstand zwischen dem ersten Stauchring SR1 und dem ersten Stauchtopf ST1 veränderbar ist; und
wobei während des Umformens gemäß Schritt (c) des Verfahrens der erste Stauchring SR1 und die erste Stauchführung SF1 nicht relativ zueinander bewegbar sind.A device V for carrying out the method according to the invention is proposed, the device V having at least:

a first forming tool UW1 for reducing the cross section of a tubular workpiece W made of metal in a forming area U of the tubular workpiece W;
a device H1 for heating the tubular workpiece W in the forming area U or in a part thereof, which includes a transition region T from a non-reduced to a reduced cross-section of the tubular workpiece W, to a temperature in the range from 700 to 1,450 °C, preferably 1,000 to 1,450 °C;
a first swage pot ST1, a first swage ring SR1, a first swage guide SF1, and a first inner mandrel I1;

wherein the first stuffing pot ST1, the first stuffing ring SR1 and the first stuffing guide SF1 can be arranged on an outer lateral surface of the tubular workpiece W, preferably in each case coaxially to the central axis MW of the tubular workpiece W;
the first swage pot ST1, the first swage ring SR1 and the first swage guide SF1 being arrangeable in this order toward an end E of the tubular workpiece W;
wherein the first inner mandrel I1 is locatable inside the tubular workpiece W;
wherein an outer diameter of the first inner mandrel I1 is at least partially between 90 and 100% of the smallest inner diameter of the tubular workpiece W in the transition area T after the reduction according to step (a) of the method and before the heating according to step (b) of the method;
wherein an inside diameter of the first stuffer pot ST1 is between 100 and 110% of the outside diameter of the tubular workpiece W before the cross-section reducing in step (a) of the method;
wherein an inside diameter of the first upsetting guide SF1 is between 100 and 110% of the outside diameter of the tubular workpiece W in the forming area U and outside the transition area reichs T after reduction of the cross-section in step (a) of the method and before heating according to step (b) of the method;
wherein an inner diameter of the first upset ring SR1 is between 100 and 115% of the outer diameter of the tubular workpiece W in the forming area U and outside the transition area T after the reduction of the cross section in step (a) and before the heating according to step (b);
wherein the first upsetting ring SR1 has a contour of the inner peripheral surface with a rotationally symmetrical upsetting edge which is suitable for forming the shoulder S in the transition region T of the tubular workpiece W, the tangent WT lying at the turning point of the shoulder S being in line with the central axis MW of the tubular workpiece W encloses an angle (α) of 45 to <90°, preferably 65 to 75°;
the first upset ring SR1 and the first upset guide SF1 and/or the first upset pot ST1 being movably mounted parallel to the central axis MW of the tubular workpiece W in such a way that the distance between the first upset ring SR1 and the first upset pot ST1 can be changed; and
wherein during the forming according to step (c) of the method, the first upsetting ring SR1 and the first upsetting guide SF1 cannot be moved relative to one another.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung V kann ferner zur Durchführung des Schritts (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweisen:

einen zweiten Stauchtopf ST2, einen zweiten Stauchring SR2, eine zweite Stauchführung SF2 und einen zweiten Innendorn 12;

wobei der zweite Stauchtopf ST2, der zweite Stauchring SR2 und die zweite Stauchführung SF2 an der äußeren Mantelfläche des rohrförmigen Werkstücks W, vorzugsweise jeweils koaxial zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W, anordenbar sind;
wobei der zweite Stauchtopf ST2, der zweite Stauchring SR2 und die zweite Stauchführung SF2 in dieser Reihenfolge zum Ende E des rohrförmigen Werkstücks W hin angeordnet sind;
wobei der zweite Innendorn 12 im Inneren des rohrförmigen Werkstücks W anordenbar ist;
wobei ein Außendurchmesser des zweiten Innendorns 12 wenigstens abschnittsweise zwischen 90 und 100 % des kleinsten Innendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T nach dem Umformen gemäß Schritt (c) beträgt;
wobei der zweite Stauchtopf ST2 identisch oder baugleich mit dem ersten Stauchtopf ST1 ist;
wobei die zweite Stauchführung SF2 identisch oder baugleich mit der ersten Stauchführung SF1 ist oder wobei ein Innendurchmesser der zweiten Stauchführung SF2 zwischen 100,1 und 105 % des Außendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W im Umformbereich U und außerhalb des Übergangsbereichs T nach dem Umformen in Schritt (c) beträgt;
wobei ein Innendurchmesser des zweiten Stauchrings SR2 zwischen 100 und 115 % des Außendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T nach dem Umformen in Schritt (c) des Verfahrens beträgt;
wobei der zweite Stauchring SR2 eine Kontur der inneren Umfangsfläche mit einer rotationssymmetrischen Stauchkante aufweist, die geeignet ist, im Übergangsbereich T des rohrförmigen Werkstücks W die Schulter S derart umzuformen, dass die am Wendepunkt der Schulter S anliegende Tangente WT mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W einen Winkel β von 80 bis 90°, vorzugsweise 85 bis 90°, vorzugsweise 87 bis 90°, einschließt;
wobei der zweite Stauchring SR2 und die zweite Stauchführung SF2 und/oder der zweite Stauchtopf ST2 parallel zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W derart beweglich gelagert sind, dass der Abstand zwischen dem zweiten Stauchring SR2 und dem zweiten Stauchtopf ST2 veränderbar ist; und
wobei während des Umformens gemäß Schritt (d) des Verfahrens der zweite Stauchring SR2 und die zweite Stauchführung SF2 nicht relativ zueinander bewegbar sind.The device V according to the invention can also have for carrying out step (d) of the method according to the invention:

a second swage pot ST2, a second swage ring SR2, a second swage guide SF2, and a second inner mandrel 12;

