DE10211087A1

DE10211087A1 - Method and device for producing workpieces using the hydroforming process

Info

Publication number: DE10211087A1
Application number: DE10211087A
Authority: DE
Inventors: Matthias Prier; Tobias Gummersbach; Bernd Engel
Original assignee: Schuler Hydroforming GmbH and Co KG
Current assignee: Schuler Hydroforming GmbH and Co KG
Priority date: 2002-02-13
Filing date: 2002-03-14
Publication date: 2003-08-21

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen von Werkstücken nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren aus einem in ein die Werkstück-Geometrie aufweisendes Werkzeug eingelegten Rohrabschnitt, der während der Aufweitung in die Werkzeug-Geometrie zumindest von einem Ende her mittels eines Dichtstempels, über den auch das Druckmittel in den Innenraum des Rohrabschnitts gelangt, axial gestaucht wird, werden in einem ersten Schritt das Werkzeug mit dem Rohrabschnitt und der Dichtstempel ohne Relativbewegung zueinander in dieselbe Richtung bis in eine Endposition verfahren, bei deren Erreichen der Rohrabschnitt mit Innendruck entsprechend der Werkzeuggeometrie umgeformt wird, wonach dann in einem weiteren Schritt das Werkzeug und der Dichtstempel gegensinnig derart verfahren werden, daß dem Rohrabschnitt eine anwachsende freie Umformzone der Werkstück-Geometrie zur Verfügung steht, in die er sukzessive bis zur Werkstück-Endkontur gedrückt wird. Ein hierzu geeignetes Werkzeug ist in einem axial beweglichen Schieber angeordnet, der mit einer Hülse versehen ist, die in das Werkzeug eintaucht und an ihrem vorderen, der Werkzeug-Geometrie zugewandten Ende mit einer zu der Werkstück-Geometrie komplementären Werkzeug-Teilgeometrie ausgebildet ist, wobei bei gegensinniger Verfahrbewegung von Schieber und Dichtstempel der Rohrabschnitt in die anwachsenden freien Aufweitschieber der Umformzone eintritt.In a method for producing workpieces according to the hydroforming process from a pipe section inserted into a tool having the workpiece geometry, which during expansion into the tool geometry at least from one end by means of a sealing plunger, via which the pressure medium also flows into the If the interior of the pipe section arrives, is axially compressed, in a first step the tool with the pipe section and the sealing ram are moved in the same direction without relative movement to one another into an end position, upon reaching which the pipe section is reshaped according to the tool geometry with internal pressure, after which a further step, the tool and the sealing plunger are moved in opposite directions in such a way that the pipe section has an increasing free forming zone of the workpiece geometry, into which it is successively pressed to the final contour of the workpiece. A tool suitable for this purpose is arranged in an axially movable slide which is provided with a sleeve which plunges into the tool and is formed at its front end facing the tool geometry with a tool part geometry which is complementary to the workpiece geometry, wherein when the slide and sealing plunger move in opposite directions, the pipe section enters the growing free expansion slide of the forming zone.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Werkstücken nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren aus einem in ein die Werkstück-Geometrie aufweisendes Werkzeug eingelegten Rohrabschnitt, der während der Aufweitung in der Umformzone der Werkzeug-Geometrie zumindest von einem Ende her mittels eines Dichtstempels, über den auch das Druckmittel in den Innenraum des Rohrabschnitts gelangt, axial gestaucht wird. The invention relates to a method and an apparatus for producing Workpieces according to the hydroforming process from one to the Tool having a workpiece geometry inserted pipe section, the at least during the expansion in the forming zone of the tool geometry from one end by means of a sealing plunger, via which the pressure medium in reaches the interior of the pipe section, is axially compressed.

