DE1752647B1 - Verfahren zur umformung eines plattenfoermigen metallrohlings zu einem becherartigen werkstueck - Google Patents

Description

Differenz zwischen Druck und Gegendruck herbeigeführt wird (Zeitschrift »Industrie-Anzeiger«, Essen, 15. März 1955, S. 23 und 24). Diese Druckdifferenz stellt dabei den wirksamen Umformungsdruck dar. Eine Druckplastifizierung durch allseitige Pressung Hegt bei diesem bekannten Verfahren jedoch nicht vor, weil die übereinstimmende Komponente von Druck und Gegendruck nicht die für den genannten Effekt bei den verarbeiteten Werkstoffen erforderlichen Werte erreicht und außerdem der starken tangentialen Druckspannungen und radialen Zugspannungen, d. h. einem ungleichförmigen Spannungszustand, unterliegende Randbereich des Rohlings nicht im Einwirkungsbereich von Druck und Gegendruck liegt.

Die Erfindung wird weiter an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in der Zeichnung veranschaulicht ist, die eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Schnittansicht zeigt, und zwar im Betriebszustand mit in Verformung befindlichem Rohling bzw. Werkstück.

Im Beispielsfall wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Ziehen eines becherartigen, einseitig geschlossenen Werkstücks 1 aus einem plattenförmigen, ebenen Metallrohling 2 angewendet. Werkstück und Rohling sind in der Zeichnung strichliniert bzw. voll ausgezogen angedeutet.

Zur Durchführung des Ziehverfahrens ist im Beispielsfall ein als Hochdruckzylinder ausgebildetes Druckgefäß 3 vorgesehen, in dessen mit Druckflüssigkeit gefüllten Innenraum von oben und unten gegenläufig wirkende Druckstempel 4 bzw. 5 eingreifen. Für den Antrieb der Druckstempel sind entsprechende, nicht näher dargestellte Pressen üblicher Art vorgesehen.

Das Druckgefäß 3 besteht aus einem dünnwandigen Innenzylinder 6, dessen abgestufte Längsbohrung einen oberen Druckraum 7 und einen unteren Druckraum 8 bildet. In diese Druckräume greifen von oben bzw. unten unmittelbar die beiden Druckstempel 4 bzw. 5 ein. Der Innenzylinder 6 ist von einem Stützmantel 9 umgeben, der in einem dünnwandigen Zwischenmantel 10 sitzt. An letzteren schließt sich ein starkwandiger Außenmantel 11 an, welcher mit dem Zwischenmantel 10 einen Stützdruckraum 12 von geringer radialer Ausdehnung bildet. Der Stützdruckraum ist am oberen und unteren Ende durch Schraubringe 13,14 mit entsprechenden Dichtungen verschlossen. Ferner ist in das obere Ende der den Innenzyhinder 6 aufnehmenden Längsbohrung des Stützmantels 9 eine Hülse 15 eingeschraubt, welche den oberen Druckstempel 4 unter Bildung eines Zwischenraumes 16 von geringer radialer Abmessung umgibt und an ihrer unteren, konisch ausgebildeten Stirnfläche in dichter Anpressung mit der oberen Stirnfläche des Innenzylinders 6 steht. Der Zwischenraum 16 ist an seinem oberen Ende mittels einer Bewegungsdichtung 17 gegen den verschiebbaren Druckstempel 4 abgedichtet und steht ferner über einen radial angeordneten Kanal 18 mit dem Stützdruckraum 12 in Verbindung. Der Stützdruckraum ist außerdem mit einem Überdruckventil 19 verbunden, dessen Öffnungsdruck durch einen eigenen Druckmittelzylinder 20 mit Steuerkolben 21 eingestellt wird. Der Druckmittelzylinder 20 ist über eine Leitung 22 in nicht näher dargestellter Weise mit dem Antriebsdruck für die mit den Druckstempeln 4 und 5 zusammenwirkende, ebenfalls nicht dargestellte Presse verbunden.

Auf der Schulter 23 der Längsbohrung des Innenzylinders 6 zwischen oberem und unterem Druckraum 7 bzw. 8 sitzt ein Ziehring 24 mit kreisrunder Formöffnung 25 und einer abgerundeten Ziehkante 26. Auf der Oberseite des Ziehringes 24 liegt im Ausgangszustand der plattenförmige Rohling 2, welcher wiederum durch einen in den oberen Druckraum 7

ίο eingeschraubten Stützring 27 an seiner Oberseite abgestützt bzw. gegen den Ziehring 24 gehalten wird. Ein zwischen dem Umfang des Rohlings 2 und der Innenwand des oberen Druckraums 7 gebildeter Zwischenraum 28 steht über nutenförmige Kanäle 29 mit dem Druckraum 7 in Verbindung.