wherein the second stuffing pot ST2, the second stuffing ring SR2 and the second stuffing guide SF2 can be arranged on the outer lateral surface of the tubular workpiece W, preferably in each case coaxially to the central axis MW of the tubular workpiece W;
the second swage pot ST2, the second swage ring SR2 and the second swage guide SF2 are arranged in this order toward the end E of the tubular workpiece W;
the second inner mandrel 12 being positionable inside the tubular workpiece W;
wherein an outer diameter of the second inner mandrel 12 is at least partially between 90 and 100% of the smallest inner diameter of the tubular workpiece W in the transition area T after the forming according to step (c);
the second stuffer box ST2 being identical or structurally identical to the first stuffer box ST1;
wherein the second upsetting guide SF2 is identical or structurally identical to the first upsetting guide SF1 or wherein an inside diameter of the second upsetting guide SF2 is between 100.1 and 105% of the outside diameter of the tubular workpiece W in the forming area U and outside the transition area T after the forming in step (c ) amounts to;
wherein an inner diameter of the second upset ring SR2 is between 100 and 115% of the outer diameter of the tubular workpiece W in the transition region T after the forming in step (c) of the method;
the second upsetting ring SR2 has a contour of the inner peripheral surface with a rotationally symmetrical upsetting edge which is suitable for reshaping the shoulder S in the transition region T of the tubular workpiece W in such a way that the tangent WT at the turning point of the shoulder S is in line with the central axis MW of the tubular workpiece W encloses an angle β of 80 to 90°, preferably 85 to 90°, preferably 87 to 90°;
the second upset ring SR2 and the second upset guide SF2 and/or the second upset pot ST2 being movably mounted parallel to the central axis MW of the tubular workpiece W in such a way that the distance between the second upset ring SR2 and the second upset pot ST2 can be changed; and
wherein during the forming according to step (d) of the method, the second upsetting ring SR2 and the second upsetting guide SF2 cannot be moved relative to one another.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zur Durchführung der Verfahrensschritte gemäß der Ansprüche 3 bis 5 ferner eines oder mehrere der folgenden aufweisen:

eine Einrichtung zum Kürzen des rohrförmigen Werkstücks W vom Ende E durch Materialabtrag derart, dass eine axiale Länge L des Umformbereichs U auf eine vorgegebene Länge, vorzugsweise mit einer Genauigkeit von +/- 0,5 mm, einstellbar ist; und/oder
einen ersten Rohranschlag RAI, welcher zum Nachschieben des rohrförmigen Werkstücks W von seinem Ende E her in Richtung des Übergangsbereichs T oder in axialer Richtung zum Übergangsbereichs T geeignet ist; und welcher vorzugsweise am ersten Innendorn I1 befestigt ist; und/oder
einen zweiten Rohranschlag RA2, welcher zum Nachschieben des rohrförmigen Werkstücks W von seinem Ende E her in Richtung des Übergangsbereichs T oder in axialer Richtung zum Übergangsbereichs T geeignet ist; und welcher vorzugsweise am zweiten Innendorn 12 befestigt ist; und/oder
eine Einrichtung H2 zum Einstellen der Temperatur des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T oder in einem Teil des Übergangsbereichs T auf eine Temperatur im Bereich von 350 bis 1.450 °C; und/oder
ein Spannwerkzeug zum räumlichen Fixieren des rohrförmigen Werkstücks W, vorzugsweise eine Klemme oder Spannbacke oder ein mehrsegmentiges Spannsystem.

The device according to the invention can also have one or more of the following for carrying out the method steps according to claims 3 to 5:

a device for shortening the tubular workpiece W from the end E by removing material in such a way that an axial length L of the deforming region U can be set to a predetermined length, preferably with an accuracy of +/-0.5 mm; and or
a first tubular stop RAI suitable for pushing the tubular workpiece W from its end E in the direction of the transition area T or in the axial direction of the transition area T; and which is preferably attached to the first inner mandrel I1; and or
a second pipe stop RA2 suitable for pushing the pipe-shaped workpiece W from its end E in the direction of the transition area T or in the axial direction of the transition area T; and which is preferably attached to the second inner mandrel 12; and or
means H2 for adjusting the temperature of the tubular workpiece W in the transition region T or in a part of the transition region T to a temperature in the range of 350 to 1450°C; and or
a clamping tool for spatially fixing the tubular workpiece W, preferably a clamp or clamping jaw or a multi-segment clamping system.

Weitere Offenbarung der ErfindungFurther Disclosure of the Invention

Wenn nicht anders angeben, sind die in den Patentansprüchen und in der Beschreibung wiedergegebenen Verfahrensschritte erfindungsgemäß in der angegebenen Reihenfolge durchzuführen.Unless otherwise stated, the method steps given in the patent claims and in the description are to be carried out according to the invention in the order given.

Während des ein- oder mehrstufigen Reduzierens des Querschnitts des rohrförmigen Werkstücks W im Schritt (a) kann das Werkstück W im Umformbereich U mit einem Schmiermittel beaufschlagt werden, um die Reibung beim Reduzieren des Werkstücks W im Umformbereich U zu verringern.During the single-stage or multi-stage reduction of the cross section of the tubular workpiece W in step (a), the workpiece W in the forming area U can be subjected to a lubricant in order to reduce the friction when reducing the workpiece W in the forming area U.

Erfindungsgemäß und insbesondere betreffend den optionalen Schritt (e) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Umformbereich U als der Bereich definiert, der sich - von der Mitte des rohrförmigen Werkstücks W zu dem Ende E des rohrförmigen Werkstücks W, das näher am Umformbereich U liegt oder von diesem umfasst wird, betrachtet - vom Beginn des Übergangsbereichs T bis zum Ende E des rohrförmigen Werkstücks W erstreckt.According to the invention and in particular with regard to the optional step (e) of the method according to the invention, the forming area U is defined as the area extending from the center of the tubular workpiece W to the end E of the tubular workpiece W, which is closer to the forming area U or from this is considered - extends from the beginning of the transition region T to the end E of the tubular workpiece W.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die in den Schritten (c) und/oder (d) vorgenommenen Umformhübe unter Einsatz einer vom jeweiligen Umformwerkzeug auf das Werkstück einwirkenden Kraft durchgeführt. Diese Kraft beträgt vorzugsweise bei Rohrdurchmessern von 20 bis 150 mm zwischen 100 und 1000 kN (10 bis 100 Tonnen), insbesondere von 400 bis 600 kN, bei einem Ausgangsdurchmesser des rohrförmigen Werkstücks W zwischen 40 und 60 mm.Within the scope of the method according to the invention, the forming strokes carried out in steps (c) and/or (d) are carried out using a force acting on the workpiece from the respective forming tool. This force is preferably between 100 and 1000 kN (10 to 100 tons) for pipe diameters of 20 to 150 mm, in particular from 400 to 600 kN, with an initial diameter of the tubular workpiece W between 40 and 60 mm.

Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, insbesondere des erfindungsgemäßen Verfahrens, werden anhand der nachfolgenden Zeichnung erläutert. Darin stellen dar:

1 und 2: ein zweistufiges Reduzieren des Querschnitts des rohrförmigen Werkstücks W in einem Umformbereich U desselben gemäß Schritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3: Kürzen des rohrförmigen Werkstücks W vom Ende E gemäß dem optionalen Schritt (e) des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4: Erwärmen des rohrförmigen Werkstücks W im Umformbereich U oder in einem Teil desselben gemäß Schritt (b) des erfindungsgemäßen Verfahrens;
5a bis 5d: Umformen des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T zur Ausbildung einer Schulter S gemäß Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens;
6a und 6b: weiteres Umformen des aus Schritt (c) erhaltenen, rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T gemäß dem optionalen Schritt (d) des erfindungsgemäßen Verfahrens;
7: Einstellen einer Temperatur des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T gemäß dem optionalen Schritt (f) des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
8: konturgebendes Umformen des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T mittels wenigstens einer Rollierrolle RR gemäß dem optionalen Schritt (g) des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Advantageous embodiments of the present invention, in particular of the method according to the invention, are explained using the following drawing. In it represent:

1 and 2 : a two-stage reduction of the cross section of the tubular workpiece W in a forming region U of the same according to step (a) of the method according to the invention;
3 : shortening the tubular workpiece W from the end E according to the optional step (e) of the method according to the invention;
4 : heating the tubular workpiece W in the forming area U or in a part thereof according to step (b) of the method according to the invention;
5a until 5d : Reshaping of the tubular workpiece W in the transition region T to form a shoulder S according to step (c) of the method according to the invention;
6a and 6b : further forming of the tubular workpiece W obtained from step (c) in the transition area T according to the optional step (d) of the method according to the invention;
7 : setting a temperature of the tubular workpiece W in the transition region T according to the optional step (f) of the method according to the invention; and
8th : Contour forming of the tubular workpiece W in the transition area T by means of at least one burnishing roller RR according to the optional step (g) of the method according to the invention.

Während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es nachfolgend in einer beispielhaften Ausführungsform und Abwandlungen davon beschrieben wird, wird ein rohrförmiges Werkstück W aus Metall umgeformt. Dabei kann das rohrförmige Werkstück W bei einzelnen oder allen Verfahrensschritten beispielsweise mittels eines Spannwerkzeugs oder dergleichen räumlich fixiert, vorzugsweise radial geklemmt und axial gehalten, werden, was jedoch in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen ist.During the implementation of the method according to the invention, as is described below in an exemplary embodiment and modifications thereof, a tubular workpiece W made of metal is formed. The tubular workpiece W can be spatially fixed, preferably clamped radially and held axially, in individual or all process steps, for example by means of a clamping tool or the like, but this is omitted in the figures for reasons of clarity.

Die 1 und 2 zeigen ein zweistufiges Reduzieren des Querschnitts des rohrförmigen Werkstücks W (Schritt (a)). So wird in 1 ein erstes Umformwerkzeugs UW1 von einem Ende E des Werkstücks W parallel zur Mittelachse MW des Werkstücks W in Richtung der Mitte des Werkstücks W bewegt (vgl. Pfeil in 1), wodurch ein Umformbereich U mit einem gegenüber dem unverformten Werkstück W verringerten Durchmesser d1 entsteht. Der Umformbereich U ist der Abschnitt des Werkstücks W mit verringertem Durchmesser d1 und umfasst ferner den Übergangsbereich T, in dem das Werkstück W vom Ausgangsdurchmesser D1 zum verringerten Durchmesser d1 übergeht.the 1 and 2 show a two-stage reducing of the cross section of the tubular workpiece W (step (a)). So will in 1 a first forming tool UW1 is moved from one end E of the workpiece W parallel to the central axis MW of the workpiece W in the direction of the center of the workpiece W (cf. arrow in 1 ), resulting in a forming area U with a diameter d1 that is reduced compared to the undeformed workpiece W. The forming area U is the section of the workpiece W with a reduced diameter d1 and also includes the transition area T, in which the workpiece W transitions from the initial diameter D1 to the reduced diameter d1.

In 2 wird der Reduziervorgang analog zu dem in 1 dargestellten Schritt durchgeführt, jedoch wird hierbei ein zweites Umformwerkzeugs UW2 mit einem gegenüber dem ersten Umformwerkzeugs UW1 verringerten Innendurchmesser verwendet, wodurch eine weitere Verjüngung des Durchmessers des Werkstücks W im Umformbereich U erzielt wird (Durchmesser d2). Zur Durchführung des ein- oder mehrstufigen Reduziervorgang ist ein Erwärmen des Werkstücks W nicht erforderlich. Durch den ein- oder mehrstufigen Reduziervorgang vergrößert sich die Gesamtlänge des Werkstücks W. Der ein- oder mehrstufige Reduziervorgang wie vorstehend beschrieben ist nicht darauf beschränkt, dass das Umformwerkzeug UW auf das fixierte Werkstück W bewegt wird (vgl. Pfeil in 1 und 2). Es ist auch möglich, dass das Werkstück W auf ein fixiertes Umformwerkzeug UW bewegt wird.In 2 the reduction process is analogous to that in 1 The step shown is carried out, but a second forming tool UW2 is used here with an inner diameter that is reduced compared to the first forming tool UW1, thereby further reducing the diameter of the workpiece W in the forming region U (diameter d2). It is not necessary to heat the workpiece W in order to carry out the single-stage or multi-stage reducing process. The overall length of the workpiece W increases as a result of the single-stage or multi-stage reduction process. The single-stage or multi-stage reduction process as described above is not limited to the forming tool UW being fixed to the Workpiece W is moved (see arrow in 1 and 2 ). It is also possible for the workpiece W to be moved onto a fixed forming tool UW.

Nach der Durchführung des ein- oder mehrstufigen Reduziervorgangs kann, wie in 3 dargestellt, das rohrförmige Werkstück W vom Ende E her durch Materialabtrag mittels eines entsprechenden Werkzeugs KW derart gekürzt werden, dass eine axiale Länge L des Umformbereichs U auf eine vorgegebene Länge eingestellt wird (Schritt (e)). Dabei kann der Materialabtrag durch alle dem Fachmann bekannten Verfahren durchgeführt werden. Werden sogenannte Präzisionsrohre als die Werkstücke W eingesetzt, kann das Kürzen des Werkstücks W entfallen.After carrying out the one- or multi-stage reduction process, as in 3 shown, the tubular workpiece W can be shortened from the end E by removing material using a corresponding tool KW such that an axial length L of the forming region U is set to a predetermined length (step (e)). The removal of material can be carried out by any method known to those skilled in the art. If so-called precision tubes are used as the workpieces W, the workpiece W does not need to be shortened.