Das Innenhochdruck-Umformverfahren ist im Stand der Technik hinlänglich bekannt und in der einschlägigen Literatur beschrieben (vgl. VDI, Fortschrittsberichte, Reihe 2, Nr. 142, VDI-Verlag 1987). Es wird vorzugsweise zum Herstellen unterschiedlich geformter Hohlkörper aus einem Halbzeug, beispielsweise ein rohrförmiges Werkstück, angewendet. Wie bekannt, wird dabei ein Rohrabschnitt, z. B. aus Stahl, Aluminium oder Kupfer, in ein mehrteiliges Innenhochdruck- Umformwerkzeug ohne feste Innenmatrize mit Umformstößeln bzw. Dichtstempeln und einer an diese angeschlossenen Innenhochdruckquelle eingelegt. Nach dem Verschließen der Enden des Rohrabschnitts durch die Dicht- bzw. Umformstempel wird der Rohrabschnitt mit Hilfe eines geeigneten Druckmittels mit hohem Innendruck beaufschlagt und unter gleichzeitiger Beaufschlagung mit axialem Druck (durch mindestens einen der beiden Dichtstempel) auf die Rohrwandung umgeformt. Der Axialdruck und der Innendruck bewirken, daß sich der Rohrabschnitt an die die endgültige Form des Hohlkörpers aufweisende Innenkontur bzw. -wandung entsprechend der Werkzeug-Geometrie des Umformwerkzeuges anlegt. Beim Innenhochdruck-Umformen wird der Werkstoff in den plastischen Zustand versetzt, der während des gesamten Umformvorgangs unter Berücksichtigung von Werkstoffverfestigung und etwaiger Werkzeugkräfte aufrechterhalten wird. The hydroforming process is adequate in the prior art known and described in the relevant literature (see VDI, Progress Reports, Series 2, No. 142, VDI Verlag 1987). It is preferably used for manufacturing differently shaped hollow body from a semi-finished product, for example a tubular workpiece. As is known, a pipe section, for. B. made of steel, aluminum or copper, in a multi-part internal high-pressure Forming tool without a fixed inner die with forming plungers or sealing punches and inserted an internal high pressure source connected to this. After this Sealing the ends of the pipe section with the sealing or forming stamp the pipe section with the help of a suitable pressure medium with high Internal pressure is applied and axial pressure is applied at the same time (by at least one of the two seals) on the pipe wall reshaped. The axial pressure and the internal pressure cause the pipe section to adhere the inner contour or wall having the final shape of the hollow body creates according to the tool geometry of the forming tool. At the Hydroforming, the material is brought into the plastic state, which during the entire forming process taking into account Material consolidation and any tool forces is maintained.