Mit der beschriebenen Einrichtung gestaltet sich die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wie folgt:
Bei in der Ausgangsstellung zurückgezogenem un-

ao teren Druckstempel 5 und gänzlich ausgefahrenem oberem Druckstempel 4 wird der untere Druckraum 8 mindestens bis zur Oberseite des Ziehrings 24 mit Druckflüssigkeit gefüllt. Anschließend wird der Rohling 2 eingelegt und der Stützring 27 eingeschraubt.

Danach wird auch der obere Druckraum 7 mit Druckflüssigkeit gefüllt und der obere Druckstempel 4 eingefahren, wobei etwaige Lufteinschlüsse in üblicher Weise entfernt werden.

Sodann wird durch entsprechende Beaufschlagung beider Druckstempel 4 und 5 zunächst im oberen und unteren Druckraum ein übereinstimmender Flüssigkeitsdruck erzeugt. Dieser wirkt nicht nur auf die Ober- und Unterseite des mittleren Rohlingsbereichs, sondern über die Kanäle 29 auch auf die Umfangs-Stirnfläche des Rohlings 2. Hierdurch wird der Rohling in seinem Randbereich radial einwärts gestaucht und stützt sich unter Querdehnung senkrecht zur Rohlingsebene gegen die Oberseite des Ziehringes 24 und gegen die Unterseite des Stützringes 27 ab. Der übereinstimmende Druck beider Druckräume 7, 8 wird bis zur Einstellung des gewünschten Druckspannungszustandes mit entsprechend vergrößertem Formänderungsvermögen erhöht.

Anschließend wird der die Oberseite des mittleren Rohlingsbereichs beaufschlagende Druck im oberen Druckraum 7 durch entsprechendes Einfahren des Druckstempels 4 weiter erhöht, während der die Unterseite des mittleren Rohlingsbereichs beaufschlagende Druck im unteren Druckraum 8 durch entsprechend nachgiebige Abstützung des Druckstempels 5 konstant gehalten wird. Der sich somit ausbildende Differenzdruck zwischen Ober- und Unterseite des Rohlings bildet den eigentlichen Verformungsdruck, unter dessen Wirkung der Rohling unter gleichzeitiger, radial einwärts gerichteter Stauchung durch den Druck im Zwischenraum 28 in die vorgesehene Form des Werkstücks 1 gezogen wird. Hierbei sinkt der untere Druckstempel 5 bis in eine durch die gewünschte Verformung bestimmte Endlage ab.

Mit dem Druckgefäß 3 kann das erfindungsgemäße Verfahren mit Höchstdruck von z. B. mehreren zehntausend Atmosphären durchgeführt werden.

Nach Beendigung der Umformung werden beide Druckräume 7 und 8 durch Ausfahren der zugehörigen Druckstempel 4. 5 entlastet. Abschließend wird das fertige Werkstück 1 nach Herausschrauben des Stützrin?es 27 entnommen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

COFY

Claims (2)

1 2 Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe Patentansprüche: kennzeichnet sich bei einem. Umformungsverfahren der eingangs erwähnten Art dadurch, daß der Rand-

1. Verfahren zur Umformung eines platten- bereich des Rohlings durch den Radialdruck in einen förmigen Metallrohlings in einem Hochdruckgefäß 5 Zustand erhöhten Formänderungsvermögens überzu einem becherartigen Werkstück, bei dem der führt und während des Tiefziehvorganges in diesem Rohling durch eine Druckflüssigkeit auf dem Zustand gehalten wird.

Mittelbereich seiner Oberseite mit einem Verfor- Während bei dem vorerwähnten Verfahren bemungsdruck und auf der Umfangs-Stirnfläche sei- kannter Art durch die radiale Druckbeaufschlagung nes auf der Ober- und Unterseite fest abgestützten io im wesentlichen nur das Anhaften des Randbereichs Randbereiches mit einem Radialdruck beauf- des Rohlings an den Flächen der oberen und unteren schlagt und mit einwärts gerichtetem Materialfluß festen Stützelemente überwunden wird und damit einem Tiefziehvorgang in eine Matrize hinein entsprechende radiale Zugspannungen innerhalb des unterworfen wird, dadurch gekennzeich- Rohlings beseitigt werden, wird beim erfindungsgen e t, daß der Randbereich des Rohlings (2) 15 mäßen Verfahren durch die radiale Druckbeaufschladurch den Radialdruck in einen Zustand erhöhten gung, die überaus stärker ist und eine Art Stauchung Formänderungsvermögens überführt und wäh- verursacht, ein wenigstens annähernd allseitiger rend des Tiefziehvorganges in diesem Zustand ge- Druckspannungszustand im Rohlingswerkstoff erhalten wird. zeugt, der eine Überführung des Werkstoffs in einen

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- 20 Zustand erhöhten Formänderungsvermögens zur kennzeichnet, daß auf den Mittelbereich der Unter- Folge hat. Es werden also nunmehr durch Verändeseite des Rohlings (2) ein Gegendruck aufgebracht rung der Werkstoffeigenschaften während des Umfor-

wird. mungsvorganges höhere Formänderungsgrade bzw. ^

Ziehtiefen ohne Rißbildung oder andere Gefüge-25 Schädigungen des Werkstoffs ermöglicht.

