DE202016008337U1

DE202016008337U1 - Vorrichtung zum Formen von Hohlteilen mit kompliziertem Querschnitt

Info

Publication number: DE202016008337U1
Application number: DE202016008337.7U
Authority: DE
Original assignee: Harbin Institute of Technology Weihai
Current assignee: Harbin Institute of Technology Weihai
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2016-11-27
Publication date: 2017-09-06
Anticipated expiration: 2026-11-28
Also published as: WO2017107741A1; DE112016000224T5; DE112016000224B4; CN106311857A; GB201806559D0; CN106311857B; GB2560831A; US20170173655A1; US9808850B2

Abstract

Vorrichtung zum Formen eines Hohlteils mit kompliziertem Querschnitt, wobei: 1) Querschnittsumfänge des Hohlteils analysiert sind, um den kürzesten und längsten Querschnittsumfang zu ermitteln, wobei der Querschnitt mit dem kürzesten Umfang als Querschnitt A bezeichnet ist und der Querschnitt mit dem längsten Umfang als Querschnitt B bezeichnet ist; 2) ein Rohrrohling, dessen Querschnittsumfang, bezeichnet als „L”, der nicht länger als der des Querschnitts B des Hohlteils sein sollte, ausgewählt ist; 3) ein Formwerkzeug C, ein Formwerkzeug D und zwei Dichtstempel in Übereinstimmung mit der Form des Hohlteils gestaltet sind, was gleich oder ähnlich zum Stand der Technik ist und daher hierin nicht im Detail beschrieben ist; 4) der Rohrrohling in das Formwerkzeug D angeordnet ist, wodurch Enden des Rohrrohlings durch Dichtstempel abgedichtet sind und anschließend das Innere des Rohrrohlings mit einem fluiden Medium gefüllt ist; 5) das Formwerkzeug C in Richtung auf das Formwerkzeug D bewegt ist, so dass das Formwerkzeug C den Rohrrohling berührt; 6) der Innendruck des Rohrrohlings auf p1 eingestellt ist; 7) die Bewegung des Formwerkzeugs C in Richtung auf das Formwerkzeug D fortgesetzt ist, wobei ein Biegemoment M dadurch am Rohrrohling anhand der kombinierten Kraft-Aktionen der Formwerkzeuge und des Innendrucks erzeugt ist, wobei das Biegemoment M ermöglicht, dass die Querschnitte des Rohrrohlings einer Biegeverformung ausgesetzt sind und sukzessive in engen Kontakt mit Innenflächen der Formwerkzeuge C und D kommen; 8) der Innendruck des Rohrrohlings auf p2 eingestellt ist, wenn der Rohrrohling am Querschnitt A im engen Kontakt mit 80% bis 100% der Innenflächen der Formwerkzeuge C und D ist; wobei p2 größer als ein Druck sein sollte, der zum Unterdrücken von Faltenbildung beim Formen erforderlich ist, jedoch kleiner als ein Druck zum Umformen des Rohrrohlings, wobei Rechenmethoden für die zwei Drücke gleich oder ähnlich zum Stand der Technik sind und daher hierin nicht im Detail beschrieben sind; 9) die Bewegung des Formwerkzeugs C in Richtung auf das Formwerkzeug D fortgesetzt ist, bis der Rohrrohling an dem Querschnitt B im engen Kontakt mit sämtlichen Innenflächen der Formwerkzeuge C und D ist; wobei während dieses Vorgangs Seitenwände (LL und RR) des Rohrrohlings einer Druckverformungen mit Hilfe des Innendrucks p2 des Rohrrohlings an dem Querschnitt A ausgesetzt sind; und wobei der Rohrrohling an den anderen Querschnitten zuerst einer Biegeverformung anhand der kombinierten Kraft-Aktionen der Formwerkzeuge und des Innendrucks und dann Druckverformung ausgesetzt ist, während das obere Formwerkzeug gesenkt ist, nachdem der Rohrrohling mit 80% bis 100% der Innenflächen der Formwerkzeuge im Kontakt ist; 10) der Dichtstempel entnommen ist, um die Dichtung des Rohrrohlings aufzuheben; 11) das Formwerkzeug C entfernt ist, so dass das geformte Hohlteil entnommen werden kann; und 12) das geformte Hohlteil entnommen ist und anschließend das fluide Medium darin beseitig ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formvorrichtung insbesondere zum Formen eines Hohlteils mit kompliziertem Querschnitt, auf dem Gebiet der industriellen Fertigung.
Hintergrundtechnik
Da Energiekrisen und Umweltprobleme zunehmend an Bedeutung gewinnen, erhält Automobilbeleuchtung mehr und mehr Aufmerksamkeit. Vor diesem Hintergrund sind Hydroformvorrichtungen in den Vordergrund getreten und wird weitgehend eingesetzt, um ein Hohlteil mit kompliziertem Querschnitt eines Kraftfahrzeugs zu formen. Bei Hydroformvorrichtungen ist ein Rohrrohling in einem Formwerkzeug dazu veranlasst sich auszudehnen, um in engen Kontakt mit den Innenflächen des Formwerkzeugs zu kommen, indem die Innenseite des Rohrrohlings mit einem sehr hohen Innendruck beaufschlagt ist und dabei ein Hohlteil mit kompliziertem Querschnitt zu formen. In der Praxis weist diese Vorrichtung jedoch die folgenden Nachteile auf, die zu hohen Produktionskosten führen:

