DE10323738B3 - Verfahren zur Herstellung eines umfänglich geschlossenen Hohlprofils - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines umfänglich geschlossenen Hohlprofils mittels Innenhochdruckumformen, wobei ein hohler länglicher Rohling (5) in ein Innenhochdruckumformwerkzeug (1) eingelegt wird und im Schließvorgang des Umformwerkzeuges (1) der nach dem Einlegen vollständig innerhalb des Umformwerkzeuges (1) befindliche Rohling (5) in einem zwischen seinen Enden (9, 10) liegenden Bereich gequetscht wird, wonach der gequetschte Rohling (5) mittels fluidischen Innenhochdruckes in die Endform des Hohlprofils aufgeweitet wird. Um auch bei starken Quetschverformungen des Hohlprofilrohlings (5), die sich beim Schließen des Umformwerkzeuges (1) ergeben, eine prozesssichere Herstellung des Hohlprofils zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die Enden (9, 10) des Rohlings (5) vor dem Quetschvorgang unter Bildung jeweils einer angeschrägten Stirnfläche (12, 13) beschnitten werden und dass die Beschnittkontur der Enden (9, 10) und der Anschrägungswinkel (alpha) derart gewählt werden, dass die Enden (9, 10) mittels des Quetschvorganges so deformiert werden, dass deren Stirnflächen (12, 13) eine im Wesentlichen ebene Form aufweisen und eine Lage einnehmen, die weitestgehend senkrecht zur Längserstreckung des Rohlings (5) ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines umfänglich geschlossenen Hohlprofils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
- Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der WO 98/43758 A1 bekannt. Hierbei wird ein Hohlprofilrohling gleichförmigen Querschnitts in ein Innenhochdruckumformwerkzeug eingelegt, dessen Gravur einen bzgl. des Rohlings im Bereich zwischen dessen Enden reduzierten Querschnitt aufweist. Dadurch wird der eingelegte Hohlprofilrohling während des Schließvorganges des Umformwerkzeugs in diesem Bereich gequetscht. Der dadurch bedingte Einzug des Hohlprofilrohlings äußert sich jedoch in einer Schiefstellung bzw. einer Verformung des zu Beginn des Herstellungsverfahrens geradlinig verlaufenden und mit der Stirnfläche senkrecht zur Längserstreckung des Rohlings stehenden Endes des Rohlings. Aufgrund der durch das Quetschen veränderten Endenkontur und der Verkippung der Stirnfläche können die mit einem konischen Dichtbereich versehenen, an den Rohlingsenden anschließend andockenden Axialstempel nur unzureichend gegenüber dem später zu erzeugenden Innenhochdruck den Rohling abdichten. Dies hat zur Folge, dass der später stattfindende Aufweitvorgang des Rohlings mittels des fluidischen Innenhochdrucks nicht völlig prozesssicher ist und damit das Hohlprofil nicht wie gewünscht hergestellt werden kann.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend weiterzubilden, dass auch bei starken Quetschverformungen des Hohlprofilrohlings, die sich beim Schließen des Umformwerkzeuges ergeben, eine prozesssichere Herstellung des Hohlprofils ermöglicht wird.
- Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
- Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass durch einen gezielten Zuschnitt der Rohlingsenden die beim Quetschen des Rohlings auftretenden Verformungen kompensiert werden können. Der Anschrägungswinkel des Beschnittes liegt in einem Bereich zwischen 6° und 10°, vorzugsweise 8°. Hierzu hat sich in Untersuchungen praktischer und theoretischer Art herausgestellt, dass die Verkippung der Stirnflächen, die durch die quetschende Deformation hervorgerufen wird, nahezu immer in diesem Winkelbereich liegt, so dass in Gegenrichtung ein ebenso großer Anschrägungswinkel der Stirnfläche des Endes beim Beschnitt vorgesehen werden muss. Durch das erfindungsgemäße Beschneiden der Rohlingsenden wird erreicht, dass nach dem Quetschen und bei völlig geschlossenem Umformwerkzeug die Stirnflächen der Enden eben sind und weitestgehend senkrecht zur Längserstreckung des Rohlings ausgerichtet sind. Infolge der erreichten Stellung der Rohlingsenden können die Axialstempel an diesen Enden andocken, als ob der Rohling unbeschnitten und vorher keiner Quetschung unterzogen worden wäre. Somit können die Axialstempel den Rohling beiderends ausreichend gegenüber dem noch zu erzeugenden Innenhochdruck abdichten, wodurch eine prozesssichere Herstellung des Hohlprofils ermöglicht wird. Zusätzlich wird durch die Erfindung ei ne spanabhebende Kollision der Axialstempel und des ansonsten mit gekippten Stirnflächen versehenen Rohlings vermieden, wobei die dabei entstehenden Späne und Fähnchen in aufwendiger Weise während eines Nacharbeitsgangs nach Entnahme des fertiggeformten Hohlprofils entfernt werden müssten. Dieses Entfernen ist zumeist verbunden mit einem Abtrennen der Abdichtabschnitte der Rohlingsenden, so dass aufgrund der Erfindung eine derartige Beschnittoperation entfallen kann, wobei neben der Arbeitsersparnis aufwendig zu entsorgender Materialabfall eingespart werden kann. Auch ist das Vorabeinplanen einer verlorenen Zusatzlänge des Rohlings nicht mehr vonnöten, wodurch aufgrund der kürzeren Länge des Rohlings die bei der anschließenden Aufweitung des Rohlings mittels Innenhochdruck zu überwindende Reibung zwischen Rohling und Umformwerkzeug erheblich verringert wird.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 2 erfolgt der Beschnitt der Enden des Rohlings so, dass die Stirnflächen der Enden zur in Quetschrichtung liegenden quer zur Längsachse des Rohlings verlaufenden Mittenachse angeschrägt werden. Diese Beschnittform resultiert aus der zusätzlichen Erkenntnis, dass die durch das Quetschen in Abhängigkeit von der Quetschrichtung entstehenden Deformationen des Rohlings zu einer Schiefstellung des Rohrendenquerschnitts und damit der Stirnfläche zur besagten Achse führen, so dass die Rohrenden im Sinne der Erfindung in Gegenrichtung angeschrägt werden. Bei der erwähnten Schiefstellung des Querschnittes überragt in axialer Richtung ein oberer Umfangsbereich des Rohrendes dessen unteren Umfangsbereich.
- In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 werden die Rohlingsenden derart beschnitten, dass deren Stirnflächen parallel zueinander angeordnet verbleiben. Im Falle, dass nach erfolgter Quetschung die End bereiche des Hohlprofilrohlings höhenversetzt zueinander zu liegen kommen, ist die Stirnfläche des einen unbeschnittenen Endes nach oben gekippt, so dass der untere Umfangsbereich axial den oberen Umfangsbereich des Endes überragt, und die Stirnfläche des anderen unbeschnittenen Endes nach unten gekippt, wobei in axialer Richtung der obere Umfangsbereich des Endes den unteren Umfangsbereich überragt. Der Rohling kann daher vor dem Quetschvorgang an beiden Enden unter gleichem Winkel in Gegenrichtung der Kippung beschnitten werden. Die daraus herrührende Gleichartigkeit des Beschnittes stellt dabei eine Arbeitserleichterung des Schneidverfahrens dar. Gleiches gilt im übrigen für einen Seitenversatz der Enden nach erfolgter Quetschung.
- Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 4 wird vor dem Beschneiden der Enden, die durch den späteren Quetschvorgang real auftretende Endendeformation in einer Computersimulation, insbesondere einer Finite-Elemente-Simulation ermittelt und dann daraus zur Kompensation der Deformation präzise eine optimale Beschneidungskontur und einen optimalen Anschrägungswinkel des zu erfolgenden Beschnitts errechnet. Hierdurch kann mit relativ geringem Aufwand ohne Inanspruchnahme von vielzähligen, mühseligen, empirischen Untersuchungen der für jedes Bauteil und für jede Art der Quetschung geeignete Anschrägungswinkel und Beschneidungskontur individuell ermittelt werden.
- Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt gemäß Anspruch 5 der Beschnitt der Enden zweidimensional. Dabei wird zwar die exakte Raumkontur des Rohlingsendes nicht erfasst, jedoch ist ein derartiger Beschnitt besonders verfahrensökonomisch und schnell ausführbar.
- In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 6 erfolgt der Beschnitt der Enden in einem dreidimensionalen Konturenschnitt. Dies kann beispielsweise mittels eines Schneidlasers erfolgen und bietet den axial andockenden Axialstempel die denkbar beste Anbindungsfläche, so dass eine optimale Abdichtung mittels der Stempel erreicht wird.
- Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 in einem seitlichen Halbschnitt einen beidseitig erfindungsgemäß beschnittenen Hohlprofilrohling in einem geöffneten Umformwerkzeug, -
2 in einem seitlichen Halbschnitt den Hohlprofilrohling aus1 nach erfolgtem Quetschvorgang bei geschlossenem Innenhochdruckumformwerkzeug. - In
1 ist ein Innenhochdruckumformwerkzeug1 dargestellt, welches aus einem Oberteil2 und einem Unterteil3 besteht. Die Werkzeuggravur4 , die von beiden Werkzeugteilen2 und3 gebildet wird und einen Formraum für einen in das Werkzeug1 eingelegten und umzuformenden Hohlprofilrohling5 begrenzt, ist derart gestaltet, dass ein Ende6 der Gravur4 zum anderen Ende7 höhenversetzt angeordnet ist. Diese beiden Enden6 und7 der Gravur4 weisen im geschlossenen Umformwerkzeug1 gemäß2 in etwa den gleichen Durchmesser auf wie der eingelegte Hohlprofilrohling5 . In einem Mittenbereich8 , der die beiden Enden6 und7 miteinander verbindet, ist die Gravur4 erheblich querschnittsverengt. - Der Hohlprofilrohling
5 weist seinerseits an seinen beiden Enden9 und10 eine in Richtung der Längsachse11 des Hohlprofilrohlings5 geneigte Stirnfläche12 bzw.13 auf. Während ein oberer Umfangsbereich der Stirnfläche12 deren unteren Umfangsbereich15 in axialer Richtung überragt, überragt ein unterer Umfangsbereich der Stirnfläche13 deren oberen Umfangsbereich17 in axialer Richtung. Der Hohlprofilrohling5 , bei dem die Stirnflächen12 und13 seiner Enden9 und10 parallel zueinander angeordnet sind, befindet sich vollständig innerhalb der Gravur4 des Umformwerkzeuges1 . Der Anschrägungswinkel α der Stirnfläche12 bzw.13 zur Mittenhochachse18 beträgt 8°. - Zur Herstellung des Hohlprofils werden zuerst die Enden
9 und10 des Rohlings5 so beschnitten, dass sich angeschrägte Stirnflächen12 und13 ergeben, wobei diese möglichst zur in Quetschrichtung liegenden Achse angeschrägt sein sollen, um ein optimales Deformationsergebnis, das aus dem Quetschvorgang hervorgeht, zu erhalten und um damit ein sauberes Abdichten der später zur Innenhochdruckumformung andockenden Axialstempel zu sichern. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt der Beschnitt der Rohlingsenden9 und10 derart, dass deren Stirnflächen12 und13 parallel zueinander verbleiben. Um den gewünschten Beschnitt zu ermöglichen, wird vor dem Beschneidungsvorgang die durch den späteren Quetschvorgang hervorgerufene Deformation der Enden9 und10 in einer Finite-Elemente-Computersimulation ermittelt und dann daraus die geeignete Beschneidungskontur und der geeignete Anschrägungswinkel α errechnet. Der so beschnittene Hohlprofilrohling5 wird nun in die Gravur4 des Umformwerkzeuges1 eingelegt, wonach dieses geschlossen wird. Aufgrund des die Gravur4 verengenden Mittenbereichs8 erfolgt im Schließvorgang des Umformwerkzeuges1 durch das Aufeinanderzufahren des Ober teils2 und des Unterteils3 eine Quetschung des Hohlprofilrohlings5 . Die mittige Quetschung19 , die aus2 zu erkennen ist, welche das Umformwerkzeug1 in