DE202006005123U1

DE202006005123U1 - Vorrichtung zum Trennen oder Lochen eines nach dem Innenhochdruckumformen hergestellten Werkstückes

Info

Publication number: DE202006005123U1
Application number: DE200620005123
Authority: DE
Original assignee: FGU FORSCHUNGSGESELLSCHAFT UMF; Fgu Forschungsgesellschaft Umformtechnik Mbh
Current assignee: FGU FORSCHUNGSGESELLSCHAFT UMF; Fgu Forschungsgesellschaft Umformtechnik Mbh
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2006-03-27
Publication date: 2007-08-09
Anticipated expiration: 2016-03-28

Abstract

Vorrichtung zum Trennen oder Lochen eines nach dem Innenhochdruckumformverfahren hergestellten Werkstückes (W), wobei die Innenseite des in einem Umformwerkzeug aufgenommenen Werkstückes (W) mit einem Druck eines über eine Druckmittelzuführung zuführbaren Druckmediums beaufschlagbar ist, und in einem Umformwerkzeug wenigstens eine Schneidnut (NS) vorhanden ist, die entsprechend der zu erzeugenden Trennlinie verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidnut (NS) eine Schneidnutbreite (b) aufweist, die den jeweiligen Schneidbedingungen entlang der Schnittlinie/Schneidnut (NS) angepasst ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen oder Lochen eines nach dem Innenhochdruckumformen hergestellten Werkstückes nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches, wobei die Innenseite des in einem Umformwerkzeug aufgenommenen Werkstückes mit einem Druck eines über eine Druckmittelzuführung zuführbaren Druckmediums beaufschlagbar ist, und in einem Umformwerkzeug wenigstens eine Schneidnut vorhanden ist, die entsprechend der zu erzeugenden Trennlinie verläuft.
Das Innenhochdruckumformen (IHU) beruht darauf, einen Rohling, z.B. ein Rohr, in ein Werkzeug einzulegen, den Rohling beidseitig abzudichten und derart mit Innendruck zu beaufschlagen, dass sich der Rohling an die Werkzeuggravur anlegt und so deren Kontur annimmt.
Um ein durch Innenhochdruckumformen umgeformtes Werkstück zu trennen oder zu lochen sind verschiedene Lösungen bekannt. So wird gemäß DE 40 35 625 A1 ein Verfahren zum Herstellen eines Durchbruches in der Wandung eines als Hohlkörper ausgebildeten Werkstücks und ein Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens beschrieben, wobei das Werkzeug im Bereich des gewünschten Durchbruchs mit einem von der Werkstückwandung wegweisendem Hohlraum versehen ist. Die Wandung wird dann in Richtung dieses Hohlraums derart unter Druck gesetzt, dass sie an der Schneidkante des Hohlraums getrennt wird.
Bei einem weiteren bekannten Verfahren nach DE 43 22 063 C1 wird ein im IHU-Werkzeug geführter Stempel zunächst zum Zwecke des Vorschneidens gegen die unter maximalem Innendruck stehende Wand und anschließend zum Zwecke des vollständigen Ausschneidens gegen die unter verringertem Druck stehende Wand geführt. Der abgeschnittene Rest gelangt dabei in den Druckraum, aus dem er durch den erzielten Durchbruch wieder herausgedrückt werden muss.
Um dies zu vermeiden, wird gem. DE 195 06 067 C1 mit einem Stempel in der Wandung zunächst eine Sollbruchstelle erzeugt und dann durch den Stempel am Werkzeug eine umlaufende Schneidkante freigegeben, an der sich die Wandung unter dem Einfluss des sich steigernden Innenhochdrucks endgültig auftrennt.
Allen o.a. Verfahren ist gemeinsam, dass sie eine große Schneidkraft, d.h. hohen Medien- und/oder hohen Stempeldruck erfordern. Weiterhin weisen die erzeugten Schnittkanten eine große Kantenformabweichung und eine große Grathöhe auf.
In DE 199 11 125 C1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen oder Lochen eines Werkstücks unter Einfluss eines unter Hochdruck stehenden Druckmediums beschrieben, die diese Nachteile beseitigen sollen.
Dabei werden die Schneidkanten durch die in Richtung der Außenseite der Wandung des Werkstücks weisenden Kanten einer Nut gebildet, die entsprechend der zu erzeugenden Trennlinie verlaufen. Es können mehrere Nuten vorgesehen sein, wobei jede Nut einer oder zwei Trennlinien entspricht. Der zum Trennen erforderliche Druck des Druckmediums wird hierbei in Abhängigkeit von dem Werkstückwerkstoff und der Blechdicke ermittelt. Diese Lösung bringt den Vorteil, dass durch das Einfräsen einer entsprechenden Nut in das Werkzeug komplizierteste Schneidkanten oder Lochungen erzeugt werden können.
Allerdings weist sie den Nachteil auf, dass bei ungleichmäßiger Blechstärke oder bei Festigkeitsschwankungen im Werkstoff entlang der Trennlinie der zu trennenden Wandung des Werkstücks der Schnitt an der dünnsten oder mit der geringsten Festigkeit ausgestatteten Stelle des Bleches einsetzt, wodurch sich der Druck innerhalb des in dem Werkstück befindlichen Druckraumes sofort abbaut. Ein korrekter Schnitt ist dann nicht mehr möglich und die Prozesssicherheit somit nicht gewährleistet. Das schränkt somit den Einsatz dieser Vorrichtung ein.