1. starke Abhängigkeit von einem Ultrahochdruckgenerator;
2. erforderlicher Formdruck kann mehr als 100 MPa betragen, für manche Hohlteile mit scharfen Kanten sogar mehrere 100 MPa, was die Produktionseffizienz aufgrund der langen Rücklaufzeit von Ultrahochdruck stark reduziert; und
3. erfordert aufgrund des hohen Formdrucks sehr große Geräte.

Basierend auf diesen besteht die vorliegende Erfindung darin, eine neue Formvorrichtung bereitzustellen, die den Verformungsmodus ändert, die übermäßige Abhängigkeit von Ultrahochdruck überwindet und dadurch Ziele einer erhöhten Produktionseffizienz und reduzierter Kosten erreicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Zur Lösung der oben aufgeführten Probleme stellt die vorliegende Erfindung eine neue Vorrichtung zum Formen eines Hohlteils mit kompliziertem Querschnitt bereit.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Formen eines Hohlteils mit kompliziertem Querschnitt, wobei:

1) Querschnittsumfänge des Hohlteils analysiert sind, um den kürzesten und längsten Querschnittsumfang zu ermitteln, wobei der Querschnitt mit dem kürzesten Umfang als Querschnitt A bezeichnet ist und der Querschnitt mit dem längsten Umfang als Querschnitt B bezeichnet ist;
2) ein Rohrrohling, dessen Querschnittsumfang, bezeichnet als „L”, der nicht länger als der des Querschnitts B des Hohlteils sein sollte, ausgewählt ist;
3) ein Formwerkzeug C, ein Formwerkzeug D und zwei Dichtstempel in Übereinstimmung mit der Form des Hohlteils gestaltet sind, was gleich oder ähnlich zum Stand der Technik ist und daher hierin nicht im Detail beschrieben ist;
4) der Rohrrohling in das Formwerkzeug D angeordnet ist, wodurch Enden des Rohrrohlings durch Dichtstempel abgedichtet sind und anschließend das Innere des Rohrrohlings mit einem fluiden Medium gefüllt ist;
5) das Formwerkzeug C in Richtung auf das Formwerkzeug D bewegt ist, so dass das Formwerkzeug C den Rohrrohling berührt;
6) der Innendruck des Rohrrohlings auf p1 eingestellt ist;
7) die Bewegung des Formwerkzeugs C in Richtung auf das Formwerkzeug D fortgesetzt ist, wobei ein Biegemoment M dadurch am Rohrrohling anhand der kombinierten Kraft-Aktionen der Formwerkzeuge und des Innendrucks erzeugt ist, wobei das Biegemoment M ermöglicht, dass die Querschnitte des Rohrrohlings einer Biegeverformung ausgesetzt sind und sukzessive in engen Kontakt mit Innenflächen der Formwerkzeuge C und D kommen;
8) der Innendruck des Rohrrohlings auf p2 eingestellt ist, wenn der Rohrrohling am Querschnitt A im engen Kontakt mit 80% bis 100% der Innenflächen der Formwerkzeuge C und D ist; wobei p2 größer als ein Druck sein sollte, der zum Unterdrücken von Faltenbildung bei Formvorrichtungen erforderlich ist, jedoch kleiner als ein Druck zum Umformen des Rohrrohlings, wobei Rechenmethoden für die zwei Drücke gleich oder ähnlich zum Stand der Technik sind und daher hierin nicht im Detail beschrieben sind;
9) die Bewegung des Formwerkzeugs in Richtung auf das Formwerkzeug D fortgesetzt ist, bis der Rohrrohling an dem Querschnitt B im engen Kontakt mit sämtlichen Innenflächen der Formwerkzeuge C und D ist; wobei während dieses Vorgangs Seitenwände (LL und RR) des Rohrrohlings einer Druckverformungen mit Hilfe des Innendrucks p2 des Rohrrohlings an dem Querschnitt A ausgesetzt sind; und wobei der Rohrrohling an den anderen Querschnitten zuerst einer Biegeverformung anhand der kombinierten Kraft-Aktionen der Formwerkzeuge und des Innendrucks und dann Druckverformung ausgesetzt ist, während das obere Formwerkzeug gesenkt ist, nachdem der Rohrrohling mit 80% bis 100% der Innenflächen der Formwerkzeuge im Kontakt ist;
10) der Dichtstempel entnommen ist, um die Dichtung des Rohrrohlings aufzuheben;
11) das Formwerkzeug C entfernt ist, so dass das geformte Hohlteil entnommen werden kann; und
12) das geformte Hohlteil entnommen ist und anschließend das fluide Medium darin beseitig ist.

