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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
sowie eine Vorrichtung zum Trennen eines nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren
oder Hydroumformverfahren hergestellten Hohlkörpers, mit den Merkmalen des
Oberbegriffs des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 6.
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Ein derartiges Verfahren sowie eine
solche Vorrichtung sind beispielsweise aus der
DE 197 16 816 C2 bekannt.
Das bekannte Umformwerkzeug ist in wenigstens zwei Werkzeugteile
geteilt und zur Aufnahme des Hohlkörpers ausgebildet. Die Teilung
des Umformwerkzeugs erfolgt dabei in einer Trennfläche, die
den Hohlkörper
quer zu seiner Längsrichtung durchdringt.
In dieser Trennfläche
ist an jedem Werkzeugteil eine Schneidkante ausgebildet. Während des
Umformvorgangs liegen die beiden Schneidkanten in derselben Trennfläche aneinander,
wodurch sie einen Bestandteil der Innenseite des Umformwerkzeugs
bilden und dadurch deaktiviert sind. Nach dem Umformen verbleibt
der Hohlkörper
im Umformwerkzeug. Zum Trennen werden die Schneidkanten aktiviert,
indem die Werkzeugteile in der Trennfläche, also quer zur Längsrichtung
des Hohlkörpers
relativ zueinander und relativ zum Hohlkörper bewegt werden. Die dem
jeweiligen Werkzeugteil zugeordneten Hohlkörperteile werden dadurch an
den aktivierten Schneidkanten abgeschert, das heißt, die
Schneidkanten trennen den Hohlkörper.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit
dem Problem, für
das Trennen eins nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren hergestellten
Hohlkörpers
einen anderen vorteilhaften Weg aufzuzeigen.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch
die Gegenstände
der unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht
auf dem allgemeinen Gedanken, die Werkzeugteile zum Aktivieren der
wenigstens einen Schneidkante relativ zueinander und relativ zum
Hohlkörper
in der Längsrichtung
des Hohlkörpers
zu verstellen. Auf diese Weise wird axial zwischen den Werkzeugteilen
eine Lücke
erzeugt, in die der Hohlkörper
bei entsprechendem Innenhochdruck hineingetrieben werden kann. Hierdurch
kommt es zum Abscheren des Hohlkörpers
an der jeweiligen aktivierten Schneidkante. Auf diese Weise kann
mit Hilfe des Umformwerkzeugs grundsätzlich dasselbe Schnittbild
oder Trennbild erzeugt werden, das auf herkömmliche Weise nur in Verbindung
mit einem zusätzlichen
Werkzeugteil realisierbar ist, das beim Umformen einen Teil der Innenseite
des Umformwerkzeugs bildet und beim Trennen quer zur Hohlkörperlängsrichtung
nach außen
oder nach innen verstellbar ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform
sind zwei Schneidkanten vorgesehen, die jeweils an einem der Werkzeugteile
ausgebildet sind. Während des
Umformvorgangs liegen die beiden Schneidkanten in derselben Trennfläche aneinander,
wodurch sie sich gegenseitig deaktivieren. Beim Trennen werden sie
voneinander entfernt, wodurch sie die vorstehend genannte Lücke axial
begrenzen. Auf diese Weise kann ein in der Lücke angeordneter Abschnitt des
Hohlkörpers
abgetrennt werden.
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Von besonderer Bedeutung ist eine
Ausführungsform,
bei der die Relativverstellung der Werkzeugteile bei anliegendem
Innenhochdruck, insbesondere bei einem Kalibrierdruck erfolgt, mit
dem der Hohlkörper
zumindest am Ende des Umformvorgangs beaufschlagt ist. Bei dieser
Ausführungsform kann
der Umformvorgang quasi übergangslos
in den Trennvorgang übergeleitet
werden, was besonders niedrige Taktzeiten für das Umformen und Trennen, also
für die
Herstellung der Hohlkörper
ermöglicht.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile
der Erfindung ergeben. sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und
aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend
genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur
in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen
der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert, wobei
sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche
Bauteile beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch,
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1 einen
stark vereinfachten Längsschnitt
durch einen Ausschnitt eines Umformwerkzeugs beim Umformen,
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2 eine
Ansicht wie in 1, jedoch
beim Trennen.