Im nächsten Schritt (4) wird das Werkstück W in einem Teil des Umformbereichs U, der den Übergangsbereich T umfasst bzw. einschließt, auf eine Temperatur im Bereich von 700 bis 1.450 °C erwärmt (Schritt (b)). Das Erwärmen wird vorzugsweise mittels einer Induktionsspule IS vorgenommen, kann aber auch durch eine andere bekannte Technik erfolgen.In the next step ( 4 ) the workpiece W is heated to a temperature in the range from 700 to 1,450° C. in a part of the forming area U, which includes or includes the transition area T (step (b)). The heating is preferably carried out by means of an induction coil IS, but can also be carried out by any other known technique.

Nach dem Erwärmen des Werkstücks W wenigstens im Übergangsbereich T schließt sich im nächsten Schritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Umformen des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T an, wodurch eine Schulter S im Übergangsbereich T ausgebildet wird (5a, 5b und 5c).After the workpiece W has been heated at least in the transition region T, the next step (c) of the method according to the invention is followed by the forming of the tubular workpiece W in the transition region T, as a result of which a shoulder S is formed in the transition region T ( 5a , 5b and 5c ).

Hierzu wird ein erster Stauchtopf ST1, der zur leichteren Anbringung vorzugsweise zweiteilig ausgebildet ist, vor dem Umformen gemäß Schritt (c) an der äußeren Mantelfläche des rohrförmigen Werkstücks W derart angeordnet, dass eine zum Ende E des Werkstücks weisende Stirnfläche ST1SF am Übergangsbereich T des Werkstücks W angeordnet ist (5a). Dabei beträgt ein Innendurchmesser des ersten Stauchtopfs ST1 zwischen 100 und 110 % des Außendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W vor dem Reduzieren des Querschnitts in Schritt (a).For this purpose, a first compression pot ST1, which is preferably designed in two parts for easier attachment, is arranged on the outer lateral surface of the tubular workpiece W before the forming in accordance with step (c) in such a way that an end face ST1SF pointing towards the end E of the workpiece is in the transition region T of the workpiece W is arranged ( 5a) . An inner diameter of the first stuffer box ST1 is between 100 and 110% of the outer diameter of the tubular workpiece W before the reduction of the cross section in step (a).

Ein erster Innendorn I1 wird vor dem Umformen gemäß Schritt (c) im Inneren des rohrförmigen Werkstücks W koaxial zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet (5a nach 5b; vgl. Pfeil in 5a). Dabei beträgt ein Außendurchmesser des ersten Innendorns I1 wenigstens in einem während des Umformens zum Übergangsbereich T des rohrförmigen Werkstücks W gegenüberliegend angeordneten Abschnitt AI1 des ersten Innendorns I1 zwischen 90 und 100 % des kleinsten Innendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T nach dem Reduzieren gemäß Schritt (a) und vor dem Erwärmen gemäß Schritt (b).A first inner mandrel I1 is arranged in the interior of the tubular workpiece W coaxially to the central axis MW of the tubular workpiece W ( 5a after 5b; see arrow in 5a) . The outer diameter of the first inner mandrel I1 is between 90 and 100% of the smallest inner diameter of the tubular workpiece W in the transition area T after the reduction according to step ( a) and before heating according to step (b).

Ein erster Stauchring SR1 und eine erste Stauchführung SF1, die in diesem Beispiel einteilig ausgeführt sind, aber auch mehrteilig ausgeführt sein können, werden zum Umformen vom Ende E des Werkstücks W in axialer Richtung parallel zur Mittelachse MW des Werkstücks W auf das Werkstück W bewegt (vgl. Pfeil in 5b), bis der erste Stauchring SR1 an die zum Ende E des Werkstücks W weisende Stirnfläche ST1SF des erster Stauchtopfs ST1 anstößt, wobei diese Situation in 5c dargestellt ist. Im letzten Teil dieser Bewegung des ersten Stauchrings SR1 und der ersten Stauchführung SF1, bis der erste Stauchring SR1 an den ersten Stauchtopf ST1 anstößt, setzt der erste Stauchring SR1 am Übergangsbereich T des Werkstücks W an und staucht das Werkstück W im Übergangsbereich T unter Ausbildung der Schulter S. Der erste Stauchring SR1 weist nämlich eine Kontur seiner inneren Umfangsfläche mit einer rotationssymmetrischen, zur Ausbildung der Schulter S geeigneten Stauchkante auf. Bei diesem Stauchhub wird aufgrund der von der Stauchkante in axialer Richtung zur Mitte des Werkstücks W hin einwirkende Kraft Material aus dem Umformbereich in Richtung der sich ausbildenden Schulter S geschoben, wodurch sich einerseits Material im Bereich der Schulter S verstärkt ansammelt, andererseits sich der Übergangsbereich T in axialer Richtung verkürzt, also die parallel zur Mittelachse MW des Werkstücks W betrachtete Ausdehnung des Übergangsbereich T bzw. der Schulter S verkleinert.A first upsetting ring SR1 and a first upsetting guide SF1, which are made in one piece in this example but can also be made in several parts, are moved from the end E of the workpiece W in the axial direction parallel to the central axis MW of the workpiece W onto the workpiece W ( see arrow in 5b) , until the first compression ring SR1 hits the end face ST1SF of the first compression cup ST1 pointing towards the end E of the workpiece W, this situation in 5c is shown. In the last part of this movement of the first upset ring SR1 and the first upset guide SF1, until the first upset ring SR1 abuts the first upset pot ST1, the first upset ring SR1 attaches to the transition area T of the workpiece W and upsets the workpiece W in the transition area T, forming the Shoulder S. The first compression ring SR1 namely has a contour of its inner peripheral surface with a rotationally symmetrical compression edge suitable for forming the shoulder S. During this upsetting stroke, due to the force acting from the upsetting edge in the axial direction towards the center of the workpiece W, material is pushed out of the forming area in the direction of the shoulder S that is being formed, as a result of which material accumulates more in the area of the shoulder S on the one hand and the transition area T on the other shortened in the axial direction, ie the extent of the transition region T or the shoulder S viewed parallel to the central axis MW of the workpiece W is reduced.

Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn während der Ausbildung der Schulter S das rohrförmige Werkstück W von seinem Ende E her in Richtung des Übergangsbereichs T oder in axialer Richtung zum Übergangsbereichs T nachgeschoben wird. Im vorliegenden Beispiel erfolgt das Nachschieben mittels eines ersten Rohranschlags RA1, wobei dieser in der in den 5a bis 5c abgebildeten Ausführungsform am ersten Innendorn I1 befestigt ist und eine Kraft in axialer Richtung auf das Ende E des Werkstücks W ausübt.It is particularly advantageous if, during the formation of the shoulder S, the tubular workpiece W is pushed along from its end E in the direction of the transition area T or in the axial direction to the transition area T. In the present example, the re-pushing takes place by means of a first pipe stop RA1, this being in the 5a until 5c illustrated embodiment is attached to the first inner mandrel I1 and exerts a force on the end E of the workpiece W in the axial direction.

Der erste Stauchtopf ST1, der erste Stauchring SR1 und die erste Stauchführung SF1 sind während des Umformens gemäß Schritt (c) an der äußeren Mantelfläche des rohrförmigen Werkstücks W jeweils koaxial zur Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W angeordnet. Ein Innendurchmesser der ersten Stauchrings SR1 beträgt zwischen 100 und 115 % des Außendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W im Umformbereich U und außerhalb des Übergangsbereichs T nach dem Reduzieren des Querschnitts in Schritt (a) und vor dem Erwärmen gemäß Schritt (b). Ferner beträgt ein Innendurchmesser der ersten Stauchführung SF1 zwischen 100 und 110 % des Außendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W im Umformbereich U und außerhalb des Übergangsbereichs T nach dem Reduzieren des Querschnitts in Schritt (a) und vor dem Erwärmen gemäß Schritt (b).The first upsetting pot ST1, the first upsetting ring SR1 and the first upsetting guide SF1 are each arranged coaxially to the central axis MW of the tubular workpiece W on the outer lateral surface of the tubular workpiece W during the forming according to step (c). An inner diameter of the first upset ring SR1 is between 100 and 115% of the outer diameter of the tubular workpiece W in the forming area U and outside the transition area T after reducing the cross section in step (a) and before heating according to step (b). Furthermore, an inner diameter of the first upset guide is SF1 between 100 and 110% of the outer diameter of the tubular workpiece W in the forming area U and outside the transition area T after reducing the cross section in step (a) and before heating according to step (b).

In der in den 5a bis 5d dargestellten Ausführungsform nach weist der erste Stauchtopf ST1 an seinem, dem Übergangsbereich T des rohrförmigen Werkstücks W gegenüberliegend angeordneten Endabschnitt STE1 eine konusförmige Freimachung F in Gestalt einer rotationssymmetrischen Aussparung auf. Diese Freimachung dient der Aufnahme einer Menge des Metallmaterials des rohrförmigen Werkstücks W während des Umformens gemäß Schritt (c) dienen kann.In the in the 5a until 5d According to the illustrated embodiment, the first stuffer box ST1 has a conical clearance F in the form of a rotationally symmetrical recess on its end section STE1 arranged opposite the transition region T of the tubular workpiece W. This clearance serves to receive a quantity of the metal material of the tubular workpiece W during the forming according to step (c).

Durch die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen, Anordnungen und/oder Bewegungen des ersten Stauchtopfs ST1, des ersten Innendorns ID1, des ersten Stauchrings SR1 und der ersten Stauchführung SF1 definieren die Gestalt dieser Bauteile einen Raum um das Werkstück (außen und innen), der den Materialfluss beim Umformschritt (c) (kombinierter Stauch- und Schulterausbildungsschritt) vorteilhaft begrenzt. Insbesondere verhindern bzw. begrenzt die Anordnung des ersten Stauchtopfs (ST1), des ersten Stauchrings SR1 und der ersten Stauchführung SF1 um die Mantelfläche des Werkstücks W ein Ausbrechen oder Aufbauchen des Materials nach außen, während die Anordnung des ersten Innendorns ID1 im Inneren des Werkstücks W ein Einknicken oder Einbrechen des Materials in das Innere des Werkstücks W verhindert bzw. begrenzt. Hierdurch gelingt nicht nur die Ausbildung einer Schulter S mit einer Wendepunkttangenten, die mit der Mittelachse MW des Werkstücks W einen Winkel α von etwa 75 ° im vorliegenden Beispiel einschließt (vgl. Detailansicht in 5d). Es wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im Bereich der Schulter S auch gezielt gerade so viel Material im und um den Übergangsbereich T angesammelt, dass das finale erhaltene Werkstück W weder eine signifikante Verringerung, noch Vergrößerung der Wanddicke im Übergangsbereich T, insbesondere im Bereich der Schulter S, im Vergleich zur Wanddicke des Werkstücks W vor dem Ausbilden der Schulter S, insbesondere vor dem Umformen gemäß Schritt (c), aufweist. Je nach eingesetztem Material, gewünschter Gestalt und Wanddicke der Schulter S kann durch die Variation der Gestalt und Innen- bzw. Außendurchmesser der beim erfindungsgemäßen Verfahren zusammenwirkenden Werkzeuge die Gestalt der Schulter S und die Wanddicke des umgeformten Werkstücks W in Umformbereich U präzise eingestellt werden.Due to the configurations, arrangements and/or movements of the first stuffer box ST1, the first inner mandrel ID1, the first stuffer ring SR1 and the first stuffer guide SF1 described above, the shape of these components define a space around the workpiece (outside and inside), which allows the flow of material during Forming step (c) (combined upsetting and shoulder formation step) advantageously limited. In particular, the arrangement of the first compression pot (ST1), the first compression ring SR1 and the first compression guide SF1 around the lateral surface of the workpiece W prevents or limits the material from breaking out or bulging outwards, while the arrangement of the first inner mandrel ID1 inside the workpiece W buckling or collapsing of the material into the interior of the workpiece W is prevented or limited. This not only makes it possible to form a shoulder S with a turning point tangent, which encloses an angle α of about 75° with the central axis MW of the workpiece W in the present example (cf. detailed view in 5d ). According to the method according to the invention, just enough material is collected in and around the transition area T in the area of the shoulder S so that the final workpiece W obtained neither shows a significant reduction nor an increase in the wall thickness in the transition area T, in particular in the area of the shoulder S , Compared to the wall thickness of the workpiece W before the formation of the shoulder S, in particular before the forming according to step (c). Depending on the material used, the desired shape and wall thickness of the shoulder S, the shape of the shoulder S and the wall thickness of the formed workpiece W in the forming area U can be precisely adjusted by varying the shape and inner or outer diameter of the tools used in the method according to the invention.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann sich ein weiterer Umformschritt (Schritt (d); 6a) anschließen, bei dem die Schulter S steil gestellt wird, sodass die Wendetangente der Schulter S mit der Mittelachse MW des rohrförmigen Werkstücks W einen rechten oder nahezu rechten Winkel β einschließt (vgl. Detailansicht in 6b). Hierzu muss das Werkstück nicht erneut lokal erwärmt werden. Vielmehr kann die Restwärme des vorangehenden Schritts (c) genutzt werden, solange das rohrförmige Werkstück W im Übergangsbereich T noch eine Temperatur im Bereich von 500 bis 1.000 °C aufweist. Hierdurch entfällt vorteilhaft ein weiterer Erwärmungsschritt.According to the method according to the invention, a further forming step (step (d); 6a) in which the shoulder S is placed steeply, so that the turning tangent of the shoulder S encloses a right or almost right angle β with the central axis MW of the tubular workpiece W (cf. detailed view in 6b) . For this purpose, the workpiece does not have to be reheated locally. Rather, the residual heat from the preceding step (c) can be used as long as the tubular workpiece W still has a temperature in the range from 500 to 1,000° C. in the transition region T. This advantageously eliminates a further heating step.