Gemäß der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ist der Bereich des Rohrrohlings zuerst einer Biegeverformung bedingt durch den Innendruck und das Biegemoment ausgesetzt, das durch Aufsetzen des oberen Formwerkzeugs erzeugt ist, und dann komprimiert, um mit Hilfe des Innendrucks geformt zu werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt keinen Ultrahochdruckgenerator, um den Innendruck weiter zu erhöhen, um den Rohrrohling umzuformen, es kann aber ein Hohlteil mit kompliziertem Querschnitt schaffen, das unter einem geringen Druck geformt ist, und löst das technische Vorurteil, dass eine konventionelle Vorrichtung zum Formen von Hohlteilen dieser Art einen Ultrahochdruckgenerator benötigt. Die Vorrichtung ist nachvollziehbar sowie einfach gestaltet und weist eine hohe Produktionseffizienz auf. Ein mit dieser Vorrichtung geformtes Hohlteil ist exzellent in Eigenschaften, Form und Präzision. Daher weist die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung einen stark verkaufsfördernden Wert auf.
Kurzfigurenbeschreibung
1 ist eine schematische Ansicht der Form eines Hohlteils.
2 bietet eine erklärende Ansicht auf einen Arbeitszustand, in dem ein Rohrrohling in ein Formwerkzeug D platziert ist.
3 bietet eine erklärende Ansicht auf einen Arbeitszustand, in dem der Rohrrohling abgedichtet und mit einem fluiden Medium gefüllt ist.
4 bietet eine erklärende Ansicht auf einen Arbeitszustand, in dem ein Formwerkzeug C gesenkt ist um in Kontakt mit dem Rohrrohling zu kommen.
5 bietet eine erklärende Ansicht auf einen Arbeitszustand, in dem das Formwerkzeug C gesenkt ist bis der Rohrrohling in Kontakt mit 80% bis 100% der Innenflächen der Formwerkzeuge ist.
6 bietet eine erklärende Ansicht auf einen Arbeitszustand, indem das Formwerkzeug C gesenkt ist bis der Rohrrohling in engem Kontakt mit 100% der Innenflächen der Formwerkzeuge ist.
In diesen Figuren sind die Bezugszeichen (1) für Hohlteil, (2) für Rohrrohling, (3) für Formwerkzeug C, (4) für Formwerkzeug D und (5) für Dichtstempel enthalten.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
Bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug zu den beigefügten Figuren im Detail beschrieben.
In einer Ausführung (1 bis 6) enthält eine Vorrichtung und deren Arbeitsverfahren zum Formen eines Hohlteils (1) mit kompliziertem Querschnitt, dass:

