DE4322424C1

DE4322424C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines metallenen Hohlkörpers nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren

Info

Publication number: DE4322424C1
Application number: DE19934322424
Authority: DE
Inventors: August Wilhelm Schaefer
Original assignee: Wilhelm Schaefer Maschinenbau & Co 57234 Wilnsdorf De GmbH; SCHAEFER MASCHBAU WILHELM
Current assignee: Schuler Hydroforming GmbH and Co KG
Priority date: 1993-07-06
Filing date: 1993-07-06
Publication date: 1994-09-15
Anticipated expiration: 2013-07-07

Description

Die Erfindung betrifft einerseits ein Verfahren zum Herstellen eines metallenen Hohlkörpers aus einem Rohr abschnitt nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren, wobei im Rohrabschnitt ein Überdruck eines Druckmittels aufgebaut und gleichzeitig der Rohrabschnitt axial gestaucht wird, und andererseits eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bestehend aus einer Innenhochdruckumformpresse, deren Umformwerkzeug eine mit einer Innenhochdruckquelle verbundene Stauchwerkzeuganordnung aufweist.

In der Produktionstechnik werden immer höhere Maßstäbe an die Qualität der erzeugten Produkte angelegt. Dabei wirken als Hauptfaktoren die Qualität bzw. Güte des Rohmaterials, die Qualität bzw. Stabilität des Prozesses und die Qualifikation des Bedienungspersonals auf die letztendlich erreichte Produktqualität. Unvermeidliche Schwankungen in der Güte des Rohmaterials und in seinen Abmessungen beeinflussen das Produktionsergebnis in besonderem Maße. So kann in der Teilefertigung aus Rohrabschnitten Ausschuß entstehen, wenn die Dicke der zugeführten Rohrabschnitte im Laufe der Fertigung zu gering wird. Um solche Fehler zu vermeiden, müssen relevante Parameter des Rohmaterials laufend überwacht werden. Abweichungen von vorgegebenen Werten sind nur in engen Grenzen zulässig. Diese Grenzen sind um so enger, je empfindlicher der Produktionsprozeß auf Abweichungen reagiert, d. h. je weniger eigenstabil er ist. Dieser Eigenstabilität des Prozesses kommt somit große Bedeutung zu. Die erzeugte Produktqualität ist nur dann von Parameterschwankungen weitgehend unabhängig, wenn der Prozeß hinsichtlich dieser Parameter möglichst stabil ist. In weiten Bereichen der Rohrumformtechnik läßt sich jedoch eine relativ hohe Instabilität der Produktionsprozesse ins besondere in bezug auf Schwankungen der Materialdicke des Rohrmaterials und seiner plastomechanischen Eigenschaften feststellen.

Bekannt ist es zwar aus "Blech Rohre Profile", 1991, Seiten 505 bis 508 und "Werkstattstechnik", 1989, Seiten 210 bis 214, beim Innenhochdruck-Umformverfahren Innendruck und Axialkraft aufeinander abzustimmen. Bekannt ist auch aus "Bänder Bleche Rohre", 8-1991, Seiten 19 bis 29, beim Innenhochdruck-Umformverfahren die Sollwertfunktionen für Axialkraft und Innendruck in die Maschinensteuerung zu übertragen und das Einhalten der vorgegebenen Sollwerte durch eine Maschinenregelung zu gewährleisten, die über Meßsensoren die Umformung überwacht und Abweichungen ausregelt. Eine Lösung der oben geschilderten Probleme ist damit so ohne weiteres aber nicht gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie man im Rahmen der eingangs genannten Maßnahmen zu einer erhöhten Eigenstabilität kommt.

In verfahrensmäßiger Hinsicht besteht die Erfindung darin, daß die Stauchkraft in Abhängigkeit vom Stauchweg gemessen und mit einer vorgegebenen Stauchkraft verglichen wird, und daß bei Abweichen von der vorgegebenen Stauchkraft der Druck des Druckmittels im Rohrabschnitt auf einen die fehlerfreie Umformung gewährleistenden Wert geändert wird, indem bei Überschreiten der vorgegebenen Stauchkraft der Druck des Druckmittels erhöht und bei Unterschreiten erniedrigt wird. In vorrichtungsmäßiger Hinsicht besteht die Erfindung darin, daß die Stauchwerkzeuganordnung mit einer Fühleranordnung zur Messung von Stauchweg und Stauch kraft versehen ist und die Fühleranordnung an eine Steuereinrichtung zum Einstellen des Druckes der Innen hochdruckquelle im umzuformenden Rohrabschnitt ange schlossen ist.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen zeichnen sich hinsichtlich Schwankungen der Abmessungen und der plastomechanischen Werte des Rohrmaterials bzw. der Rohrabschnitte durch eine bemerkenswerte Eigenstabilität des Produktionsprozesses aus. Es tritt eine weitgehend selbständige Korrektur von Materialdicken- und Festigkeitsschwankungen im Werkstück auf. Möglich ist eine mehr oder weniger selbständige Selektion fehlerhafter Werkstücke bei nicht korrigierbarem Rohrmaterialfehler. Folglich kann von Fall zu Fall sowohl auf eine eingehende Qualitätskontrolle des Rohrmaterials hinsichtlich konstanter Wanddicke als auch auf eine Festigkeits- und Dichtheitskontrolle der gefertigten Werkstücke verzichtet werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausfüh rungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Teil einer Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlkörpers in einem schematischen Längsschnitt und

Fig. 2-4 den Verlauf von Stauchkraft und Innendruck in Abhängigkeit vom Stauchweg für drei verschiedene Fälle.