Weitere Nachteile bei den vorgenannten Lösung ist die Nichtberücksichtigung von Schwankungen der Wanddicke des Werkstückes, zum Beispiel ungewollt durch Ausdünnung an der Rohrwand am Außenbogen des Werkstückes, wie sie beim Biegen auftritt, oder gewollt, wie zum Beispiel bei Tailored Tubes. Auch unterschiedliche Werkstoffeigenschaften bedingt durch Formänderungen (Verfestigung, Schweißnaht) oder unterschiedlicher Materialeinsatz, wieder bei Tailored Tubes, beeinflussen negativ die homogenen Schneidbedingungen an der Schnittlinie, was den Einsatz der Vorrichtung wiederholt einschränkt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine kostengünstige, leicht zu handhabende Vorrichtung und ein ebenso kostengünstiges Verfahren zum Schneiden (d.h. Lochen oder Trennen) eines nach dem IHU-Verfahren hergestellten Werkstückes zu schaffen, wobei bei hoher Prozesssicherheit ein Schneiden (d.h. Trennen oder Lochen) des Werkstückes möglich ist.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale des 1. Schutzanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß erfolgt das Trennen oder Lochen der Rohrwand eines nach dem Innehochdruckumformverfahren (IHU-Verfahren) hergestellten Werkstückes, wobei die Innenseite eines über die Druckmittelzuführung zuführbaren Druckmediums beaufschlagbar ist, bei einer in den IHU-Prozess integrierten Schneidoperation an einer in die Werkzeuggravur integrierten Schneidnut, die entsprechend der zu erzeugenden Trennlinie verläuft. Erfindungsgemäß ist die Schneidnutbreite b den jeweiligen Schneidbedingungen entlang der Schnittlinie anzupassen. Dabei ist die Breite der Schneidnut in Abhängigkeit von der im Bereich der Schneidnut vorhandenen Blechdicke und/oder von dem aufzuwendenden Schneiddruck des Druckmediums variierbar.
In den Bereichen, in welchen ein größerer Schneiddruck erforderlich ist, muss die Schneidnutbreite größer sein, als in den Bereichen, in denen ein kleinerer Schneiddruck erforderlich ist, d.h. die Schneidnutbreite ist an einem Innenbogen größer als am Außenbogen. Normalerweise ist bei einem konstanten Innendruck der erforderliche Schneiddruck p1 an einem Außenbogen (in ausgedünnten Bereichen) des Werkstücks geringer, als der erforderliche Schneiddruck p2 an einem Innenbogen (gestauchte Bereiche größerer Blechdicke) des Werkstücks.
Die Schneidnutbreite wird nun erfindungsgemäß so groß gewählt, dass bei einem definierten Schneiddruck an der gesamten Schneidnut prozesssicher geschnitten werden kann. Dazu bestehen prinzipiell zwei Möglichkeiten. Wenn bei einem Schneiddruck p1 geschnitten werden soll, der in Bereichen geringerer Blechdicke erforderlich ist, wird die Schneidnutbreite in den Bereichen größerer Blechdicke erhöht.
Soll bei einem größeren Schneiddruck p2 der in Bereichen größerer Blechdicke erforderlich ist der Trennvorgang erfolgen, wird die Schneidnutbreite in den Bereichen geringerer Blechdicke verringert, da dann in diesen Bereichen eine höhere Schneidkraft durch die geringere Schneidnutbreite aufgebracht werden muss.
Die Schneidnutbreite der Schneidnut wird somit in Abhängigkeit von der im Bereich der Schneidnut vorhandenen Blechdicke und/oder den Werkstoffeigenschaften des Werkstücks variiert unabhängig davon, ob die Bauteile gebogen sind oder nicht. Dabei ist die Schneidnutbreite der Schneidnut in Bereichen geringer Blechdicke kleiner als in Bereichen größerer Blechdicke. Weiterhin ist es möglich, die Schneidnutbreite der Schneidnut in Abhängigkeit des Materialeinsatzes im Bereich der Schneidnut zu variieren.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird auf überraschend einfache Art und Weise eine prozesssichere zuverlässige und vollständige Trennung des Profilquerschnittes gewährt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1: im IHU-Werkzeug umgeformtes und ausgeschnittenes IHU-Bauteil,
2: Schneidnutgeometrie.
1 zeigt ein nach dem IHU-Verfahren gebogenes und geschnittenes Werkstück W, wobei der Bereich am Außenbogen 1 des Werkstückes W gedehnt und der Bereich am Innenbogen 2 gestaucht wurde. In der Mitte des Werkstücks W befindet sich ein bogenförmiger langlochartiger Ausschnitt W1, an den beiden Enden sind halbkreisförmige Ausklinkungen W2 vorhanden. Durch die gebogene Form weist das Werkstück unterschiedliche Wanddicken am Außenbogen 1 und am Innenbogen 2 auf. Die Wanddicke am Außenbogen ist geringer, da eine Ausdünnung erfolgte; die Wanddicke am Innenbogen 2 ist durch das Stauchen des Werkstoffes verdickt. Da die Wanddicke des Werkstückes W direkten Einfluss auf die Höhe des Schneiddruckes hat und demzufolge der zum Schneiden erforderliche Druck p1 am Außenbogen 1 geringer ist als der zum Schneiden erforderliche Druck p2 am Innenbogen 2, muss die Schneidnutbreite b2 am Innenbogen 2 so groß gewählt werden, dass bereits bei einem Schneiddruck p1 auch der Schnitt am Innenbogen 2 eingeleitet werden kann. Dazu ist die hier gestrichelt angedeutete Schneidnutbreite b2 jeweils am Innenbogen 2 größer als die Schneidnutbreite b1 am Außenbogen 1.
Die zu wählenden Schneidnutbreiten im Verlauf der Trennlinie wird bevorzugt in Abhängigkeit von der Blechdicke und den Festigkeitseigenschaften des Werkstückwerkstoffes im Bereich der Schneidnut festgelegt.
Die Schneidnutgeometrie im Querschnitt ist in 2 dargestellt.
Die Schneidnuttiefe t muss der Wanddicke s des Ausgangsrohres (Werkstück W) angepasst werden und wird größer als die Wanddicke s des Werkstückes W gewählt. Es wurde festgestellt, dass die Schneidnutbreite B direkten Einfluss auf die Höhe des erforderlichen Schneiddruckes p hat. Eine Schneidnut weist in Richtung zum Werkstück W eine Schneidkante S1, an welcher geschnitten wird und eine Biegekante S2, die mit einem Radius versehen wird auf.
Bisher wurde generell mit einer konstanten Breite der Schneidnut gearbeitet, so dass die Erfindung mit der neuartigen Schneidnutgestaltung neuartige Wege bei in den IHU-Prozess integrierten Schneidoperationen öffnet.