1) Querschnittsumfänge des Hohlteils (1) analysiert sind, um den kürzesten und längsten Querschnittsumfang zu ermitteln, wobei der Querschnitt mit dem kürzesten Umfang als Querschnitt A bezeichnet ist und der Querschnitt mit dem längsten Umfang als Querschnitt B bezeichnet ist;
2) ein Rohrrohling (2), dessen Querschnittsumfang, bezeichnet als „L”, der nicht länger als der des Querschnitts B des Hohlteils (1) sein sollte, ausgewählt ist;
3) ein Formwerkzeug C, ein Formwerkzeug D und zwei Dichtstempel (5) in Übereinstimmung mit der Form des Hohlteils (1) gestaltet sind, was gleich oder ähnlich zum Stand der Technik ist und daher hierin nicht im Detail beschrieben ist;
4) der Rohrrohling (2) in das Formwerkzeug D angeordnet ist, wodurch Enden des Rohrrohlings (2) durch Dichtstempel (5) abgedichtet sind und anschließend das Innere des Rohrrohlings (2) mit einem fluiden Medium gefüllt ist;
5) das Formwerkzeug C in Richtung auf das Formwerkzeug D bewegt ist, so dass das Formwerkzeug C den Rohrrohling (2) berührt;
6) der Innendruck des Rohrrohlings (2) auf p1 eingestellt ist;
7) die Bewegung des Formwerkzeugs C in Richtung auf das Formwerkzeug D fortgesetzt ist, wobei ein Biegemoment M dadurch am Rohrrohling (2) anhand der kombinierten Kraft-Aktionen der Formwerkzeuge und des Innendrucks erzeugt ist, wobei das Biegemoment M ermöglicht, dass die Querschnitte des Rohrrohlings (2) einer Biegeverformung ausgesetzt sind und sukzessive in engen Kontakt mit Innenflächen der Formwerkzeuge C und D kommen;
8) der Innendruck des Rohrrohlings (2) auf p2 eingestellt ist, wenn der Rohrrohling (2) am Querschnitt A im engen Kontakt mit 80% bis 100% der Innenflächen der Formwerkzeuge C und D ist; wobei p2 größer als ein Druck sein sollte, der zum Unterdrücken von Faltenbildung beim Formen erforderlich ist, jedoch kleiner als ein Druck zum Umformen des Rohrrohlings, wobei Rechenmethoden für die zwei Drücke gleich oder ähnlich zum Stand der Technik sind und daher hierin nicht im Detail beschrieben sind;
9) die Bewegung des Formwerkzeugs C in Richtung auf das Formwerkzeug D fortgesetzt ist, bis der Rohrrohling (2) an dem Querschnitt B im engen Kontakt mit sämtlichen Innenflächen der Formwerkzeuge C und D ist; wobei während dieses Vorgangs Seitenwände (LL und RR) des Rohrrohlings einer Druckverformungen mit Hilfe des Innendrucks p2 des Rohrrohlings an dem Querschnitt A ausgesetzt sind; und wobei der Rohrrohling an den anderen Querschnitten zuerst eine Biegeverformung anhand der kombinierten Kraft-Aktionen der Formwerkzeuge und des Innendrucks und dann Druckverformung ausgesetzt ist, während das obere Formwerkzeug gesenkt ist, nachdem der Rohrrohling mit 80% bis 100% der Innenflächen der Formwerkzeuge im Kontakt ist;
10) der Dichtstempel (5) entnommen ist, um die Dichtung des Rohrrohlings aufzuheben;
11) das Formwerkzeug C entfernt ist, so dass das geformte Hohlteil (1) entnommen werden kann; und
12) das geformte Hohlteil (1) entnommen ist und anschließend das fluide Medium darin beseitig ist.

In einer Ausführung ist das fluide Medium eine Flüssigkeit oder ein Gas.
In einer Ausführung beträgt p1 0,1 bis 10 MPa und p2 0,5 bis 100 MPa.
In einer Ausführung ist der Rohrrohling in aus Metall gefertigt.
In einer Ausführung ist der Rohrrohling aus Aluminiumlegierung, Weichstahl, hochfestem Stahl, Magnesiumlegierung, Hartlegierung oder Hochtemperaturlegierung gefertigt.
Die vorliegende Erfindung kann folgende technische Effekte erzielen:

1. die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt das Umformen bei erhöhtem Druck nicht, kann das Hohlteil (1) beim Schließen des Formwerkzeugs formen und weist dabei eine hohe Produktionseffizienz auf;
2. der erforderliche Flüssigkeitsdruck beim Aufsetzen ist kleiner als bei einer Hydroformvorrichtung, wodurch bei der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung die Abhängigkeit von einem Ultrahochdruckgenerator entfällt; und
3. beim Formen durch Aufsetzen, ist der Rohrrohling Biege- und Druckverformungen ausgesetzt. Unter diesem Verformungsmodus können Hohlteile (1) mit einheitlicher Wandstärke und kompakten Strukturen erzielt werden und sogar aus Materialien geringer Plastizität Hohlteile (1) mit kompliziertem Querschnitt geformt sein.

