DE4342562A1

DE4342562A1 - Process for cross extrusion of hollow bodies by reducing the tube wall

Info

Publication number: DE4342562A1
Application number: DE19934342562
Authority: DE
Inventors: Janez Dipl Ing Pipan
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-05-17
Filing date: 1993-12-14
Publication date: 1994-11-24
Also published as: JPH08510960A; EP0700323B1; WO1994026437A3; DE69401752T2; RU2116861C1; EP0700323A1; ES2100068T3; DK0700323T3; SI9300258A; DE69401752D1; WO1994026437A2

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein neuartiges, zur Kaltmassiv umformung gehörendes Verfahren des radialen Fließpressens von rohrartigen Werkstücken durch Reduzieren der Wanddicke. Nach diesem Verfahren können metallische Rohre in verschiedene Hohlteile umgeformt werden, die bereits die endgültige Form annehmen oder eine Zwischenform erreichen, die nur noch ein geringes Nachbearbeiten, z. B. durch Zerspanen, erfordert.The subject of the invention is a new type of cold massif forming process of radial extrusion of tubular workpieces by reducing the wall thickness. To This process can be used in different types of metallic pipes Hollow parts are reshaped that are already the final shape accept or reach an intermediate form that only one minor reworking, e.g. B. by machining required.

Das technische Problem, welches durch die vorgelegte Erfindung erfolgreich gelöst wurde, ist die Entwicklung und Ausführung eines Verfahrens, mit dem es möglich ist, einfache Rohrab schnitte mit kleiner oder mittlerer Wanddicke oder solche, die vorher an einem Ende aufgeweitet wurden, in kompliziertere axialsymmetrische Hohlteile umzuformen. Kennzeichnend für diese Teile ist ein langer zylindrischer Schaft, der in eine Form übergeht, die eine sprunghafte Vergrößerung des Durch messers sowie eine rasche Veränderung der Wanddicke und des Querschnitts ermöglicht.The technical problem caused by the presented invention has been successfully solved is the development and execution a method by which it is possible to simply pipe cuts with small or medium wall thickness or those that previously widened at one end, into more complicated ones to form axially symmetrical hollow parts. Characteristic of this part is a long cylindrical shaft that fits into one Form passes, which is a sudden increase in through knife and a rapid change in the wall thickness and the Cross-section allows.

Typische Formen von Teilen, die nach dem neuen Verfahren ge fertigt werden können, zeigt Bild 2, in dem links von der Symmetrieachse jeweils der Ausgangszustand des Rohres, rechts davon dessen Endzustand nach der Umformung dargestellt ist.Typical shapes of parts that can be manufactured using the new process are shown in Figure 2, which shows the initial state of the pipe to the left of the axis of symmetry and the final state of the pipe to the right of it after the forming.

Die Herstellung langer, dünnwandiger rotionssymmetrischer Formteile durch Kaltumformung von Rohren ist besonders er wünscht bei hochbeanspruchten Teilen. Dadurch werden einer seits bessere Festigkeitseigenschaften erzielt, die als Folge der Werkstoffverfestigung und Faserstruktur beim Umformen entstehen, andererseits ist jedoch beim Umformen von Rohren wegen der größeren geometrischen Ähnlichkeit der Ausgangs- und Endform des Werkstücks die für die Umformung erforderliche plastische Formänderung relativ gering, so daß das Umformen nicht mehr in mehreren Stufen mit entsprechender Zwischenglü hung erfolgen muß und auch eine ausreichende Zähigkeit des Rohrwerkstoffs erhalten bleibt.The production of long, thin-walled, rotationally symmetrical He is especially shaped by cold forming pipes wishes for highly stressed parts. This makes one hand achieved better strength properties as a result the material strengthening and fiber structure during forming arise, on the other hand, however, when forming pipes because of the greater geometric similarity of the initial and The final shape of the workpiece is the one required for forming plastic shape change relatively small, so that the forming no longer in several stages with the corresponding intermediate glow hung must take place and also a sufficient toughness of the Pipe material is preserved.