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Entsprechend den 1 und 2 weist
eine erfindungsgemäße Umform-
und Trennvorrichtung 1 ein Umformwerkzeug 2 auf,
das zumindest in einer Trennebene 3 geteilt ist. Das geteilte
Umformwerkzeug 2 besitzt somit zumindest zwei Teilwerkzeuge 2a und 2b.
Das Umformwerkzeug 2 ist in üblicher Weise zur Aufnahme
eines Hohlkörpers 4 ausgebildet,
der nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren hergestellt werden soll.
Das Umformwerkzeug besitzt zu diesem Zweck eine Innenkontur oder
Innenseite 5, an welcher der Hohlkörper 4 beim Umformen
mit seiner Außenseite 6 zur
Anlage kommt.
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Der Hohlkörper 4 besteht grundsätzlich aus einem
beliebigen, plastisch verformbaren Werkstoff. Bevorzugt wird das
Innenhochdruck-Umformverfahren jedoch bei Hohlkörpern aus Metallen oder Metallergierungen
durchgeführt.
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Die wenigstens eine Trennfläche 3 durchdringt
den Hohlkörper 4 quer
zu einer Längsrichtung 7 des
Hohlkörpers 4.
In der wenigstens einen Trennfläche 3 ist
am Umformwerkzeug 2 wenigstens eine Schneidkante 8 bzw. 9 ausgebildet.
Bei der hier gezeigten Ausführungsform
besitzt das Umformwerkzeug 2 zwei derartige Schneidkanten 8 und 9,
die jeweils in der zugehörigen
Trennfläche 3 entlang
der Innenseite 5 des Umformwerkzeugs 2 in der
Umfangsrichtung des Hohlkörpers 4 um
den Hohlkörper 4 vollständig, also
geschlossen umlaufen.
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Bei der hier gezeigten Ausführungsform
ist jedes Werkzeugteil 2a und 2b mit einer derartigen Schneidkante 8, 9 ausgestattet.
Dabei können
diese Schneidkanten 8, 9 – wie hier – einen integralen Bestandteil
des jeweiligen Werkzeugteils 2a, 2b bilden. Dabei
ist es zweckmäßig, die
Schneidkanten 8, 9 gehärtet auszugestalten.
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Bei einer anderen Ausführungsform
können die
Schneidkanten 8, 9 an einer geeigneten, hier nicht
gezeigten Klinge ausgebildet sein, die bezüglich des jeweiligen Werkzeugteils 2a, 2b ein
separates Bauteil darstellt. Die jeweilige Klinge kann dann als
austauschbares Element am jeweiligen Werkzeugteil 2a, 2b angebracht
sein. Diese Bauweise hat den Vorteil, dass für das Umformwerkzeug 2 und
für die
Schneidkanten 8, 9 jeweils optimierte Werkstoffe verwendet
werden können.
Des Weiteren kann eine abgenutzte Schneidkante 8, 9 durch
Austauschen der jeweiligen Klinge besonders einfach und preiswert
ersetzt werden.
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Erfindungsgemäß ist nun wenigstens eines der
beiden Werkzeugteile 2a, 2b relativ zum anderen Werkzeugteil 2a, 2b und
relativ zum Hohlkörper 4 in der
Längsrichtung 7 des
Hohlkörpers 4 verstellbar
in der Vorrichtung 1 ausgestaltet. Beispielsweise ist das rechts
dargestellte Werkzeugteil 2a relativ zum links dargestellten
Werkzeugteil 2b verstellbar ausgebildet, wobei der Hohlkörper 4 relativ
zum links dargestellten Werkzeugteil 2b in diesem Fall
lagefixiert sein kann. Die Verstellbarkeit des rechts dargestellten
Werkzeugteils 2a ist in 2 durch
einen Pfeil 10 symbolisiert. Grundsätzlich können auch beide Werkzeugteile 2a und 2b relativ
zueinander und relativ zum Hohlkörper 4 in
der Hohlkörperlängsrichtung 7 verstellbar
ausgestaltet sein.
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Durch die Verstellbarkeit wenigstens
eines der Werkzeugteile 2a, 2b in der Hohlkörperlängsrichtung 7 kann
gemäß 2 zwischen den beiden Werkzeugteilen 2a, 2b eine
Lücke 11 erzeugt
werden. Auf diese Weise ist jedem der Werkzeugteile 2a und 2b ein
Abschnitt des Hohlkörpers 4 zugeordnet. Diese
Abschnitte oder Teile werden im Folgenden als Hohlkörperteile 9a und 4b bezeichnet.