Die Überführung eines Werkstoffs in einen Zustand erhöhten Formänderungsvermögens durch Einstellung eines im wesentlichen allseitigen Druckspan-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umfor- nungszustandes, auch kurz als »Druckplastifizierung« mung eines plattenförmigen Metallrohlings in einem 30 bezeichnet, ist zwar an sich bekannt, wurde jedoch Hochdruckgefäß zu einem becherartigen Werkstück, bisher im wesentlichen nur beim hydrostatischen bei dem der Rohling durch eine Druckflüssigkeit auf Strangpressen, d. h. bei einer speziellen Form des den Mittelbereich seiner Oberseite mit einem Verfor- Kaltfließpressens, angewendet (Zeitschrift »Metall«, mungsdruck und auf der Umfangs-Stirnfläche seines April 1964, S. 340 bis 344). Bei diesem Fließpreßauf der Ober- und Unterseite fest abgestützten Rand- 35 verfahren wird der durch eine Preßdüse zu treibende bereiches mit Radialdruck beaufschlagt und mit ein- und zu einem strangförmigen Werkstück umzuforwärts gerichtetem Materialfluß einem Tief ziehvorgang mende, im allgemeinen blockf örmige Rohling innerin eine Matrize hinein unterworfen wird. halb eines Gefäßes an seiner Umfangsfläche und an Bei einem Umformungsverfahren der vorgenann- seiner oberen Endfläche mit einer Druckflüssigkeit ten Art (USA.-Patentschrift 2 847 957) wird der ring- 40 beaufschlagt, während das untere Ende des Rohlings förmige, mittels fester Stützelemente abgestützte in einer konisch verjüngten, den Druckraum nach Randbereich des Rohlings, welcher den becherartig unten begrenzenden Matrize sitzt und durch diese exauszubauchenden Mittelbereich umgibt, durch die tradiert wird. Der hydrostatische Druck und ein ent-Druckbeaufschlagung seiner Umfangs-Stirnfläche ra- entsprechend allseitiger Druckspannungszustand er- M dial einwärts gegen eine in Axialrichtung aus der 45 streckt sich bei diesem Verfahren also ohnehin prak- ™ Plattenebene bogenförmig abgewinkelte Umlenkfläche tisch auf den gesamten Rohlingskörper. Eine dergedrückt, wodurch sich der Ansatz der gewünschten artige, vergleichsweise einfache Erzeugung eines Ausbauchung des Mittelbereiches bildet. Die weitere allseitigen Druckspannungszustandes mit entspre-Umformung erfolgt dann in einem Tiefziehvorgang chender Plastifizierung ist jedoch im Randabschnitt unter der Wirkung des den Mittelbereich beaufschla- 5<> eines plattenförmigen Rohlings, dessen Mitteabschnitt genden Druckmittels. Durch die radiale Druckbeauf- einem Tiefziehvorgang unterworfen werden soll, nicht schlagung des Rohlings soll hier die Neigung zur Riß- ohne weiteres möglich.

bildung in den kritischen Verformungsbereichen ver- Die erfindungsgemäße Anwendung der Druckmindert werden. Wegen des bei der Umformung im plastifizierung auf einen Tiefziehvorgang läßt sich gewesentlichen unveränderten Formänderungsvermö- 55 maß einer Weiterbildung des Verfahrens nach der gens des Rohlingswerkstoffs bleibt indessen auch für Erfindung dadurch noch wirksamer gestalten, daß auf eine solche Verfahrensweise die in einem Arbeitsgang den Mittelbereich der Unterseite des plattenförmigen erreichbare Ziehtiefe auf Werte begrenzt, die in zahl- Rohlings ein Gegendruck aufgebracht wird. Auf diese reichen Anwendungsbereichen eine unerwünschte Weise kann auch im mittleren Abschnitt des Rohlings Einschränkung darstellen. 60 ein allseitiger Druckspannungszustand erzeugt wer-

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die den, der sich von innen in den Bereich der Umlenk-Schaffung eines Tiefzieh-Umformungsverfahrens für stelle des Rohlings hineinerstreckt und gerade hier zu olattenförmige Metallrohlinge, welches bei gegebenen einer erwünschten Erhöhung des Formänderungsver-Werkstoffeigenschaften und gegebenen Rohlings- mösens führt.

maßen, d. h. im wesentlichen bei gegebenem Verhält- 65 Beim Tiefziehen von Blechteilen ist zwar bereits nis des Durchmessers zur Dicke, eine Erhöhung der die Anwendung von Druck und Gegendruck auf beiin einem Arbeitsgang erreichbaren Ziehtiefe ermög- den Seiten bzw. Oberflächen des Rohlings bekannt, licht. wobei die Formgebung selbst durch Einstellen einer