DE19960869A1

DE19960869A1 - Verfahren zum Massivumformen von metallischen Hohlprofil-Ausgangswerkstücken

Info

Publication number: DE19960869A1
Application number: DE1999160869
Authority: DE
Inventors: Eberhard Koehler; Gunter Siebdrath; Petra Schulz
Original assignee: INST KONSTRUKTION und VERBUNDB
Current assignee: INST KONSTRUKTION und VERBUNDB
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2001-06-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Massivumformen vom metallischen Hohlprofil-Ausgangswerkstücken, wobei in das Innere eines Formwerkzeuges ein Ausgangswerkstück eingebracht wird und die Innenkontur des Formwerkzeuges unter der Wirkung eines in das Werkstückinnere eingepreßten Druckmediums auf das Werkstück übertragen wird. DOLLAR A Aufgabe ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem auf technisch vorteilhafte und effektive Weise der notwendige hohe Verformungsdruck erzeugt und das unter hohem Druck stehende Druckmedium in das im Formwerkzeug befindliche Ausgangswerkstück eingebracht wird. DOLLAR A Gemäß der Erfindung wird unter Verwendung einer Spritzgießmaschine für Kunststoffe ein elastisches und/oder plastisches oder ein festes Druckmedium in den Materialtrichter eingefüllt und anschließend unter Druck in das Innere des im geschlossenen Formwerkzeug befindlichen Ausgangswerkstücks eingespritzt. DOLLAR A Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Massivumformung metallischer Werkstücke unter Verwendung von unter hohem Druck stehenden Druckmedien, wodurch bei Kalt- oder Warmverformung Werkstücke mit mehr oder weniger komplizierten Formen herstellbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Massivumformen von metallischen Hohlpro fil-Ausgangswerkstücken, wobei in das Innere eines Formwerkzeuges ein Aus gangswerkstück eingebracht wird und die Innenkontur des Formwerkzeuges unter der Wirkung eines in das Werkstückinnere eingepreßten Druckmediums auf das Werkstück übertragen wird.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Massivumformung metallischer Werk stücke unter Verwendung von unter hohem Druck stehenden Druckmedien, wodurch bei Kalt- oder Warmverformung Werkstücke mit insbesondere mehr oder weniger komplizierten Formen herstellbar sind. Dabei sind im Vergleich zur konventionellen Fertigung günstigere Massefestigkeits- und Massesteifigkeitsverhältnisse erzielbar.

Es ist bekannt, metallische Werkstücke durch Übertragung der Verformungskräfte mit gasförmigen, flüssigen, plastischen oder festen Medien zu verformen. Die Verwen dung von gasförmigen und flüssigen Druckmedien ist jedoch mit Abdichtproblemen verbunden, wobei der übliche Einsatz von Ölen als flüssiges Druckmedium aus um weltschutz- und arbeitsschutztechnischen Gründen das Erfordernis absoluter Dicht heit - verbunden mit entsprechend hohen technischen Aufwendungen - beinhaltet.

Demgemäß hat sich die technische Entwicklung verstärkt dem Einsatz plastischer oder fester Druckmedien zugewandt, um die genannten Nachteile zu vermeiden.

Aus DD 25 188 ist es bekannt, einen vorgeformten Hohlkörper als Ausgangswerk stück zwischen Formbacken einzusetzen und durch den vorgeformten Hohlkörper ein teigiges Druckmedium mit darin eingelagerten Formkörpern, beispielsweise kleinen Kugeln, hindurchzudrücken.

Aus DE 43 09 932 ist es weiterhin bekannt, bei Verwendung von z. B. Stahlkugeln als Druckmedium neben dem Einsatz eines Druckzylinders zur Druckerzeugung ei nen angespitzten Dorn in das Druckmedium einzupressen und der Dornbewegung eine Stauchbewegung des Werkstückes zu überlagern, um so ein Verkeilen der Feststoffteilchen (Formkörper, Kugeln) zu vermeiden.

Des weiteren ist es gemäß DE 39 16 539 bekannt, in Druckübertragungssystemen ein Elastomer als Druckübertragungsmedium einzusetzen.

Auch wird lt. WO 93/01 902 bei der Hochdruckumformung von platinenförmigen Werkstücken ein fließfähiges viskoses thermoplastisches Polymermedium verwen det.

Schließlich ist es aus DE 197 53 258 bekannt, das Druckmedium durch Einwirkung von Elektrizität, Wärme, Kälte oder Magnetismus in einen anderen Aggregatzustand oder in beliebige Übergangsphasen zu überführen, wobei es sich beim Druckmedium um Stearin, Talkum, Wismut oder Kunststoff in Granulat- oder Pelletform handelt.