In der Lücke 11 ist
somit zwischen den beiden Werkzeugteilen 4a und 4b ein
Abschnitt 12 des Hohlkör pers 4 angeordnet,
der von den daran angrenzenden Hohlkörperteilen 4a, 4b abgetrennt
werden soll. Diese Abtrennung erfolgt in 2 durch eine entsprechende Druckbeaufschlagung
des Hohlkörpers 4,
was im Bereich der Lücke 11 eine
Aufweitung des Hohlkörpers 9,
also des Abschnitts 12 bewirkt, wodurch dieser an den Schneidkanten 8, 9 abgeschert
wird.
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Das erfindungsgemäße Trennverfahren bzw. die
erfindungsgemäße Umform-
und Trennvorrichtung 1 arbeitet wie folgt:
Zunächst befinden
sich die beiden Werkzeugteile 2a und 2b in der
in 1 gezeigten Umformposition.
In dieser Umformposition liegen die beiden Werkzeugteile 2a, 2b in
der Trennfläche 3 axial
aneinander an. Da die Schneidkanten 8, 9 jeweils
an den Axialenden der Werkzeugteile 2a, 2b ausgebildet
sind, liegen in der Umformposition der Werkzeugteile 2a, 2b die
beiden Schneidkanten 8, 9 in derselben Trennfläche 3 aneinander.
Die Schneidkanten 8, 9 nehmen somit ihre Umformstellung
ein. In dieser Umformstellung sind die Schneidkanten 8, 9 deaktiviert
und bilden einen Bestandteil der Innenseite 5 des Umformwerkzeugs 2.
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In das Umformwerkzeug 2 wird
ein hier nicht gezeigter Rohling des Hohlkörpers 4 eingelegt,
der dann bei geschlossenem Umformwerkzeug 2 auf geeignete
Weise mit einem Innenhochdruck beaufschlagt wird. Üblicherweise
wird hierzu eine Hochdruckeinrichtung verwendet, die im Hohlkörper 4 bzw.
in dessen Rohling mittels eines geeigneten Fluids pneumatisch, vorzugsweise
jedoch hydraulisch den gewünschten
Innenhochdruck erzeugt. Der Außenquerschnitt
des Rohlings ist kleiner als der Innenquerschnitt des Umformwerkzeugs 2.
Durch die Druckbeaufschlagung wird nun der Rohling aufgeweitet,
was mit einer Abnahme seiner Wandstärke einhergeht. Der Umformvorgang
ist beendet, wenn der Rohling bzw. jetzt der Hohlkörper 4 mit
sei ner Außenseite 6 vollständig an
den formbildenden Zonen der Innenseite 5 des Umformwerkzeugs 2 anliegt. Üblicherweise
herrscht zu diesem Zweck am Ende des Umformvorgangs im Hohlkörper 4 ein
vorbestimmter Kalibrierdruck.
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Nach dem Umformen kann nun das Trennen durchgeführt werden.
Hierzu werden die Werkzeugteile 2a und 2b entsprechend 2 in ihre Trennposition überführt, indem
sie auf geeignete Weise in der Hohlkörperlängsrichtung 7 relativ
zueinander verstellt werden. Zumindest eines der Werkzeugteile 2a, 2b wird
dabei auch relativ zum Hohlkörper 4 bewegt. In
der Trennposition besitzen die beiden Werkzeugteile 2a, 2b einen
vorbestimmten Axialabstand 13 voneinander, der die Lücke 11 definiert.
In der Trennposition der Werkzeugteile 2a, 2b sind
zwangsläufig auch
die Schneidkanten 8, 9 in der Hohlkörperlängsrichtung 7 voneinander
beabstandet, und zwar ebenfalls um den Axialabstand 13.
Auf diese Weise werden gleichzeitig zwei Trennflächen 3 definiert,
die ebenfalls um den Abstand 13 voneinander beabstandet
sind. Dabei liegt in jeder der Trennflächen 3 eine der Schneidkanten 8, 9.
Die Schneidkanten 8, 9 und somit die Trennflächen 3 begrenzen
die Hohlkörperteile 4a und 4b,
die voneinander getrennt werden sollen. Gleichzeitig begrenzen die
Trennflächen 3 bzw. die
Schneidkanten 8, 9 den Abschnitt 12 des
Hohlkörpers 4,
der von den beiden Hohlkörperteilen 4a, 4b abgetrennt
werden soll. In der Trennposition der Werkzeugteile 2a, 2b nehmen
auch die Schneidkanten 8, 9 ihre Trennstellung
ein.