Von den durch Innenhochdruck-Umformung herzustellenden Bauteilen bzw. Werkstücken bereiten insbesondere solche Schwierigkeiten, die einen aufgeweiteten Bereich über eine größer als übliche Länge erfordern, wie das beispielsweise insbesondere bei Benzin-Einfüllstutzen der Fall ist. Diese große Länge des aufgeweiteten Bereichs bzw. Abschnitts des Rohres bringt nämlich das große Problem mit sich, daß in diesem Abschnitt keine ausreichende Knickstabilität mehr gegeben ist, weil die Länge ganz einfach zu groß ist. Of the components to be produced by hydroforming or Workpieces in particular cause such difficulties that one require expanded area over a greater than usual length, like that for example, in particular in the case of petrol fillers. This great length of the widened area or section of the tube brings namely the large Problem with that in this section there is no longer sufficient kink stability is given because the length is simply too great.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglichen, auch solche Werkstücke herzustellen, die einen über die übliche Länge deutlich hinausgehenden aufgeweiteten Bereich besitzen. The invention is therefore based on the object, a method and a To create a device of the type mentioned, which also make it possible To produce workpieces that clearly over the usual length have an expanded area.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem ersten Schritt das Werkzeug mit dem Rohrabschnitt und dem Dichtstempel ohne Relativbewegung zueinander in dieselbe Richtung bis in eine Endposition verfahren werden, bei deren Erreichen der Rohrabschnitt gleichzeitig mit Innendruck entsprechend der Werkzeuggeometrie umgeformt wird, wonach dann in einem weiteren Schritt das Werkzeug und der Dichtstempel gegensinnig derart verfahren werden, daß dem Rohrabschnitt eine anwachsende freie Umformzone zur Verfügung steht, in die er bis zur Werkstück-Endkontur gedrückt wird. Es wird hiermit erfindungsgemäß ein völlig ungewöhnlicher, neuer Weg zur Herstellung von Werkstücken durch Innenhochdruck-Umformung beschritten, der aufgrund der erfindungsgemäßen Bewegungsfolge und -abläufe über eine große Länge eine Aufweitung des Rohrabschnitts erlaubt, wobei das Werkstück bzw. der umzuformende bzw. aufzuweitende Rohrabschnitt gleichwohl unverändert knickstabil bleibt. This object is achieved with a method according to the invention in that a first step the tool with the pipe section and the sealing stamp without relative movement to each other in the same direction to an end position are traversed when the pipe section is reached at the same time Internal pressure is formed according to the tool geometry, then in a further step, the tool and the sealing stamp in opposite directions be moved that the pipe section a growing free forming zone for Is available, in which it is pressed to the final workpiece contour. It will hereby a completely unusual, new way of manufacturing according to the invention of workpieces by hydroforming, which is due to the Sequence of movements and sequences according to the invention over a great length Expansion of the pipe section allowed, the workpiece or pipe section to be formed or expanded, however, remains unchanged remains.

Während der ersten Betriebsphase mit einer Bewegung von Werkzeug und Dichtstempel in dieselbe Richtung bleibt die in das Werkzeug eingesteckte Rohrlänge zu jeder Zeit gleich, weil keine Relativbewegung stattfindet. Dieser gemeinsam zurückgelegte Weg schafft quasi ein Polster für das spätere Anwachsen der freien Umformzone beim in der letzten Betriebsphase gegensinnigen bzw. -läufigen Bewegen von Werkzeug und Dichtstempel. Denn wenn im Anschluß an das übliche Umformen mit axialem Stauchen unter Einleitung von Innendruck in den Rohrabschnitt das Werkzeug in entgegengesetzter Richtung zum Dichtstempel verfahren wird, läßt sich beim Rückstellen des Werkzeugs in seine Ausgangsposition sozusagen ein Rückzieh-Aufweitstauchen erreichen. Das im Werkzeug befindliche Rohr wird nämlich in die immer länger werdende freie Umformzone herausgedrückt und erfährt somit während des Anwachsens des aufgeweiteten Bereiches keine Beeinträchtigung der Knickstabilität. Es lassen sich damit Werkstücke mit im Grunde einer beliebigen Länge des aufgeweiteten Bereiches herstellen, natürlich unter Berücksichtigung der Abmessung des Rohlings, d. h. des zur Umformung in das Werkzeug eingelegten Rohrabschnitts. During the first phase of operation with a movement of tool and Sealing punches in the same direction remain the tube length inserted into the tool the same at all times because there is no relative movement. This together the path covered creates a cushion for the later growth of the free Forming zone in the opposite direction in the last operating phase Moving tool and sealing stamp. Because if following the usual Forming with axial compression while introducing internal pressure into the Pipe section move the tool in the opposite direction to the sealing punch when the tool is returned to its original position achieve a retreat widening dive, so to speak. The one in the tool Pipe is in the longer and longer free forming zone pressed out and thus experiences as the expanded area grows no impairment of the kink stability. It can be used to work with Establish any length of the expanded area, of course taking into account the dimension of the blank, d. H. to be transformed into the tool inserted pipe section.