Die obige Beschreibung betrifft lediglich bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung und ist nicht zur Einschränkung der vorliegenden Erfindung aufgeführt. Sämtliche Modifikationen und Änderungen, die nicht vom Umfang des Wesens der Erfindung abweichen, werden als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung angesehen.

Claims

Vorrichtung zum Formen eines Hohlteils mit kompliziertem Querschnitt, wobei: 1) Querschnittsumfänge des Hohlteils analysiert sind, um den kürzesten und längsten Querschnittsumfang zu ermitteln, wobei der Querschnitt mit dem kürzesten Umfang als Querschnitt A bezeichnet ist und der Querschnitt mit dem längsten Umfang als Querschnitt B bezeichnet ist; 2) ein Rohrrohling, dessen Querschnittsumfang, bezeichnet als „L”, der nicht länger als der des Querschnitts B des Hohlteils sein sollte, ausgewählt ist; 3) ein Formwerkzeug C, ein Formwerkzeug D und zwei Dichtstempel in Übereinstimmung mit der Form des Hohlteils gestaltet sind, was gleich oder ähnlich zum Stand der Technik ist und daher hierin nicht im Detail beschrieben ist; 4) der Rohrrohling in das Formwerkzeug D angeordnet ist, wodurch Enden des Rohrrohlings durch Dichtstempel abgedichtet sind und anschließend das Innere des Rohrrohlings mit einem fluiden Medium gefüllt ist; 5) das Formwerkzeug C in Richtung auf das Formwerkzeug D bewegt ist, so dass das Formwerkzeug C den Rohrrohling berührt; 6) der Innendruck des Rohrrohlings auf p1 eingestellt ist; 7) die Bewegung des Formwerkzeugs C in Richtung auf das Formwerkzeug D fortgesetzt ist, wobei ein Biegemoment M dadurch am Rohrrohling anhand der kombinierten Kraft-Aktionen der Formwerkzeuge und des Innendrucks erzeugt ist, wobei das Biegemoment M ermöglicht, dass die Querschnitte des Rohrrohlings einer Biegeverformung ausgesetzt sind und sukzessive in engen Kontakt mit Innenflächen der Formwerkzeuge C und D kommen; 8) der Innendruck des Rohrrohlings auf p2 eingestellt ist, wenn der Rohrrohling am Querschnitt A im engen Kontakt mit 80% bis 100% der Innenflächen der Formwerkzeuge C und D ist; wobei p2 größer als ein Druck sein sollte, der zum Unterdrücken von Faltenbildung beim Formen erforderlich ist, jedoch kleiner als ein Druck zum Umformen des Rohrrohlings, wobei Rechenmethoden für die zwei Drücke gleich oder ähnlich zum Stand der Technik sind und daher hierin nicht im Detail beschrieben sind; 9) die Bewegung des Formwerkzeugs C in Richtung auf das Formwerkzeug D fortgesetzt ist, bis der Rohrrohling an dem Querschnitt B im engen Kontakt mit sämtlichen Innenflächen der Formwerkzeuge C und D ist; wobei während dieses Vorgangs Seitenwände (LL und RR) des Rohrrohlings einer Druckverformungen mit Hilfe des Innendrucks p2 des Rohrrohlings an dem Querschnitt A ausgesetzt sind; und wobei der Rohrrohling an den anderen Querschnitten zuerst einer Biegeverformung anhand der kombinierten Kraft-Aktionen der Formwerkzeuge und des Innendrucks und dann Druckverformung ausgesetzt ist, während das obere Formwerkzeug gesenkt ist, nachdem der Rohrrohling mit 80% bis 100% der Innenflächen der Formwerkzeuge im Kontakt ist; 10) der Dichtstempel entnommen ist, um die Dichtung des Rohrrohlings aufzuheben; 11) das Formwerkzeug C entfernt ist, so dass das geformte Hohlteil entnommen werden kann; und 12) das geformte Hohlteil entnommen ist und anschließend das fluide Medium darin beseitig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das fluide Medium eine Flüssigkeit oder ein Gas ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei p1 0,1 bis 10 MPa und p2 0,5 bis 100 MPa beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Rohrrohling aus Metall gefertigt ist.