Bei den vorbeschriebenen Verfahrensweisen ist es von Nachteil, daß die verwende ten Einrichtungen zur Erzeugung des notwendigen hohen Verformungsdruckes so wie zum Einbringen des unter hohem Druck stehenden Druckmediums in das im Formwerkzeug befindliche Ausgangswerkstück aufwendig und damit teuer sind.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem auf technisch vorteilhafte und effektive Weise der notwendige hohe Verformungsdruck erzeugt und das unter hohem Druck ste hende Druckmedium in das im Formwerkzeug befindliche Ausgangswerkstück ein gebracht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unter Verwendung einer Spritzgießmaschine für Kunststoffe ein elastisches und/oder plastisches oder ein fe stes Druckmedium in den Materialtrichter eingefüllt und anschließend unter Druck in das Innere des im geschlossenen Formwerkzeug befindlichen Ausgangswerkstücks eingespritzt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt auf vorteilhafte und effektive Weise die Verwendung der bereits langjährig als großserientauglich nachgewiesenen Spritz gießtechnologie für Kunststoffe, gekoppelt mit der Anwendung von Druckmedien, die die bisher bei gasförmigen oder flüssigen Druckmedien vorhandenen Nachteile ver meiden. Dabei ist vor allem die umwelt- und arbeitsschutztechnische Unbedenklich keit von Vorteil.

Konventionelle Spritzgießmaschinen für Kunststoffe erzeugen Arbeitsdrücke von 1.000-1.500 bar und gestatten damit bei technologiegerechter Anschnittsgestaltung Umformungen von Werkstücken aus Stahl.

In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Schlie ßen des Formwerkzeugs das Ausgangswerkstück vorverformt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist im Formwerkzeug ein Abquetschbereich am der Einspritzstelle abgewandten Ende vorgesehen, unter dessen Wirkung beim Schließen des Formwerkzeugs vor dem Einspritzen des Druckmediums das Ende des Ausgangswerkstückes durch Abquetschen des Querschnittes dicht verschlossen wird.

Von Vorteil ist es weiterhin, daß das Druckmedium nach dem Umformvorgang unter der Wirkung eines Gasgegendrucks aus dem Werkstückinneren zurückgeführt wird.

Zweckmäßigerweise kann der Umformvorgang bei Erwärmung des Ausgangswerk stückes erfolgen.

Vorteilhaft ist das Druckmedium eine thermisch geduldige Kunststoff- oder Elasto merschmelze oder ein elastisches Granulat oder es besteht aus festen, vorzugswei se kugelförmigen Körpern, wobei zweckmäßigerweise die festen Körper gehärtete Stahlkugeln sind.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird eine Spritzgießmaschine für Kunststoffe mit kompressionsarmer Förderschnecke oder eine Spritzgießmaschi ne für Kunststoffe mit Druckkolben verwendet.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung ist die Massivumformung eines metallischen rohrförmigen Werkstücks unter Verwendung einer Schneckenspritzgießmaschine für Kunststoffe dargestellt.

Die Schneckenspritzgießmaschine enthält wie bekannt eine (kompressionsarme) Förderschnecke 1 in einem axial verschiebbaren Zylinder 2, dessen Mantel beheiz bar ist. In dem Zylinder 2 ist die Förderschnecke 1 kolbenartig axial verschiebbar. Das vordere Ende des Zylinders 2 weist eine Austrittsdüse 3 auf. Außerdem besitzt der Zylinder 2 einen Materialtrichter 4, mit dem das Innere des Zylinders 2 mit ei nem Druckmedium befüllt werden kann. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich da bei um ein quasi inkompressibles Kunststoffgel 5 mit bestimmter Viskosität.

Dem Zylinder 2 ist ein zweiteiliges Formwerkzeug 6, 7 so zugeordnet, daß bei Axial verschiebung des Zylinders 2 dessen Austrittsdüse 3 auf einen Angußkanal 8 des (geschlossenen) Formwerkzeugs 6, 7 trifft. Das obere Teil 6 des Formwerkzeugs ist unter der Wirkung eines Arbeitszylinders 9 relativ zum unteren Teil 7 quer zur Bewe gungsrichtung des axial verschiebbaren Zylinders 2 bewegbar, so daß das Form werkzeug 6, 7 zwecks Einlage eines Ausgangswerkstücks 12 oder der Entnahme des fertigen Werkstückes geöffnet bzw. zwecks Umformung geschlossen werden kann.

Beide Teile des Formwerkzeugs 6, 7 enthalten eine Innenkontur, deren Kavität 10 der Außenkontur des fertigen Werkstücks entspricht. Außerdem enthält das Form werkzeug 6, 7 an der der Einspritzstelle (Angußkanal 8) abgewandten Seite (ent spricht dem Ende des Ausgangswerkstücks 12) eine verengte Stelle, die als Ab quetschbereich 11 wirkt.