Unter Verwendung eines zweiten Stauchtopfs ST2, eines zweiten Stauchrings SR2 und einer zweiten Stauchführung SF2 sowie eines zweiten Innendorn 12 wird bei analogem Aufbau und Anordnung dieser Bauteile und Ausführung eines analogen Umformhubs die Schulter S bis zur Erzielung eines rechten oder nahezu rechten Winkels β steil gestellt. Im vorliegenden Beispiel ist der zweite Stauchtopf ST2 (einschließlich der zum Ende E des Werkstücks weisenden Stirnfläche ST2SF identisch mit dem ersten Stauchtopf ST1, und die zweite Stauchführung SF2 ist identisch mit der ersten Stauchführung SF1, sodass die entsprechenden Bauteile aus Schritt (c) übernommen werden können und keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind. Der zweite Stauchring SR2 weist eine zur weiteren Steilstellung der Schulter S geeignete Kontur der inneren Umfangsfläche mit einer rotationssymmetrischen Stauchkante auf. Der zweite Stauchtopf ST2 weist ebenfalls die vorstehend beschriebene Freimachung F auf, in der während des Hubs zum Steilstellen der Schulter S gemäß Schritt (d) eine Menge des Metallmaterials des rohrförmigen Werkstücks W aufgenommen wird.Using a second stuffing pot ST2, a second stuffing ring SR2 and a second stuffing guide SF2 as well as a second inner mandrel 12, with an analogous structure and arrangement of these components and execution of an analogous forming stroke, the shoulder S is made steep until a right or almost right angle β is achieved. In the present example, the second compression pot ST2 (including the end face ST2SF pointing to the end E of the workpiece) is identical to the first compression pot ST1, and the second compression guide SF2 is identical to the first compression guide SF1, so that the corresponding components from step (c) are adopted and no additional components are required. The second compression ring SR2 has a contour of the inner peripheral surface with a rotationally symmetrical compression edge that is suitable for the further steep position of the shoulder S. The second compression pot ST2 also has the above-described clearance F, in which during the stroke to Steep points of the shoulder S according to step (d) a quantity of the metal material of the tubular workpiece W is added.

Im vorliegenden Beispiel beträgt der Außendurchmesser des zweiten Innendorns 12 wenigstens in einem während des weiteren Umformens zum Übergangsbereich T des rohrförmigen Werkstücks W gegenüberliegend angeordneten Abschnitt AI2 des zweiten Innendorn I2 zwischen 90 und 100 % des kleinsten Innendurchmessers des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T nach dem Umformen gemäß Schritt (c).In the present example, the outer diameter of the second inner mandrel 12 is between 90 and 100% of the smallest inner diameter of the tubular workpiece W in the transition area T after the forming, at least in a section AI2 of the second inner mandrel I2 that is arranged opposite the transition area T of the tubular workpiece W during further forming according to step (c).

Im nächsten Schritt (7) wird das Werkstück W in einem Teil des Umformbereichs U, der den Übergangsbereich T einschließt, auf eine Temperatur im Bereich von 350 bis 1.450 °C erwärmt (Schritt (f)). Das Erwärmen wird vorzugsweise mittels einer Induktionsspule IS vorgenommen, kann aber auch durch eine andere bekannte Technik erfolgen.In the next step ( 7 ) the workpiece W is heated to a temperature in the range from 350 to 1,450° C. in a part of the forming area U, which includes the transition area T (step (f)). The heating is preferably carried out by means of an induction coil IS, but can also be carried out by any other known technique.

Nach dem Erwärmen des Werkstücks W wenigstens im Übergangsbereich T kann sich als dem letzten Schritt (Schritt (g)) ein rollierendes Umformen des rohrförmigen Werkstücks W im Übergangsbereich T durch mittels wenigstens einer Rollierrolle RR, hier mittels drei Rollierrollen, anschließen. Beim Rollieren kann das zuvor in die Freimachung des zweiten Stauchtopfs ST2 aufgenommene Metallmaterial wiederum vorteilhaft zur Stärkung der Wanddicke im Übergangsbereich T bzw. an der Schulter S verwendet werden.After the workpiece W has been heated at least in the transition region T, the last step (step (g)) can be a rolling deformation of the tubular workpiece W in the transition region T by means of at least one roller Connect the roller RR, here using three rollers. During rolling, the metal material previously accommodated in the clearance of the second stuffer box ST2 can again advantageously be used to strengthen the wall thickness in the transition area T or on the shoulder S.

