DE19959769A1

DE19959769A1 - Process for deforming sheet metal workpieces comprises pressure-tight tensioning at least one workpiece in a tool mold forming a cavity, introducing an active medium and bombarding

Info

Publication number: DE19959769A1
Application number: DE1999159769
Authority: DE
Inventors: Martino Celeghini
Original assignee: BLZ GmbH
Current assignee: Friedrich Alexander Univeritaet Erlangen Nuernberg FAU
Priority date: 1999-12-11
Filing date: 1999-12-11
Publication date: 2001-06-13
Anticipated expiration: 2019-12-12
Also published as: DE19959769C2

Abstract

Process for deforming sheet metal workpieces (6, 7) comprises pressure-tight tensioning at least one workpiece in a tool mold forming a cavity bordering the workpiece; introducing an active medium (11) in the cavity under pressure; and bombarding the workpiece with the active medium to deform the workpiece. A sealing medium (12) is mixed with the active medium.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur wirkmedienbasierten Umformung von Blech-Werkstücken mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angege benen Merkmalen.The invention relates to a method for active media-based forming of sheet metal workpieces with the specified in the preamble of claim 1 characteristics.

Zum Hintergrund der Erfindung ist festzuhalten, daß bei den Fertigungsver fahren zur Herstellung von Werkstücken aus Blech in erster Linie Tief- und Streckziehverfahren zu nennen sind. Hierbei werden überwiegend starre Werkzeuge mit einer stationären Matrize und einem für die Umformung des Blech-Werkstückes sorgenden Patrizenstempel eingesetzt. Bei sehr komplexen Formen und Strukturen stoßen diese rein mechanischen Form gebungsprozesse im Zusammenhang mit der Belastung des Werkstücks materials an ihre Grenzen.In the background of the invention it should be noted that in the manufacturing ver drive primarily for the production of sheet metal workpieces Stretch drawing processes are to be mentioned. Mostly rigid Tools with a stationary die and one for forming of the sheet metal workpiece is used. At very complex forms and structures encounter this purely mechanical form processes related to the load on the workpiece materials to their limits.

Es wurden dementsprechend Fertigungsverfahren entwickelt, bei denen die Umformung von Blech-Werkstücken nicht durch starre Werkzeuge, son dern durch den isostatischen Druck eines Fluids, also eines Gases oder ins besondere einer Flüssigkeit erfolgt. Die Flüssigkeit ersetzt also den Stempel oder die Matrize eines herkömmlichen mechanischen Werkzeuges und wird gängigerweise als "Wirkmedium" bezeichnet. Dementsprechend wird die damit vorgenommene Umformungstechnologie als "wirkmedienbasierte Blechumformung" bezeichnet. Einen breiten Überblick über den Stand die ser Technologie gibt der Fachaufsatz "Metall Forming of Tubes and Sheets with Liquid and Other Flexible Media" von Prof Dr. D. Schmoeckel et al. in "Annals of the CIRP", Vol. 48/2/99, Seiten 1 bis 17. Accordingly, manufacturing processes were developed in which the Forming of sheet metal workpieces not by rigid tools, son by the isostatic pressure of a fluid, i.e. a gas or ins special of a liquid. So the liquid replaces the stamp or the die of a conventional mechanical tool and will commonly referred to as "active medium". Accordingly, the forming technology undertaken as "active media-based Blechumformung ". A broad overview of the status of the This technology is the subject of "Metal Forming of Tubes and Sheets with Liquid and Other Flexible Media "by Prof Dr. D. Schmoeckel et al. in "Annals of the CIRP", vol. 48/2/99, pages 1 to 17.

Eine besondere Verfahrensvariante bei der wirkmedienbasierten Blechum formung ist nun das Innenhochdruck-Umformen, bei dem zwei Blech- Werkstücke gedoppelt sind und mit ihren Flanschbereichen gemeinsam in eine Werkzeugform eingespannt werden. In die Kavität zwischen den bei den Blech-Werkstücken wird mittels eines sogenannten Andocksystems in Form z. B. einer zwischen die Bleche eingesetzten Leitungslanze ein Wirkmedium mit hohem isostatischem Druck eingebracht, wodurch die bei den Blechzuschnitte entsprechend der sie umgebenden Werkzeugform "aufgeblasen" und in einem Verfahrensgang ausgeformt werden.A special process variant for the active media-based sheet metal Forming is now hydroforming, in which two sheet metal Workpieces are duplicated and together with their flange areas a tool shape can be clamped. In the cavity between the two the sheet metal workpieces is in using a so-called docking system Form z. B. a line lance inserted between the sheets Active medium introduced with high isostatic pressure, which the the sheet metal blanks according to the tool shape surrounding them "inflated" and molded in one process.