Der Arbeitsablauf ist wie folgt:
Über den Materialtrichter 4 wird der Zylinder 2 der Schneckenspritzgießmaschine mit dem Kunststoffgel 5 befüllt. Anschließend wird ein Ausgangswerkstück 12, beste hend aus einem Stahlrohr in erforderlicher Dimensionierung, in das Innere des geöff neten Formwerkzeugs 6, 7 eingelegt. Beim folgenden Schließen des Formwerkzeugs 6, 7 (nicht gezeichnet) unter der Wirkung des Arbeitszylinders 9 wird einerseits das Ausgangswerkstück 12 dahingehend vorverformt, indem dieses an der Kontur des oberen Teils 6 des Formwerkzeugs zur Anlage kommt. Andererseits erfolgt durch die Wirkung der verengten Stelle des Formwerkzeugs 6, 7 ein Abquetschen des rohrför migen Querschnitts des Ausgangswerkstücks 12 im Abquetschbereich 11, so daß ein dichter Verschluß im Endbereich des Werkstücks 12 erreichbar ist.

Zwecks folgender Hochdruckumformung des vorverformten Ausgangswerkstücks 12 wird nun die Austrittsdüse 3 des Zylinders 2 durch dessen Axialverschiebung zur Anlage an den Angußkanal 8 des Formwerkzeugs 6, 7 gebracht (nicht gezeichnet), und es wird das im Inneren des Zylinders 2 befindliche Kunststoffgel 5 unter einem Druck von 1 000 bis 2.000 bar in das Innere des vorverformten Ausgangswerkstücks 12 eingepreßt. Dieses erfolgt durch Axialverschiebung der Förderschnecke 1 im In neren des Zylinders 2 in Richtung auf die Austrittsdüse 3 zu, wobei die Förder schnecke 1 wie ein Kolben das Kunststoffgel 5 aus der Austrittsdüse 3 in den An gußkanal 8 des Formwerkzeugs 6, 7 einbringt. Durch den dichten Verschluß des Ausgangswerkstücks 12 im Abquetschbereich 11 ist ein entsprechender Druckauf bau im Werkstückinneren möglich. Unter der Druckwirkung des eingepreßten Kunst stoffgels 5 erfolgt eine Hochdruckumformung des Ausgangswerkstücks 12, indem sich die Wandflächen des vorverformten Ausgangswerkstücks 12 an die Innenkontu ren (10) des Formwerkzeugs 6, 7 anlegen.

Anschließend erfolgt ein Zurücksaugen des Kunststoffgels 5 in den Zylinder 2 durch axiale Rückwärtsbewegung der Förderschnecke 1. Eine entsprechende Wirkung ist auch durch Anlage eines Gasgegendrucks (nicht dargestellt), ggf. kombiniert, er reichbar.

Nach Öffnen des Formwerkzeugs 6, 7 folgt nun die Entnahme des fertig geformten Werkstücks.

Die Erfindung ist nicht durch Einzelheiten des vorstehenden Ausführungsbeispiels beschränkt. Insbesondere ist auch der Einsatz einer Kolbenspritzgießmaschine für Kunststoffe möglich und als Druckmedium können auch Kunststoff- bzw. Elastomer schmelzen, elastische Granulate oder feste, vorzugsweise kugelförmige Körper, z. B. aus gehärtetem Stahl, verwendet werden.

Bezugszeichenliste

1

Förderschnecke

2

Zylinder

3

Austrittsdüse

4

Materialtrichter

5

Kunststoffgel

6

Formwerkzeug (oberes)

7

Formwerkzeug (unteres)

8

Angußkanal

9

Arbeitszylinder

10

Kavität

11

Abquetschbereich

12

Ausgangswerkstück

Claims

1. Verfahren zum Massivumformen von metallischen Hohlprofil- Ausgangswerkstücken, wobei in das Innere eines Formwerkzeuges ein Aus gangswerkstück eingebracht wird und die Innenkontur des Formwerkzeuges unter der Wirkung eines in das Werkstückinnere eingepreßten Druckmediums auf das Werkstück übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung einer Spritzgießmaschine für Kunststoffe ein elastisches und/oder plastisches oder ein festes Druckmedium (5) in den Materialtrichter (4) eingefüllt und anschließend unter Druck in das Innere des im geschlossenen Formwerkzeug (6; 7) befindlichen Ausgangs werkstücks (12) eingespritzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schließen des Formwerkzeugs (6; 7) das Ausgangswerkstück (12) vorverformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Formwerkzeug (6; 7) ein Abquetschbereich (11) am der Einspritzstelle abgewandten Ende vorgesehen ist, unter dessen Wirkung beim Schließen des Formwerkzeugs (6; 7) vor dem Einspritzen des Druckmediums (5) das Ende des Ausgangswerk stückes (12) durch Abquetschen des Querschnittes dicht verschlossen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium (5) nach dem Umformvorgang unter der Wirkung eines Gasgegendrucks aus dem Werkstückinnerem zurückgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umformvor gang bei Erwärmung des Ausgangswerkstückes (12) erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium (5) eine thermisch geduldige Kunststoff- oder Elastomerschmelze ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium (5) ein elastisches Granulat ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmedium (5) aus festen, vorzugsweise kugelförmigen Körpern besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Körper gehärtete Stahlkugeln sind.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spritzgießma schine für Kunststoffe mit kompressionsarmer Förderschnecke (1) verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spritzgießma schine für Kunststoffe mit Druckkolben verwendet wird.