Bei einer Vorrichtung zum Herstellen solcher Werkstücke mit einem deutlich längeren aufgeweiteten Bereich, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens, ist das Werkzeug in einem axial beweglichen Schieber angeordnet, der mit einer Hülse versehen ist, die in das Werkzeug eintaucht und an ihrem vorderen, der Werkzeug-Geometrie zugewandten Ende mit einer zu der Werkzeug-Geometrie komplementären Werkstück-Teilgeometrie ausgebildet ist, und bei gegensinniger Verfahrbewegung von Schieber und Dichtstempel tritt der Rohrabschnitt in den anwachsenden freien Aufweitbereich der Umformzone der Werkzeug-Geometrie ein. Der um das Werkzeug bzw. dessen beiden Werkzeughälften herumgebaute Schieber ermöglicht in einfacher Weise nicht nur die erforderlichen Verfahrbewegungen, sondern er nimmt gleichzeitig auch die Hülse auf, die an ihrem vorderen Ende mit der komplementären Werkzeug-Teilgeometrie versehen ist, so daß bei der gegenläufigen Bewegung von Schieber und Dichtstempel beim Rückzug des Schiebers in seine Ausgangsposition das Rohr aus dem Schieber raus in den freien Aufweitbereich der Umformzone aus Werkzeug- und Hülsen-Teilgeometrie anwächst. Es wird damit nicht von vornherein ein Aufweitbereich mit großer Länge umgeformt, was die Probleme bezüglich der Knickstabilität mit sich bringen würde, sondern es wird zunächst in einer wie üblich klein bemessenen Umformzone aufgeweitet und danach wächst diese Umformzone sukzessive bis zur Endkontur zunehmend an. Der Dichtstempel liegt hierbei dem nur mit kurzer Länge anwachsenden Ende des Rohrabschnitts an. In a device for producing such workpieces with a clear longer widened area, in particular for performing the method the tool is arranged in an axially movable slide, which with a Is provided sleeve that dips into the tool and at its front, the Tool geometry facing end with a tool geometry complementary workpiece part geometry is formed, and in opposite directions Movement of the slide and sealing stamp occurs in the pipe section growing free expansion area of the forming zone of the tool geometry on. The one built around the tool or its two tool halves Slider allows not only the necessary in a simple manner Traversing movements, but at the same time it also picks up the sleeve on its front End is provided with the complementary tool part geometry, so that at the opposite movement of the slide and sealing stamp when the Slider in its starting position the tube out of the slider in the free expansion area of the forming zone from tool and sleeve part geometry increases. This does not mean that it will be a large-length expansion area from the outset reshaped what would cause the kink stability problems but it is first in a small forming zone as usual expanded and then this forming zone successively grows to the final contour increasingly on. The sealing stamp is only a short length growing end of the pipe section.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen sehr schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels des Gegenstandes der Erfindung. Es zeigen: Further details and advantages of the invention emerge from the claims and the following description of a very schematic in the drawings illustrated embodiment of the object of the invention. Show it:

Fig. 1 als Einzelheit einer als solche hinlänglich bekannten Innenhochdruck-Umformmaschine einen Schieber mit darin angeordnetem Werkzeug und den darin eingelegten Rohrabschnitt; Figure 1 as a detail of a well-known as such high internal pressure forming machine, a slide with a tool arranged therein and the pipe section inserted therein.

Fig. 2 die Einrichtung nach Fig. 1 in einer ersten Betriebsphase; und FIG. 2 shows the device according to FIG. 1 in a first operating phase; and

Fig. 3 die Einrichtung nach den Fig. 1 und 2 in einer weiteren Betriebsphase. Fig. 3 shows the device according to FIGS. 1 and 2 in a further operating phase.