Gleichgültig, ob nun ein Blech-Werkstück durch einseitige Druckbeauf schlagung in einer Werkzeugform oder zwei Werkstücke im Zuge des In nenhochdruck-Umformens gleichzeitig beaufschlagt werden, stellt sich grundsätzlich das Problem, daß die das Wirkmedium aufnehmende Kavität in der Werkzeugform nach außen dicht sein muß, damit der isostatische Druck des Wirkmediums aufgebaut werden kann. Die Dichtpartner sind z. B. bei Verwendung eines Blech-Werkstückes die Werkzeugfläche und der Flansch des einen Blech-Werkstückes. Beim Innenhochdruck-Umformen sind die Dichtpartner z. B. die Flansche der beiden aufeinander liegenden Blech-Werkstücke, die durch entsprechende Spannwerkzeuge aufeinander gepreßt werden, oder auch Komponenten des Andocksystems.It does not matter whether a sheet metal workpiece is pressed by one-sided hitting in a mold or two workpieces in the course of the In high pressure forming can be applied simultaneously basically the problem that the cavity receiving the active medium must be tight in the mold to the outside so that the isostatic Pressure of the active medium can be built up. The sealing partners are e.g. B. when using a sheet metal workpiece, the tool surface and the Flange of a sheet metal workpiece. For hydroforming are the sealing partners z. B. the flanges of the two superimposed Sheet metal workpieces, which are matched by corresponding clamping tools be pressed, or components of the docking system.

Die Dichtheit der das Wirkmedium aufnehmenden Kavität ist nun umso schwieriger zu beherrschen, je komplexer die Randgeometrie der Dicht partner und je höher der isostatische Umformdruck des Wirkmediums ist. Schließlich ist z. B. aus der DE 195 35 870 Al das Innenhochdruck- Umformen von randseitig nicht miteinander verschweißten Blechzuschnit ten offenbart, bei denen ein Fließen des Flanschmaterials aus dem Spann bereich in den eigentlichen Formbereich während des Umformsvorgangs zur Begrenzung z. B. der Dehnbeanspruchung der Blechzuschnitte erlaubt wird. Auch dieser "Freiheitsgrad" der Dichtpartner im Bereich der Ein spannung der Blech-Werkstücke verschärft das Dichtheitsproblem.The tightness of the cavity receiving the active medium is now all the more The more complex the sealing geometry, the more difficult it is to master partner and the higher the isostatic forming pressure of the active medium. Finally, e.g. B. from DE 195 35 870 Al the internal high pressure Forming sheet metal blanks that are not welded together at the edge disclosed in which a flow of the flange material from the instep area in the actual molding area during the forming process to limit z. B. allowed the stretching of the sheet metal blanks becomes. This "degree of freedom" of the sealing partners in the area of the one Clamping the sheet metal workpieces exacerbates the tightness problem.

Zur Lösung dieser Dichtungs-Problematik schlägt die Erfindung nun vor, bei der wirkmedienbasierten Umformung von Blech-Werkstücken dem Wirkmedium ein Dichtmedium beizumischen, das sich im Falle einer Leckage des Wirkmediums aus der Kavität vor das Leck legt und dieses zusetzt.To solve this sealing problem, the invention now proposes in the active media-based forming of sheet metal workpieces Active medium to mix a sealing medium, which is in the case of a Leakage of the active medium from the cavity before the leak and this adds.

Die Erfindung macht dabei von einem strömungstechnischen Effekt Ge brauch, wie er beispielsweise bei der Filtration und insbesondere in Filter pressen eingesetzt wird. Das Leck in der Kavität wirkt quasi als Filtrati onsöffnung, durch die das Wirkmedium strömt und dabei das Dichtmedium mitführt. Das Dichtmedium, dessen Dimensionen so ausgelegt sind, daß ein Austreten aus dem Leck verhindert wird, legt sich vor die Öffnung, wobei bis zum vollständigen Zusetzen des Lecks durch das Dichtmedium weitere Mengenanteile von letzterem nachgefördert werden. Es bildet sich also quasi ein "Pfropf" aus dem Dichtmedium vor dem Leck.The invention makes Ge of a fluidic effect need, such as in filtration and especially in filters pressing is used. The leak in the cavity acts as a filtrate on opening through which the active medium flows and thereby the sealing medium carries along. The sealing medium, the dimensions of which are designed so that a Preventing leakage lies in front of the opening, taking until the leak is completely blocked by the sealing medium Quantities of the latter are replenished. So it forms almost a "plug" from the sealing medium before the leak.

