DE2366023A1

DE2366023A1 - Vorrichtung zum hochgeschwindigkeitsumformen von hohlzylindrischen metallischen werkstuecken

Info

Publication number: DE2366023A1
Application number: DE19732366023
Authority: DE
Inventors: Kohei Adachi; Masanobu Takamatsu; Hiroshi Tominaga
Original assignee: Tokyu Car Corp
Current assignee: Tokyu Car Corp
Priority date: 1973-07-21
Filing date: 1973-07-21
Publication date: 1977-07-28

Description

1, Kamariya-cho, Kanazawa-ku, Yokohama-shi,

Kanägawa-ken, Japan

Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeitsumforinen von hohlzylindrischen metallischen Werkstücken

Die Erfindung "betrifft eine Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeitsumformen von hohlzylindrischeη oder polygon-rohrförmigen metall-Iisehen Werkstücken in einer mehrteiligen iOrmkammer mit Druckflüssigkeit, die von einem Druckstosserzeuger erzeugt über eine in der Formkammer mündende Düse in den Hohlraum des zentrisch zur Düsenachse in der iOrmkammer abgestützten Werkstücks wirkt.

Aus der DT-AS 1 552 110 ist eine Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeitsumformen hohl zylindrischer metallischer Werkstücke mit Druckflüssigkeit in einer mehrteiligen Formkammer "bekannt. Eine über eine Düse an die Formkammer angeschlossene Druckkammer mit einem beaufschlagbaren Plunger dient als Druckstosserzeuger. Das Werkstückist in der Formkammer gegen Ausnehmungen in der Formkammerwandung abgedichtet einsetzbar. Entlüftungskanäle münden in den Ausnehmungen sowie in einer mit dem Inneren des eingesetzten Werkstücks in Verbindung stehenden Kammer. Es handelt sich um eine Vorrichtung mit geschlossenem Druckkamersystem

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bei dem die eingefüllte und entlüftete¹ Flüssigkeit über den j

Druckstosserzeuger unter Druck gesetzt wird und die Umformung j ' des Werkstücks in die Ausnehmungen der lOrmkammer bewirkt. Da- j 'bei ist nach jedem Umformarbeitsgang eine neue entlüftete Druck-j ^; flüssigkeit bereitzustellen. Konstruktion und Handhabung dieser . Vorrichtung sind keineswegs einfach. Jeder Arbeitsgang erfordert I wenigstens 12 Sekunden. Die Arbeitsleistung ist dementsprechend gering.

Bei der Fertigung von aus hohl zylindrischen Werkstücken umge- ! formten Gegenständen mit Durchlässen in der Wendung besteht das Problem, dass ein derartiger Gegenstand bisher nicht oder nur unbefriedigend in einem Arbeitsgang erstellt werden kann, da zu-J gleich beim Entstehen des Durchlasses der Verformungsdruck abfällt, so dass die Gefahr besteht, dass der Umformvorgang über die Fläche des Werkstücks gesehen noch nicht zu Ende gebracht ι ist.

Auch ist schon eine Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeitsumformen von Metallstücken, insbesondere Metallplatten, mit einem Flüssig keitsstrahl an einer mit Vertiefung versehenen Form bekannt (CH-PS'3-5Ί 061). Der Flüssigkeitsstrahl wird hier aus einer mit einem Druckerzeuger gekoppelten Strahldüse, auf das im Abstand j von der Düsenaustrittsöffnung an der Form anliegenden Werkstücks aufgestrahlt. Die Beaufschlagung des frei in der Atmosphäre angeordneten Werkstücks durch den Druckstrahl ist indessen nicht ι gleichmässig. Die Fertigung von aus dem Werkstück geformten Ge-¹ genständen mit Durchlässen in einem Arbeitsgang ist hierbei nich j ohne Qualitätseinbussen darstellbar,
i

j Die Erfindung zielt sonach darauf ab, unter Ausräumung dieser j Nachteile mit einfachen Mitteln eine Vorrichtung zu schaffen, ; mit der das Umformen eines hohlzylindrischen Werkstücks in eineri

' Formkammer sowie das Anbringen von Durchlässen und EinwöTbungen

in und an der Wandung des Werkstücks in einem Arbeitsgang zuver- : lässig darstellbar ist. j