Claims

A method of forming a stepped cross-sectional taper on a one-piece tubular metal workpiece (W), at least comprising the steps of: (a) reducing the cross section of the tubular workpiece (W) in a forming area (U) of the same by means of a first forming tool (UW1), whereby a transition area (T) in the forming area (U) arises; (b) heating the tubular workpiece (W) in the forming area (U) or in a part thereof which includes the transition area (T) to a temperature in the range from 700 to 1450°C, preferably 1000 to 1450°C; (c) Reshaping of the tubular workpiece (W) in the transition area (T) in such a way that the tubular workpiece (W) forms a shoulder (S) in the transition area (T), with a tangent (WT) lying at the turning point of the shoulder (S) encloses an angle (α) of 45 to <90°, preferably 65 to 75°, with a central axis (MW) of the tubular workpiece (W); wherein during the forming the tubular workpiece (W) has a temperature in the range from 700 to 1450° C., preferably 1000 to 1450° C., in the transition region (T); wherein the forming takes place using a first stuffer pot (ST1), a first stuffer ring (SR1), a first stuffer guide (SF1) and a first inner mandrel (I1); the first upsetting pot (ST1), the first upsetting ring (SR1) and the first upsetting guide (SF1) being arranged on the outer lateral surface of the tubular workpiece (W), preferably in each case coaxially to the central axis (MW) of the tubular workpiece (W); wherein the first swage pot (ST1), the first swage ring (SR1) and the first swage guide (SF1) are arranged in this order toward one end (E) of the tubular workpiece (W); the first inner mandrel (II) being located inside the tubular workpiece (W); wherein an outer diameter of the first inner mandrel (I1) is between 90 and 100% of the smallest inner diameter of the tubular workpiece ( W) in the transition region (T) after reducing according to step (a) and before heating according to step (b); wherein an inside diameter of the first stuffer box (ST1) is between 100 and 110% of the outside diameter of the tubular workpiece (W) before the cross-section reducing in step (a); wherein an inner diameter of the first upsetting guide (SF1) is between 100 and 110% of the outer diameter of the tubular workpiece (W) in the forming area (U) and outside the transition area (T) after the reduction of the cross section in step (a) and before the heating according to step (b) is; wherein an inner diameter of the first upset ring (SR1) is between 100 and 115% of the outer diameter of the tubular workpiece (W) in the forming area (U) and outside the transition area (T) after reducing the cross section in step (a) and before heating according to step (b) is; wherein the first upsetting ring (SR1) has a contour of the inner peripheral surface with a rotationally symmetrical upsetting edge which is suitable for forming the shoulder (S) during the forming in the transition region (T) of the tubular workpiece (W), the shoulder (S) at the turning point of the shoulder ( S) the adjacent tangent (WT) with the central axis (MW) of the tubular workpiece (W) encloses an angle (α) of 45 to <90°, preferably 65 to 75°; wherein during the forming the first upset ring (SR1) and the first upset guide (SF1) and/or the first upset pot (ST1) are moved parallel to the central axis (MW) of the tubular workpiece (W) in such a way that the distance between the first upset ring (SR1) and the first stuffer box (ST1); and wherein the first upsetting ring (SR1) and the first upsetting guide (SF1) cannot be moved relative to one another during the forming process.

procedure after claim 1 , wherein the method further comprises the step: (d) further forming of the tubular workpiece (W) obtained from step (c) in the transition area (T) such that the tangent (WT) applied to the turning point of the shoulder (S) with the the central axis (MW) of the tubular workpiece (W) encloses an angle (β) of 80 to 90°, preferably 85 to 90°, preferably 87 to 90°; wherein during the further forming the tubular workpiece (W) has a temperature in the range of 500 to 1,000 °C in the transition area (T); wherein the forming takes place using a second stuffer pot (ST2), a second stuffer ring (SR2), a second stuffer guide (SF2) and a second inner mandrel (12); wherein the second compression pot (ST2), the second compression ring (SR2) and the second compression guide (SF2) on the outer surface of the tubular gene workpiece (W), preferably in each case coaxially to the central axis (MW) of the tubular workpiece (W); the second swage pot (ST2), the second swage ring (SR2) and the second swage guide (SF2) being arranged in this order toward the end (E) of the tubular workpiece (W); the second inner mandrel (12) being located inside the tubular workpiece (W); wherein an outer diameter of the second inner mandrel (12) at least in a section (AI2) of the second inner mandrel (12) that is arranged opposite to the transition area (T) of the tubular workpiece (W) during further forming is between 90 and 100% of the smallest inner diameter of the tubular workpiece (W) in the transition region (T) after the forming according to step (c); wherein the second stuffer box (ST2) is identical or structurally identical to the first stuffer box (ST1); wherein the second upsetting guide (SF2) is identical or structurally identical to the first upsetting guide (SF1) or wherein an inside diameter of the second upsetting guide (SF2) is between 100.1 and 105% of the outside diameter of the tubular workpiece (W) in the forming area (U) and outside of the transition area (T) after the forming in step (c); wherein an inner diameter of the second upset ring (SR2) is between 100 and 115% of the outer diameter of the tubular workpiece (W) in the transition area (T) after the forming in step (c); wherein the second upsetting ring (SR2) has a contour of the inner peripheral surface with a rotationally symmetrical upsetting edge, which is suitable for forming the shoulder (S) during further forming in the transition area (T) of the tubular workpiece (W) in such a way that at the turning point of the shoulder (S) adjacent tangent (WT) with the center axis (MW) of the tubular workpiece (W) includes an angle (ß) of 80 to 90 °, preferably 85 to 90 °, preferably 87 to 90 °; wherein during the forming the second upset ring (SR2) and the second upset guide (SF2) and/or the second upset pot (ST2) are moved parallel to the central axis (MW) of the tubular workpiece (W) in such a way that the distance between the second upset ring (SR2) and the second stuffer box (ST2); and wherein during the forming the second upsetting ring (SR2) and the second upsetting guide (SF2) are not movable relative to one another.

procedure after claim 1 or 2 , the method further comprising the step: (e) before step (b), shortening the tubular workpiece (W) from the end (E) by removing material such that an axial length (L) of the forming region (U) to a predetermined length , preferably +/- 0.5 mm.

Procedure according to one of Claims 1 until 3 , wherein during the forming in step (c) the tubular workpiece (W) is pushed from its end (E) in the direction of the transition area (T) or in the axial direction to the transition area (T); whereby the re-pushing preferably takes place by means of a first pipe stop (RAI), whereby this is preferably fastened to the first inner mandrel (I1).

Procedure according to one of claims 2 until 4 , wherein during the forming in step (d) the tubular workpiece (W) is pushed from its end (E) in the direction of the transition area (T) or in the axial direction to the transition area (T); whereby the re-pushing preferably takes place by means of a second pipe stop (RA2), whereby this is preferably fastened to the second inner mandrel (12).

Procedure according to one of Claims 1 until 5 , further comprising at least one of the steps: (f) after step (c) or (d), adjusting a temperature of the tubular workpiece (W) in the transition region (T) or in a part of the transition region (T) to a temperature im range from 350 to 1,450 °C; and/or (g) contouring of the tubular workpiece (W) in the transition area (T) by means of at least one burnishing roller (RR).

Procedure according to one of Claims 1 until 6 , wherein the tubular workpiece (W) is spatially fixed, preferably clamped radially and held axially, at least while the steps of the method are being carried out by a clamping tool (SW).