Claims

Vorrichtung zum Trennen oder Lochen eines nach dem Innenhochdruckumformverfahren hergestellten Werkstückes (W), wobei die Innenseite des in einem Umformwerkzeug aufgenommenen Werkstückes (W) mit einem Druck eines über eine Druckmittelzuführung zuführbaren Druckmediums beaufschlagbar ist, und in einem Umformwerkzeug wenigstens eine Schneidnut (NS) vorhanden ist, die entsprechend der zu erzeugenden Trennlinie verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidnut (NS) eine Schneidnutbreite (b) aufweist, die den jeweiligen Schneidbedingungen entlang der Schnittlinie/Schneidnut (NS) angepasst ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Schneidnutbreite (b) der Schneiddruck einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nutbreite (b2) in den Bereichen, in welchen ein größerer Schneiddruck (p2) erforderlich ist, größer ist, als die Nutbreite (b1) in den Bereichen, in denen ein kleinerer Schneiddruck (p1) erforderlich ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüch1 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidnutbreite so groß gewählt wird, dass bereits bei einem kleinsten erforderlichen Schneiddruck (p1), an der gesamten Schneidnut (NS) geschnitten wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüch1 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidnutbreite so groß gewählt wird, dass erst bei einem größten Schneiddruck (p2), an der gesamten Schneidnut (NS) geschnitten wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidnutbreite der Schneidnut (NS) in Abhängigkeit von der im Bereich der Schneidnut (NS) vorhandenen Blechdicke und/oder den Werkstoffeigenschaften des Werkstücks (W) variierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidnutbreite der Schneidnut (NS) in Bereichen geringer Blechdicke kleiner ist als in Bereichen größerer Blechdicke.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidnutbreite an einem erzeugten Innenradius (gestauchter Bereich) des Werkstücks (W) größer ist als an einem erzeugten Außenradius (ausgedünnter Bereich) des Werkstücks (W).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidnutbreite der Schneidnut (NS) in Abhängigkeit des Materialeinsatzes im Bereich der Schneidnut (NS) variierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidnutbreite der Schneidnut (NS) in Bereichen des Werkstücks (W) mit höheren Festigkeitseigenschaften größer ist als in Bereichen des Werkstücks (W) mit geringeren Festigkeitseigenschaften.