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Dies wird bei einer Vorrichtung der einleitend genannten G-attungj dadurch erreicht, dass dor Hohl raum des Werkstücks durch einen [ mit Zwischenraum zur Inn en wan rl des Werkstücks im Hohlraum angeordneten Leitkörper Dach einer Seite abgeschlossen ist und an der gegenüber liegenden Seite, an der die Düse mündet, mit der Atmosphäre in Verbindung steht, dass das zur Lu.se weisende Ende des Leitkörpers die Form einer zu einer Spitze auslaufenden Einschnürung aufweist und dass in der Formkammerinnenwandung Ausnehmungen vorgesehen sind, in denen Schneidwerkzeuge mit jeweils wenigstens einer Schärfe gegen Federwirkung verschiebbar sind.

Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Form der im Abstand vom Ende des Leitkörpers angeordnete Austrittsöffnung der Düse eine der Form des Endes entsprechende Ausbildung aufweist.

\ Dadurch ist eine vorgebbare Einleitung des Flüssigkeitsstrahles • aus der Düse in den Hohlraum des Werkstücks darstellbar.

Eine weitere Weiterbildung besteht darin, dass der Leitkörper

! über

j in Achsrichtung des Werkstücks bzw. der Formkammer/ eine Antriebs-· j einheit verschiebbar ist.

ι Dadurch wird das Einlegen und Fixieren des Werkstücks und die Einsteilung des aus der Düse austretenden Flüssigkeitsstrahles vereinfacht.

Eine weitere Weiterbildung besteht darin, dass die Formteile der IForrakammer jeweils über eine Antriebseinheit verschiebbar sind.

' Dadurch ist ein einfaches und schnelles Oeffnen und Schliessen !der Formkammer und damit ein Herausnehmen des umgeformten Werksttlcks sowie Einlegen und Fixieren des Werkstücks in der ■Formkammer gegeben.

Eine weitere Weiterbildung besteht darin, dass die Antriebsein- :hext und die Antriebseinheiten an eine gemeinsame Druckmittel-'quelle angeschlossen sind.

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j Dadurch ist sichergestellt, dass die Bewegung der Formteile und des Leitkörpers aufeinander abgestimmt erfolgt.

Damit ist eine Vorrichtung gegeben, die einen einfachen Aufbau aufweist und rasch und einfach zu bedienen ist. Die Anwendung eines HochgeschwindigkeitsflUssigkeitsstrahles, eines Wasserstrahles, in Verbindung mit dieser Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Umformen dünnwandiger metallischer Werkstücke von vergleichsweise geringer Dicke und geringer Elastizitätsgrenze, j wobei das Umformen des Werkstücks gleichzeitig mit einem Durchtrennen der Wandung des Werkstücks verbunden ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in beigefügten Zeichnungen wiedergegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Achsenschnitt durch eine Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeit sumformen mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer mehrteiligen Formkammer in geöffnetem Zustand

Fig. 2 in grössereui Masstab einen Achsenschnitt durch die Formkaramer nach Fig. 1 in geschlossenem Zustand mit eingesetztem Werkstück vor dem Umformen,

Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt der Formkammer mit eingesetztem Werkstück nach.dem Umformen und |

Fig. 4 einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt durch ein zweites j Ausführungsbeispiel einer mehrteiligen Formkammer in geschlossenem Zustand mit eingesetztem Werkstück vor dem Umformen, wobei die Formkammer mit einem Schneidwerkzeug ausgerüstet ist.

Die Fig. 1 zeigt einen vertikalen Achsenschnitt einer geteilten j Formkammer 12 mit Formteilen 13» Ί3'. Die Formkammer 12 weist

im Γ an der Innenwandung eine Vertiefung oder Ausnehmung Hund eine/ \ wesentlichen zylindrischer Form zum Einsatz eines auf einem Sok-j kel 10 angeordneten hohlzylindrischen oder Polygon-rohrförmigen : Werkstücks 9 auf. ^n den Aussenwänden sind die Formteile 13, Ί3'■ mit je einer Kolbenstange 14, 14¹ verbunden, die ^atl Kolben

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16, 16' in Zylindern 15, 15' befestigt*sind. Zufolge der Kopplung der Formteile 13, 13' mit den luftbetätigbaren Antriebseinheiten 15, 16; 15', 16' können die beiden Formteile 13, 13' zum Oeffnen und Schliessen der Formkammer 12 fur das Einlegen • bzw. Herausnehmen der zu verformenden bzw. verformten Werkstücke ' seitwärts verschoben werden.