Von einer Innenhochdruck-Umformmaschine bzw. -presse sind in den Fig. 1 bis 3 als Einzelheit lediglich ein aus zwei Werkzeughälften 1a, 1b bestehendes Werkzeug 1 gezeigt, das mit der eine Umformzone 2 zum Aufweiten eines in das Werkzeug 1 eingelegten Rohrabschnitts 3 darstellenden Werkstück-Geometrie 4ausgebildet ist. Das Werkzeug 1 ist in einem mittels eines mit seinem Stößel 11 angreifenden Verstellantriebs 10 linear beweglichen Schieber 5 angeordnet. Dieser trägt eine in das Werkzeug 1 eintauchende Hülse 6, die an ihrem vorderen Ende mit einer zu der Werkstück-Geometrie 4 des Werkzeugs 1 komplementären Werkstück-Teilgeometrie 7 gestaltet ist. In der in Fig. 1 dargestellten Ausgangsposition wird der Rohrabschnitt 3 an einer Stirnseite von einem Stößel 8 eines Dichtstempels 9 verschlossen, über den auch das zur Umformung benötigte Druckmedium, zugeführt von einer nicht gezeigten Druckmittelquelle, in den Innenraum des umzuformenden Rohrabschnitts 3 eingeleitet wird. Das andere Ende des Rohrabschnitts ist über den Block des Werkzeugs 1, d. h. dessen vor der Umformzone 2 bzw. der Werkstück-Geometrie 4 liegenden Abschnitt abgedichtet. From an internal high-pressure forming machine or -Press are shown in Figs. 1 to 3 as detail of only one of two mold halves 1a, shown 1b existing tool 1 provided with a deformation zone 2 for expanding an inserted into the tool 1 Pipe portion 3 representing workpiece geometry 4 is formed. The tool 1 is arranged in a slide 5 which is linearly movable by means of an adjusting drive 10 which engages with its plunger 11 . This carries a sleeve 6 immersed in the tool 1 , which is designed at its front end with a workpiece partial geometry 7 that is complementary to the workpiece geometry 4 of the tool 1 . In the starting position shown in FIG. 1, the tube section 3 is closed at one end by a plunger 8 of a sealing plunger 9 , via which the pressure medium required for the forming, supplied by a pressure medium source, not shown, is also introduced into the interior of the tube section 3 to be formed. The other end of the pipe section is sealed via the block of the tool 1 , ie its section located in front of the forming zone 2 or the workpiece geometry 4 .

Zur Umformung des Rohrabschnitts 3 zu einem fertigen Werkstück mit einem sich über eine große Länge erstreckenden Aufweitbereich werden gemäß Fig. 2 der Schieber 5 über den mit seinem Stößel 11 angreifenden Verstellantrieb 10 und der Dichtstempel 9 in die gleiche Richtung - hier gemäß Pfeil 12 nach links - verfahren. Hierbei bleibt die in der Hülse 6 des Schiebers 5 eingesteckte Länge des Rohrabschnitts 3 zu jeder Zeit gleich, da keine Relativbewegung zwischen dem Dichtstempel 9 und dem Schieber 5 stattfindet. Sobald dann die in Fig. 2 dargestellte Endposition der gemeinsamen Verfahrbewegung erreicht ist, in der die Hülse 6 mit ihrer Werkstück-Teilgeometrie 7 die Werkstück-Geometrie 4 des Werkzeugs 1 komplettiert, wird der Rohrabschnitt 3 mit Innendruck umgeformt und mittels des Stößels 8 des Dichtstempels 9 axial gestaucht, bis der Rohrabschnitt in der Umformzone 2, die sich in dieser Betriebsphase aus der Werkstück- Teilgeometrie 7 der Hülse 6 und der davor, d. h. links vor der Hülse 6 verbleibenden Werkstück-Geometrie 4 des Werkzeugs 1 zusammensetzt, aufgeweitet ist. For forming the pipe section 3 into a finished workpiece with a widening area extending over a long length, according to FIG. 2, the slide 5 is moved in the same direction via the adjusting drive 10 engaging with its tappet 11 and the sealing stamp 9 - here according to arrow 12 to the left - proceed. Here, the length of the pipe section 3 inserted into the sleeve 6 of the slide 5 remains the same at all times, since there is no relative movement between the sealing stamp 9 and the slide 5 . As soon as the end position of the common travel movement shown in FIG. 2 is reached, in which the sleeve 6 with its workpiece partial geometry 7 completes the workpiece geometry 4 of the tool 1 , the tube section 3 is deformed with internal pressure and by means of the plunger 8 of the sealing plunger 9 axially compressed until the pipe section in the forming zone 2 , which in this operating phase is made up of the workpiece part geometry 7 of the sleeve 6 and the workpiece geometry 4 of the tool 1 remaining before it, ie left of the sleeve 6 , is expanded.