One-piece, tubular workpiece (W) made of metal, produced by the method according to any one of Claims 1 until 7 ; wherein the tubular workpiece (W) has a shoulder (S) in a transition area (T), wherein a tangent (WT) lying at the turning point of the shoulder (S) forms an angle (α ) from 45 to 90°; and wherein the tubular workpiece (W) has a wall thickness in the transition region (T) which is not reduced from the wall thickness of the workpiece (W) at the same point before the shoulder (S) is formed.

Device (V) for carrying out the method according to one of Claims 1 until 7 , wherein the device (V) comprises at least: a first forming tool (UW1) for reducing the cross section of a tubular workpiece (W) made of metal in a forming region (U) of the tubular workpiece (W); a device (H1) for heating the tubular workpiece (W) in the forming area (U) or in a part thereof, which includes a transition region (T) from a non-reduced to a reduced cross-section of the tubular workpiece (W), to a temperature in the range of 700 to 1450°C, preferably 1000 to 1450°C; a first stuffer pot (ST1), a first stuffer ring (SR1), a first stuffer guide (SF1) and a first inner mandrel (I1); wherein the first stuffer pot (ST1), the first stuffer ring (SR1) and the first stuffer guide (SF1) can be arranged on an outer lateral surface of the tubular workpiece (W), preferably in each case coaxially to the central axis (MW) of the tubular workpiece (W); wherein the first swage pot (ST1), the first swage ring (SR1) and the first swage guide (SF1) are arrangeable in this order toward an end (E) of the tubular workpiece (W); wherein the first inner mandrel (I1) can be arranged inside the tubular workpiece (W); wherein an outer diameter of the first inner mandrel (I1) is at least partially between 90 and 100% of the smallest inner diameter of the tubular workpiece (W) in the transition area (T) after the reduction according to step (a) of the method and before the heating according to step (b) of the procedure amounts to; wherein an inner diameter of the first stuffer box (ST1) is between 100 and 110% of the outer diameter of the tubular workpiece (W) before the cross-section reduction in step (a) of the method; wherein an inner diameter of the first upsetting guide (SF1) is between 100 and 110% of the outer diameter of the tubular workpiece (W) in the forming area (U) and outside the transition area (T) after reducing the cross section in step (a) of the method and before heating according to step (b) of the method is; wherein an inner diameter of the first upset ring (SR1) is between 100 and 115% of the outer diameter of the tubular workpiece (W) in the forming area (U) and outside the transition area (T) after reducing the cross section in step (a) and before heating according to step (b) is; wherein the first upsetting ring (SR1) has a contour of the inner peripheral surface with a rotationally symmetrical upsetting edge which is suitable for forming the shoulder (S) in the transition area (T) of the tubular workpiece (W), the shoulder (S) lying at the turning point Tangent (WT) with the central axis (MW) of the tubular workpiece (W) encloses an angle (α) of 45 to <90°, preferably 65 to 75°; wherein the first upset ring (SR1) and the first upset guide (SF1) and/or the first upset pot (ST1) are movably mounted parallel to the central axis (MW) of the tubular workpiece (W) in such a way that the distance between the first upset ring (SR1) and the first stuffer box (ST1) is variable; and wherein during the forming according to step (c) of the method the first upsetting ring (SR1) and the first upsetting guide (SF1) are not movable relative to one another.

device after claim 9 , wherein the device (V) further comprises: a second compression pot (ST2), a second compression ring (SR2), a second compression guide (SF2) and a second inner mandrel (12); wherein the second stuffer pot (ST2), the second stuffer ring (SR2) and the second stuffer guide (SF2) can be arranged on the outer lateral surface of the tubular workpiece (W), preferably in each case coaxially to the central axis (MW) of the tubular workpiece (W); the second swage pot (ST2), the second swage ring (SR2) and the second swage guide (SF2) being arranged in this order toward the end (E) of the tubular workpiece (W); the second inner mandrel (12) being positionable inside the tubular workpiece (W); wherein an outer diameter of the second inner mandrel (12) is at least partially between 90 and 100% of the smallest inner diameter of the tubular workpiece (W) in the transition area (T) after the forming according to step (c); wherein the second stuffer box (ST2) is identical or structurally identical to the first stuffer box (ST1); wherein the second upsetting guide (SF2) is identical or structurally identical to the first upsetting guide (SF1) or wherein an inside diameter of the second upsetting guide (SF2) is between 100.1 and 105% of the outside diameter of the tubular workpiece (W) in the forming area (U) and outside of the transition area (T) after the forming in step (c); wherein an inner diameter of the second upset ring (SR2) is between 100 and 115% of the outer diameter of the tubular workpiece (W) in the transition area (T) after the forming in step (c) of the method; wherein the second upsetting ring (SR2) has a contour of the inner peripheral surface with a rotationally symmetrical upsetting edge which is suitable for reshaping the shoulder (S) in the transition area (T) of the tubular workpiece (W) in such a way that at the turning point of the shoulder (S) adjacent tangent (WT) with the central axis (MW) of the tubular workpiece (W) an angle (β) of 80 to 90°, preferably 85 to 90°, preferably 87 to 90°; wherein the second upset ring (SR2) and the second upset guide (SF2) and/or the second upset pot (ST2) are movably mounted parallel to the central axis (MW) of the tubular workpiece (W) in such a way that the distance between the second upset ring (SR2) and the second stuffer box (ST2) is variable; and wherein during the forming according to step (d) of the method the second upsetting ring (SR2) and the second upsetting guide (SF2) are not movable relative to one another.

device after claim 9 or 10 , wherein the device (V) further comprises one or more of the following: a device for shortening the tubular workpiece (W) from the end (E) by removing material such that an axial length (L) of the forming region (U) to a predetermined length , preferably with an accuracy of +/- 0.5 mm adjustable; and/or a first tubular stop (RA1) which is suitable for pushing the tubular workpiece (W) from its end (E) in the direction of the transition area (T) or in the axial direction of the transition area (T); and which is preferably attached to the first inner mandrel (I1); and/or a second tubular stop (RA2) which is suitable for pushing the tubular workpiece (W) from its end (E) in the direction of the transition area (T) or in the axial direction of the transition area (T); and which is preferably attached to the second inner mandrel (12); and/or a device (H2) for adjusting the temperature of the tubular workpiece (W) in the transition area (T) or in a part of the transition area (T) to a temperature in the range from 350 to 1,450 °C; and/or a clamping tool (SW) for spatially fixing the tubular workpiece (W), preferably a clamp or clamping jaw or a multi-segment clamping system.