Senkrecht zu der Formkammer 12 ausgerichtet ist über dieser (siehe Fig. 1) ein Leitkörper 21 vorgesehen, der von oben nach , unten gesehen aus einem oberen Flanschrand 17, der sich im ge-■ schlossenen Zustand der Formkammer auf deren oberen Aussenflache abstützt und die Formkammer 12 nach oben, abschliesst, aus einem sich darunter anschliessenden Abschnitt 18 von grossem Durch- ; messer, der sich in geschlossenem Zustand der Formkammer 12 un- '. ter Zwischenschaltung des Werkstücks 9 dicht an den oberen Ab- _: schnitt der Formkammer 12 anlegt und so das Werkstück 9 in gej eigneter Position hält, und aus einem sich an den Abschnitt 18 j anschliessenden. Abschnitt 19 der einen etwas kleineren Durchmesser als der Abschnitt 18 aufweist, so dass in geschlossenem j Zustand der Formkammer 12 zwischen Aussenwand des Abschnitts 19 und der Innenwand des zu verformenden Werkstücks 9 ein schmaler Ringspalt belassen ist, und/am unteren Ende 20 die Form einer j zu einer Spitze oder Fase auslaufenden Einschnürung aufweist. Am oberen als Flauschrand 17 ausgebildeten Ende greift am Leitkörper 21 eine Kolbenstange 22 an, die mit einem in einem Zylinder 23 geführten Kolben 24 verbunden ist. Der Leitkörper 21 kann sonach über die Antriebseinheit 23, 24 vertikal in und aus i der Formkammer 12 "bewegt werd.en. Zentrisch zum Leitkörper 21 an- ! geordnet ragt durch den Sockel 10 eine Düse 25, deren Austritts-I öffnung oder Mtindung dem mit einer Spitze versehenen Ende 20 des Leitkörpers 21 entsprechend ausgestaltet ist. Im in die Formkammer 12 abgesenkten bzw. eingeordneten Zustand des Leitkörpers ■21 ist zwischen Ende 20 und Austrittsöffnung der Düse 25 ein Ab-I ! stand belassen, so dass - wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich • eine Eingspalt geblieben ist, wodurch eine aus der Düse 25 in ! den Hohlraum29 dejg in der Formkammer 12 im Bereich des Abschnitt^ 18 fixierten Werkstücks 9 eindringende Druckflüssigkeit eine ' j entsprechende Strahlforra bzw. Ausbildung gegeben wird. Die Düse

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25 ist über eine Leitung 26 an einen DVuckstosserzeuger 27 angeschlossen, in dem - wie nicht näher ausgeführt - stossartig ein Ueberdruck erzeugt werden kann. Der Abschnitt Ί8 mit grossem Durchmesser kann noch eine Dichtungspackung tragen, um eine gute Abdichtung zur Inneuwandung des zu verformenden Werkstücks zu erreichen. Entlüftungskanäle 28 sind in Pig. 1 und 2 in der Formkammer 12 und im Leitkörper 2Ί in Fig. 1 sichtbar.

Die beiden luftbetriebenen Antriebseinheiten 15, 16; 1.5% 16' ·> die das Verstellen der Formteile 13, 13' "bewirken, sind hier an dieselbe Druckraittelquelle 50 angeschlossen, wie die Antriebseinheit 23, 24 für den Leitkörper 21, so dass die Bewegungjnder Formteile und des Leitkörpers gekoppelt sind,beispielsweise das Oeffnen der Formkammer 12 und das Ausheben des Leitkörpers 21

und
, gleichseitig/zwangsläufig erfolgt.

Die Ausnehmung 11 in der Formkammer 12 ist nicht auf die in der Zeichnung wiedergegebenen Ausbildung beschränkt. Sie kann auch jede andere verlangte und den Anforderungen an die durch Umformen der Werkstücke zu erstellenden Gegenstände entsprechende Form erhalten. In Fig. 4 ist in der Ausnehmung 11 der Formkammer 12 ein Schneidwerkzeug 31 radial geführt im Bereich des Abschnitts 19 von kleinerem Durchmesser des Leitkörpers 21 gelegen ! angeordnet und weist an der dem Werkstück 9 zugewandten Fläche

wenigstens eine spitz zulaufende Schärfe auf, mit welcher es in \ die Wandung des Werkstücks 9 eindringen kann. An der dem Werk-' stück 9 abgewandten Seite greift am Schneidwerkzeug 31 (siehe j Fig. 4-) eine Feder 32 oder ein elastisches Material wie Gummi, j Kunststoff oder Vinyl, Nylon an.