seinem geschlossenen Zustand darstellt, wirkt sich auf die Enden9 und10 des Hohlprofilrohlings5 derart aus, dass die Stirnflächen12 und13 des Rohlings5 senkrecht zu seiner Längserstreckung stehen. Alsdann werden die Axialstempel an die Enden9 und10 des Hohlprofilrohlings5 herangefahren und dichten diesen mit einem konischen Dichtbereich ab. Über die Axialstempel wird nun in den Hohlprofilrohling5 ein Druckfluid eingeleitet und unter Hochdruck gesetzt. Aufgrund des bestehenden Innenhochdruckes wird der Hohlprofilrohling5 auf geweitet, wobei er sich vollständig an der Gravur4 des Umformwerkzeuges1 anlegt. Das Druckfluid wird nun entspannt und aus dem nun fertiggeformten Hohlprofil herausgeleitet, wonach die Axialstempel von dem Umformwerkzeug1 zurückgefahren werden. Schließlich wird dieses geöffnet und das Hohlprofil aus der Gravur4 entnommen. - Im Übrigen sei an dieser Stelle betont, dass während der Innenhochdruckumformung mittels der Axialstempel Rohlingsmaterial axial nachgeschoben werden kann. Die Erfindung bringt hierfür den bedeutenden Vorteil, dass durch die Geradestellung der Stirnflächen
12 ,13 eine homogene Krafteinleitung der Axialstempel in den auszubauchenden Umformbereich des Innenhochdruckumformprozesses ermöglicht wird, was infolge der darauf beruhenden Vermeidung von unerwünschten Faltenbildungen und Materialverdickungen außerordentlich zur Prozesssicherheit des Umformprozesses beiträgt.
Claims (6)
- Verfahren zur Herstellung eines umfänglich geschlossenen Hohlprofils mittels Innenhochdruckumformen, wobei ein hohler länglicher Rohling in ein Innenhochdruck-Umformwerkzeug eingelegt wird, wobei im Schließvorgang des Umformwerkzeuges der nach dem Einlegen vollständig innerhalb des Umformwerkzeuges befindliche Rohling in einem zwischen seinen Enden liegenden Bereich gequetscht wird, wonach der gequetschte Rohling mittels fluidischen Innenhochdruckes in die Endform des Hohlprofils aufgeweitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (
9 ,10 ) des Rohlings (5 ) vor dem Quetschvorgang unter Bildung jeweils einer angeschrägten Stirnfläche (12 ,13 ) beschnitten werden, und dass die Beschnittkontur der Enden (9 ,10 ) und der Anschrägungswinkel (α) derart gewählt werden, dass die Enden (9 ,10 ) mittels des Quetschvorganges so deformiert werden, dass deren Stirnflächen (12 ,13 ) eine im wesentlichen ebene Form aufweisen und eine Lage einnehmen, die weitestgehend senkrecht zur Längserstreckung des Rohlings (5 ) ist, wobei der Anschrägungswinkel (α) in einem Bereich zwischen 6 und 10°, vorzugsweise 8° liegt. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschnitt so erfolgt, dass die Stirnflächen (
12 ,13 ) der Enden (9 ,10 ) zur in Quetschrichtung liegenden quer zur Längsachse (11 ) des Rohlings (5 ) verlaufenden Mittenachse (18 ) angeschrägt werden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohlingsenden (
9 ,10 ) derart beschnitten werden, dass deren Stirnflächen (12 ,13 ) parallel zueinander angeordnet verbleiben. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Beschneiden der Enden (
9 ,10 ) die durch den späteren Quetschvorgang auftretende Endendeformation in einer Computersimulation ermittelt und dann daraus zur Kompensation der Deformation eine Beschneidungskontur und ein Anschrägungswinkel (α) des zu erfolgenden Beschnitts errechnet wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschnitt der Enden (
9 ,10 ) zweidimensional erfolgt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschnitt der Enden (
9 ,10 ) in einem dreidimensionalen Konturenschnitt erfolgt.
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