Die Fig. 1 zeigt in einem schematischen Längsschnitt einen Teil einer Vorrichtung zum Herstellen eines Hohlkörpers aus einem Rohrabschnitt R nach dem Innenhochdruck-Um formverfahren. Die Vorrichtung besteht aus einer Innenhochdruckumformpresse, deren Umformwerkzeug 1 eine mit einer Innenhochdruckquelle 2 verbundene Stauchwerkzeug anordnung 3 aufweist. Die Stauchwerkzeuganordnung 3 ist mit einer Fühleranordnung 4 zur Messung von Stauchweg und Stauchkraft versehen. Diese Fühleranordnung 4 ist an eine Steuereinrichtung 5 zum Einstellen des Druckes der Innen hochdruckquelle 2 im umzuformenden Rohrabschnitt R ange schlossen.

Die Formgebungsverhältnisse des Innenhochdruck-Umformver fahrens bedingen eine besondere Art des Werkstoffflusses in der Umformzone. Die Stauchwerkzeuganordnung 3 staucht das Werkstück mit der Stauchkraft F_a in axialer Richtung um einen bestimmten Betrag, während der Innendruck p_i für ein Anlegen des Werkstoffes an die Wände des Umformwerkzeuges 1 sorgt. Der Werkstofffluß kann durch die beschriebene An ordnung gezielt beeinflußt und in weiten Grenzen auf das herzustellende Werkstück abgestimmt werden. Für die Umformung eines Rohrabschnittes R zu einem Hohlkörper ist zu jedem Zeitpunkt der Umformung ein bestimmter Innendruck p_i und in jeder Stellung der Stauchwerkzeuganordnung 3 eine bestimmte axiale Stauchkraft F_a notwendig. Diese Parameter sind von Toleranzen der Wanddicke s₀ und der plasto mechanischen Eigenschaften (Fließkurve) des umzuformenden Rohrabschnittes R abhängig. Ohne entsprechende Anpassung des Innendruckes kann eine zu geringe Materialdicke zum Platzen des Werkstückes während der Umformung führen und eine zu hohe Festigkeit sowie Dicke des Rohrwerkstoffes dazu, daß das Werkstück nicht ausformbar ist. Dieser Zusammenhang zwischen axialer Stauchkraft sowie Innendruck einerseits und Wanddicke sowie Festigkeit des Werkstückes andererseits ermöglicht das selbstkorrigierende Regelver halten des Umformprozesses. Der Istwert der Stauchkraft wird während des Prozesses an jeder Zylinderposition gemessen und mit dem durch die elektronische Steuer einrichtung 5 vorgegebenen Wert verglichen. Dieser Vorgabewert ist ebenso wie der dazugehörige Innendruck in Vorversuchen während einer Nullserie ermittelt worden. Ein kleinerer Istwert deutet beispielsweise auf eine toleranzbedingte kleinere Wanddicke oder Festigkeit hin, während ein größerer Istwert durch Schwankungen der Festigkeit oder Wanddicke zu höheren Werten hin verursacht wird. In beiden Fällen stellt sich der Innendruck in bestimmten Grenzen selbständig auf die tatsächlich vorhandene Stauchkraft und damit auf den zu fehlerfreien Umformungen erforderlichen Wert ein, indem er entweder über einen vorgegebenen Wert ansteigt bzw. darunter abfällt. Dadurch wird erreicht, daß sich Ungleichmäßigkeiten der Wanddicke und der plastomechanischen Werte des Werkstückes durch geänderte Umformparameter weitestgehend automatisch ausgleichen. Dieses selbstkorrigierende Prozeßregelungs verhalten des beschriebenen Innenhochdruck-Umformverfahrens sorgt dafür, daß sich das Werkstück während der weiteren Umformung in einem homogenen Zustand befindet und die ge wünschte Endform erreicht. Der verbleibende sehr geringe Restanteil von Werkstücken, bei dem die beschriebene Korrektur nicht möglich ist, versagt im allgemeinen durch den hohen Innendruck während der Umformung. Eine nachfol gende Prüfung der Fertigprodukte kann meistens entfallen.

Fig. 2 zeigt den Innendruck p_i und die Stauchkraft F_a in Abhängigkeit vom Stauchweg x, wenn Wanddicke und Festigkeit innerhalb der Toleranzen liegen; man erkennt ein Gutteil fenster für die Stauchkraft aus der Vorserie. Fig. 3 zeigt den korrigierten Innendruck und die Stauchkraft für zu geringe Wanddicke und Fig. 4 dasselbe für zu hohe Festig keit.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines metallenen Hohlkörpers aus einem Rohrabschnitt nach dem Innenhochdruck-Um formverfahren, wobei im Rohrabschnitt ein Überdruck eines Druckmittels aufgebaut und gleichzeitig der Rohrabschnitt axial gestaucht wird, dadurch gekenn zeichnet, daß die Stauchkraft in Abhängigkeit vom Stauchweg gemessen und mit einer vorgegebenen Stauchkraft verglichen wird und daß bei Abweichen von der vorgegebenen Stauchkraft der Druck des Druckmittels im Rohrabschnitt auf einen die fehlerfreie Umformung gewährleistenden Wert geändert wird, indem bei Überschreiten der vorgegebenen Stauchkraft der Druck des Druckmittels erhöht und bei Unterschreiten erniedrigt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer Innenhochdruck-Um formpresse, deren Umformwerkzeug eine mit einer Innen hochdruckquelle verbundene Stauchwerkzeuganordnung auf weist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stauchwerkzeug anordnung (3) mit einer Fühleranordnung (4) zur Messung von Stauchweg und Stauchkraft versehen ist und die Fühleranordnung (4) an eine Steuereinrichtung (5) zum Einstellen des Druckes der Innenhochdruckquelle (2) im umzuformenden Rohrabschnitt (R) angeschlossen ist.