: Die Betriebsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 bis 4- ist folgende ■ Zunächst wird ein hohlzylindrisches oder polygon-rohrförmiges . WerkstückSaus Blech auf dem Sockel 10 aufgestellt. Dana werden

die Formteile 13, 13' über die Antriebseinheiten 15, 16; 15'» . und der Leitkörper 21 über die Antriebseinheiten 23, 24- aufein- ! ander zubewegt und die Formkammer 12 geschlossen, wobei das j Werkstück 9 über den Abschnitt 18 in der Formkammer fixiert wird;.

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Danach wird Flüssigkeit, Wasser, in die Leitung 26 und die Düse 25 gegeben und dann über den Druckstosserzeuger 27 momentan unter Druck gesetzt, so dass sich ein Druckflüssigkeitsstrahl von

hoher Geschwindigkeit ergibt, der sich durch den zwischen Düse 25 und Ende 20 gebildeten Bingspalt wie in Fig. 3 durch Pfeile argestellt, in den Hohlraum 29 des Werkstücks 9 schiesst und

unmittelbar oder an der Aussenwandung des Abschnitts 19 ,reflek-

° diese

tiert die Irinenwandung des Werkstücks 9 beaufschlagt und/in die Ausnehmungen 11 der Formkammer 12 hinein umformt. Mit dem Umformen des Werkstücks kommt dieses mit dem Schneidwerkzeug 31 in Kontakt. Dieses wird gegen die Wirkung der Feder 32 von dem sich verformenden Werkstück 9 zunächst radial nach aussen bewegt und schneidet schliesslich in dessen Wandung ein, wobei diese durchtrennt und der Form des Sehnexdwerkzeugs 3t entsprechend eingewölbt wird. Das Umformen des Werkstücks 9 und das Einschneiden durch das Schneidwerkzeug 31 erfolgt gleichzeitig in einem Arbeitsgang.

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Claims

ι Patent;anspräche

u 1),'Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeitsumformen von hohlzylin-I drischen oder polygon-rohrförmigen metallischen Werkstücken in ! einer mehrteiligen Formkatnmer mit Druckflüssigkeit, die von ei-I η em Druckstosserzeuger erzeugt über eine in der loririkamEer saünj dende Düse in den Hohlraum des zentrisch zur Düsenachse in der j Formkammer abgestützten Werkstücks wirkt, dadurch¹ gekennzeich-, net, dass der Hohlraum (29) des Werkstücks (9) durch einen mit : Zwischenraum zur Innenwand des Werkstücks (9) im. Hohlraum (29) j angeordneten Leitkörper (21) nach, einer Seite abgeschlossen ist ; und an der gegenüber liegenden Seite, an der die Düse (25) mündet, mit der Atmosphäre in Verbindung steht, dass das zur Düse (25) weisende Ende (20) des Leitkörpers (21) die 'Form, einer zu einer Spitze auslaufenden Einschnürung aufweist und dass in der Formkammerinnenwandung Ausnehmungen (11) vorgesehen sind, in denen Schneidwerkzeuge (31) mit jeweils wenigstens einer Schärfe!

gegen Federwirkung (32) verschiebbar sind. . j

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ί2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die! -Form der im Abstand vom Ende (20) des Leitkörpers (21) angeord- j

nete Austrittsoffnung der Düse (25) eine der Form des Endes (20)j entsprechende Ausbildung aufweist.

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3) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, I dass der Leitkörper_(21) in Achsrichtung des Werkstücks.(9) bzw. der Formkammer (i2)/eine Antriebseinheit (22, 23, 24) verschiebjbar ist.

j .

J4) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, [dass die Formteile (13, 13') der Formkammer (12) jeweils über eine Antriebseinheit (14, 15, 16; 14', 15', 16') verschiebbar ■sind.

5) Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (22, 23» 24) und die Antriebseinheiten 1(14, 15, 16; 14', "T5' , 16') an eine, gemeinsame Druckmittelquelle |(30) angeschlossen sind.