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Sobald die Schneidkanten 8, 9 ihre
Trennstellung erreicht haben, kann bei einem entsprechenden Innenhochdruck
im Hohlkörper 4 der
nunmehr radial außen
in der Lücke 11 nicht
mehr abgestützte Abschnitt 12 nach
außen
aufgeweitet werden, wobei die nunmehr aktiven Schneidkanten 8, 9 ein
Abscheren des Abschnitts 12 von den beiden Hohlkörperteilen 4a, 4b bewirken.
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Nach dem Trennvorgang liegen somit
drei Einzelteile vor, nämlich
der abgetrennte Abschnitt 12 sowie die beiden Hohlkörperteile 4a, 4b.
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Durch das Verstellen der Werkzeugteile 2a, 2b in
der Hohlkörperlängsrichtung 7 werden
die Schneidkanten 8, 9 freigelegt und somit aktiviert.
In ihrer Trennstellung sind die Schneidkanten 8, 9 somit aktiv.
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Da die Werkzeugteile 2a, 2b die
zugehörigen Hohlkörperteile 4a, 4b in
radialer Richtung von außen bis
zu den Schneidkanten 8, 9 abstützen, kommt es beim Trennvorgang
zu keiner Verformung der Hohlkörperteile 4a, 4b.
Das Trennverfahren zeichnet sich somit durch eine hohe Formtreue
und Reproduzierbarkeit aus.
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Grundsätzlich ist es möglich, vor
dem Überführen der
Werkzeugteile 2a, 2b den Druck im Hohlkörper 4 zu
reduzieren, um ihn anschließend
beim Trennen wieder auf einen entsprechend hohen Wert zu erhöhen, sobald
die Werkzeugteile 2a, 2b ihre Trennstellung gemäß 2 eingenommen haben. Bevorzugt
wird jedoch eine Ausführungsform,
bei welcher für
die Überführung der
Werkzeugteile von ihrer Umformposition gemäß 1 in ihre Trennposition gemäß 2 der Druck im Hohlkörper 4 nicht
reduziert werden muss. Dementsprechend herrscht im Hohlkörper 4 bei
Erreichen der Trennposition der Werkzeugteile 2a, 2b noch
der Kalibrierdruck.
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Grundsätzlich kann es jetzt vorgesehen
sein, den Trennvorgang bei einem gegenüber dem Kalibrierdruck erhöhten Druck
durchzuführen.
Bevorzugt wird jedoch eine Ausführungsform,
bei welcher der in der Trennposition der Werkzeugteile 2a, 2b vorliegende
Abstand 13 zwischen den Schneidkanten 8, 9 so
auf den Kalibrierdruck und die Wandstärke des Hohlkörpers 4 abge stimmt
ist, dass der Trennvorgang beim Kalibrierdruck durchführbar ist.
Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform
muss zunächst
für die Umformung
der Druck nur so lange erhöht
werden, bis der Kalibrierdruck vorliegt. Mit dem Kalibrierdruck kann
dann auch der Umformvorgang abgeschlossen werden. Anschließend kann
ohne Absenken des Innenhochdrucks die Längsverstellung der Werkzeugteile 2a, 2b durchgeführt werden,
wobei dann der Kalibrierdruck den dafür bestimmten Abschnitt 12 des Hohlkörpers 4 in
die Lücke 11 treibt
und, sobald die Schneidkanten 8, 9 ihre Trennstellung
erreicht haben, von den Hohlkörperteilen 4a, 4b abtrennt.
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Um das Trennverfahren so durchführen zu können, werden
die einzelnen Werkzeugteile 2a, 2b zur Überführung in
ihre Trennposition schneller in der Hohlkörperlängsrichtung 7 auseinander
bewegt als der jeweilige Innenhochdruck, also vorzugsweise der Kalibrierdruck,
den Hohlkörper 4,
also dessen Abschnitt 12 an den aktivierten Schneidkanten 8, 9 nach außen verdrängen und
abtrennen kann. Beim Auseinanderbewegen der Werkzeugteile 2a, 2b kann
es dann möglicherweise
bereits zu einer geringfügigen Aufweitung
des Hohlkörpers
4 im Abschnitt 12 kommen, jedoch noch nicht zu einem Trennvorgang.