Da das Wirkmedium aus einem breiten Spektrum von Materialien, begin nend von normalem Wasser über Hydrauliköl oder Hydraulikflüssigkeit in Form von Öl-in-Wasser-Emulsionen bis Hochtemperatur-Wirkmedien in Form von flüssigen Salzen bei Temperaturen von mehreren 100° stammen kann, sind entsprechend auch sehr verschiedene Dichtmedien einzusetzen. In aller Regel und für herkömmliche Wirkmedien, wie Wasser oder Hydrau liköl, haben sich Festkörperpartikel in Form von Fasern mit einer Faserlänge in der Größenordnung von 0,1 mm bis 2,0 mm als tauglich für die Abdich tung erwiesen. Dabei können Naturfasern, insbesondere Baumwoll-, Zel lulose- oder Jute-Fasern genauso verwendet werden, wie vorzugsweise ver zweigte Polymer-Füllstoff-Fasern aus Polyethylen oder Polyacrylnitril.Since the active medium consists of a wide range of materials, begin normal water via hydraulic oil or hydraulic fluid From oil-in-water emulsions to high-temperature media in Form of liquid salts at temperatures of several 100 ° very different sealing media can be used accordingly. As a rule and for conventional active media, such as water or hydrau Liköl, have solid particles in the form of fibers with a fiber length in the order of 0.1 mm to 2.0 mm as suitable for the sealing proven. Natural fibers, especially cotton, zel Lulose or jute fibers are used as well as preferably ver branched polymer filler fibers made of polyethylene or polyacrylonitrile.

Da die häufig auftretenden Lecks meist Mikrolecks im Bereich von einigen Mikrometern bis wenige Zehntel Millimeter sind, ist die angegebene Grö ßenordnung der Faserlänge sinnvoll.Since the most common leaks are usually micro-leaks in the range of a few The specified size is micrometers to a few tenths of a millimeter order of the fiber length makes sense.

Je nach Wirkmedium können auch hochviskose oder gelartige Flüssigparti kel als Dichtmedium verwendet werden, die dem Wirkmedium vor dem Umformprozeß zugesetzt oder bei einer Druckbeaufschlagung des Wirk mediums beispielsweise durch eine Art "Auto-Gelierung" aus sich heraus entstehen. Ein ähnlicher Dichteffekt kann auch mit Monomeren als Dicht mittel erzielt werden, die unter bestimmten, im Flansch herbeizuführenden Bedingungen polymerisieren und die gewünschte Dichtwirkung erzeugen.Depending on the active medium, highly viscous or gel-like liquid particles can also be used be used as a sealing medium, the active medium before the Forming process added or when pressurizing the active mediums, for example, by a kind of "auto-gelling" arise. A similar sealing effect can also be used with monomers as a seal medium can be achieved under certain, to be brought about in the flange Polymerize conditions and create the desired sealing effect.

Neben dem oben erörterten Verfahren betrifft die Erfindung auch das Wirkmedium zur Verwendung bei der Durchführung dieses Verfahrens als solches, wobei das Wirkmedium durch ein beigemischtes Dichtmedium gekennzeichnet ist.In addition to the method discussed above, the invention also relates to this Active medium for use in performing this method as such, wherein the active medium through an admixed sealing medium is marked.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.An embodiment of the invention is described in the following description explained in more detail with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 und 2 höchst schematische, ausschnittsweise Schnittdarstellungen einer Werkzeugform mit zwei zum Innenhochdruck-Umformen einge spannten Blech-Werkstücken im Leck- bzw. abgedichteten Zustand. Fig. 1 and 2 very schematic partial sectional views of a mold with two for the internal high-pressure forming the clamped sheet metal work pieces in leakage or sealed state.

In den beiden Zeichnungen ist eine als Ganzes mit 1 bezeichnete Werk zeugform im Bereich der flanschseitigen Einspannbacken 2, 3 erkennbar, die eine untere und obere Formfläche 4, 5 aufweist. Zwischen den beiden Einspannbacken 2, 3 sind zwei gedoppelte Blech-Rondellen 6, 7 mit ihren aufeinander liegenden Flanschabschnitten 8, 9 eingespannt. Die Flanschab schnitte 8, 9 sind durch die Druckkraft D der Einspannbacken 2, 3 gegen einander abgedichtet. Nach dem Innenhochdruck-Umformen kann das Ver schweißen der beiden bis dahin unverschweißten Flanschabschnitte 8, 9 erfolgen.In the two drawings, a tool shape designated as a whole with 1 can be seen in the region of the flange-side clamping jaws 2 , 3 , which has a lower and upper mold surface 4 , 5 . Between the two clamping jaws 2 , 3 , two double sheet metal rondelles 6 , 7 are clamped with their flange sections 8 , 9 lying one on top of the other. The flange sections 8 , 9 are sealed against one another by the compressive force D of the clamping jaws 2 , 3 . After hydroforming, the two previously unwelded flange sections 8 , 9 can be welded together.