Danach werden - wie in der Betriebsphase nach Fig. 3 dargestellt - der Schieber 5 und der Dichtstempel 9 in eine gegensinnige bzw. -läufige Richtung verfahren, d. h. der Dichtstempel 9 unverändert in Pfeilrichtung 12 nach links und der Schieber 5mit der Hülse 6 entsprechend der Pfeilrichtung 13 nach rechts. Mit den sich entsprechend verlagernden Werkstück-Geometrien 4 bzw. 7 einerseits des Werkzeugs 1 und andererseits der Hülse 6, die sich auseinanderziehen, wird der sich im Schieber 5 befindende Rohrabschnitt 3 aus dem Schieber 5 heraus in die immer länger werdende freie Umformzone 2' gedrückt und aufgeweitet. Durch dieses sukzessive Anwachsen des Aufweitbereiches bzw. der freien Umformzone 2' wird die Knickstabilität des Werkstückes bzw. Fertigrohres trotz des gegenüber herkömmlichen Herstellverfahren sehr viel längeren Aufweitbereichs nicht beeinträchtigt. Thereafter - as shown in the operating phase according to FIG. 3 - the slide 5 and the sealing plunger 9 are moved in an opposite direction or direction, ie the sealing plunger 9 remains unchanged in the direction of arrow 12 to the left and the slider 5 with the sleeve 6 corresponds to that Direction of arrow 13 to the right. With the correspondingly shifting workpiece geometries 4 and 7, on the one hand, of the tool 1 and, on the other hand, of the sleeve 6 , which pull apart, the pipe section 3 located in the slide 5 is pressed out of the slide 5 into the increasingly longer free forming zone 2 ' and expanded. This successive increase in the expansion area or the free forming zone 2 'does not impair the kink stability of the workpiece or finished tube, despite the expansion area being much longer than that of conventional manufacturing processes.

Claims

1. Method for the production of workpieces according to the hydroforming process from a pipe section inserted into a tool having the workpiece geometry, which during the expansion in the tool geometry at least from one end by means of a sealing stamp, via which the pressure medium also flows into the The interior of the pipe section arrives, is axially compressed, characterized in that in a first step the tool ( 1 ) with the pipe section ( 3 ) and the sealing ram ( 9 ) are moved into the end position without relative movement in the same direction ( 12 ), when they reach the pipe section ( 3 ) with internal pressure according to the workpiece geometry ( 4 and 7 ), after which the tool ( 1 ) and the sealing plunger ( 9 ) are then moved in opposite directions in such a way that the pipe section ( 3 ) one growing free forming zone ( 2 ') of the tool geometry ( 4 and 7 ) is available, in which he s is pressed excessively to the final contour of the workpiece.

2. Device for producing workpieces according to the hydroforming process from a pipe section inserted into a tool having the workpiece geometry, which during expansion in the tool geometry at least from one end by means of a sealing plunger, via which the pressure medium also flows into the Interior of the pipe section arrives, is axially compressed, in particular for performing the method according to claim 1, characterized in that the tool ( 1 ) is arranged in an axially movable slide ( 5 ) which is provided with a sleeve ( 6 ) which in the tool ( 1 ) is immersed and is formed at its front end facing the tool geometry ( 4 ) with a workpiece part geometry ( 7 ) complementary to the workpiece geometry ( 4 ), and in the case of opposite movement of the slide ( 5 ) and Sealing stamp ( 9 ) the pipe section ( 3 ) enters the growing free expansion area of the forming zone ( 2 ').