Letzteres erfolgt dadurch, daß in die Kavität 10 zwischen den beiden Blech-Rondellen 6, 7 eine isostatische Druckflüssigkeit, wie z. B. Wasser, als Wirkmedium eingepreßt wird. Wie in beiden Figuren schematisch dar gestellt ist, ist diesem Wirkmedium 11 ein Dichtmedium in Form von Fa serpartikeln 12 beigemischt, bei denen es sich beispielsweise um hochver zweigte Polyethylen-Füllstoffasern mit einer Länge zwischen 0,1 mm und 2,0 mm und einer Faserstärke von 10 bis 40 µm handelt. Derartige Polymer- Fasern sind kommerziell erhältlich.The latter is achieved in that in the cavity 10 between the two sheet metal washers 6, 7 an isostatic pressure liquid such. B. water, is injected as the active medium. As shown schematically in both figures, this active medium 11 is mixed with a sealing medium in the form of fiber particles 12 , which are, for example, highly branched polyethylene filler fibers with a length between 0.1 mm and 2.0 mm and a fiber thickness from 10 to 40 µm. Such polymer fibers are commercially available.

Wie nun in Fig. 1 angedeutet ist, besteht an einer Stelle zwischen den bei den Flanschabschnitten 8, 9 ein Leck 13 zwischen den beiden Blech- Rondellen 6, 7, durch das das Wirkmedium 11 austreten kann (Pfeil 14). Dies bedingt eine Strömung in der Kavität 10 vor dem Leck 13, die in Fig. 1 durch die Pfeile 15 angedeutet ist. Diese Strömung 15 führt dazu, daß die Faserpartikel 12 in Richtung zum Leck 13 transportiert werden und sich davor absetzen. Wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, wird das Leck 13 durch die Faserpartikel 12 zugesetzt, wodurch der Austritt des Wirkmediums 11 durch das Leck 13 gestoppt wird.As is now indicated in Fig. 1, there is a leak 13 between the two sheet metal rondelles 6 , 7 at a point between the flange sections 8 , 9 , through which the active medium 11 can escape (arrow 14 ). This requires a flow in the cavity 10 before the leak 13 , which is indicated in FIG. 1 by the arrows 15 . This flow 15 leads to the fact that the fiber particles 12 are transported in the direction of the leak 13 and settle in front of it. As shown in FIG. 2, the leak 13 is added by the fiber particles 12 , whereby the leakage of the active medium 11 through the leak 13 is stopped.

Claims

1. Process for the active media-based forming of sheet metal workpieces ( 6 , 7 ) with the following process steps:

- Pressure-tight clamping of at least one sheet metal workpiece ( 6 , 7 ) in a tool mold ( 11 ) to form a cavity ( 10 ) adjacent to the sheet metal workpiece ( 6 , 7 ),
- Introducing a liquid active medium ( 11 ) under high pressure into the cavity ( 10 ) and
- Actuation of the at least one sheet metal workpiece ( 6 , 7 ) by the active medium ( 11 ) for forming the sheet metal workpiece ( 6 , 7 ),

characterized in that a sealing medium ( 12 ) is added to the active medium ( 11 ), which in the event of leakage of the active medium ( 11 ) from the cavity ( 10 ) lies in front of the leak ( 13 ) and closes it.

2. The method according to claim 1, characterized in that solid particles ( 12 ) are used as the sealing medium.

3. The method according to claim 2, characterized in that fiber particles ( 12 ) with a fiber length in the size order of 0.1 mm to 2.0 mm are used as solid particles.

4. The method according to claim 3, characterized in that branched polymer filler fibers are used as fiber particles ( 12 ).

5. The method according to claim 3, characterized in that Naturfa sern, especially cotton, cellulose or jute fibers used become.

6. The method according to claim 1, characterized in that as a seal medium highly viscous or gel-like liquid particles or polymerisable re monomers are used.

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the active medium ( 11 ) with an admixed sealing medium ( 12 ) is introduced during hydroforming between two sheet metal workpieces ( 6 , 7 ).

8. active medium for use in carrying out the method according to any one of claims 1 to 7, characterized by a beige mixed sealing medium ( 12 ), in particular in the form of polymer or natural fiber particles.