Bei der Stückgutfertigung werden die Halbzeuge in Form von Rohren überwiegend durch Verfahren umgeformt, bei denen die Wanddickenänderung nicht das Ziel, sondern die Folge einer Durchmesser- und Längenänderung sind. Solche Verfahren sind z. B. das Rohrbiegen, Aufweiten, Verjüngen, hydrostatisches Weiten und das Aufweiten und Engen durch Drücken.The semi-finished products are manufactured in the form of Pipes predominantly formed by processes in which the Change in wall thickness is not the goal, but the result of one Changes in diameter and length are. Such procedures are e.g. B. pipe bending, expanding, tapering, hydrostatic Widening and expanding and tightening by pressing.

Zu einer gewollten Änderung der Wanddicke kommt es dagegen bei solchen Verfahren wie das Reduzieren, Vorwärtsfließpressen, Querfließpressen, Drückwalzen, Rundkneten und Rotationsstau chen von Rohrenden. Ein besonderes Problem stellt das Umformen von Rohren, wenn örtliche rotationssymmetrische Verdickungen der Rohrwand oder sprunghafte Änderungen ihrer Querschnitts form gefordert werden.However, there is a deliberate change in the wall thickness such processes as reducing, forward extrusion, Cross extrusion, spinning rollers, round kneading and rotary jam pipe ends. Forming poses a particular problem of pipes if there are local rotationally symmetrical thickenings the pipe wall or sudden changes in its cross-section form.

Eine örtliche rotationssymmetrische Änderung der Wanddicken kann nur durch axiales Stauchen von Rohrabschnitten erreicht werden, wobei aber bei einem nicht abgestütztem Rohr rota tionssymmetrische Falten auftreten, die unterbunden werden können, wenn die Rohrwand von innen durch den Dorn und von außen durch die Matrize abgestützt wird. Wegen der großen Reibfläche wirkt sich in diesem Fall der Einfluß der Reibung sehr stark aus. Er ist um so größer, je kleiner die Wanddicke im Verhältnis zum Durchmesser ist und je länger der abgestütz te Teil des Rohres ist, der die aktive Stempelkraft übertragen muß. Das Problem der Reibung ist besonders groß beim Verfahren des Querfließpressens von Rohren, bei dem die für das plasti sche Fließen des Werkstoffs erforderlichen Druckspannungen in der Umformzone auch um ein Mehrfaches größer sein können, als die Fließspannung. Das konventionelle Verfahren des radialen Fließpressens von Rohren, bei dem der Arbeitshub des Werkzeugs über die beiden Rohrenden übertragen wird, kann deshalb nur zum Umformen von kürzeren Rohrabschnitten bzw. Rohren mit größeren Wanddicken verwendet werden.A local rotationally symmetrical change in wall thickness can only be achieved by axially compressing pipe sections be, but rota with an unsupported pipe symmetrical folds occur, which are prevented can, if the tube wall from the inside through the mandrel and from is supported on the outside by the die. Because of the big one In this case, the friction surface is affected by the influence of the friction very strong. The smaller the wall thickness, the greater it is in relation to the diameter and the longer the support is te part of the tube that transmits the active punch force got to. The problem of friction is particularly great in the process the transverse extrusion of pipes, in which the for the plasti flow of the material in necessary compressive stresses the forming zone can also be several times larger than the yield stress. The conventional method of radial Extrusion of pipes, in which the working stroke of the tool can only be transmitted via the two pipe ends for forming shorter pipe sections or pipes with larger wall thicknesses can be used.

Das erfindungsgemäße Verfahren des Querfließpressens von Rohren durch Reduzieren der Rohrwand besteht darin, daß ein entsprechender Rohrabschnitt, welcher an einem Ende aufgewei tet werden kann, in ein Hohlformwerkzeug (Matrize) eingesetzt und umgeformt wird. Von einer Seite wirkt auf das rohrförmige Werkstück ein mit einer bestimmten Haltekraft beaufschlagter Stempel, in dem sich ein beweglicher Dorn befindet. Von der anderen Seite drückt auf die Innenwand des Rohres ein Gegen stempel, dessen Durchmesser größer ist als der Innendurchmes ser des Rohres. Während des Arbeitshubs schiebt der Gegenstem pel den beim Reduzieren der Wanddicke entstehenden Werkstoff überschuß nach vorn, wobei der Werkstoff den Anfangsspalt zwischen dem Dorn und dem Rohr bzw. den leeren Raum in der Matrize und im Stempel ausfüllt.The inventive method of cross extrusion from Pipes by reducing the pipe wall is that a Corresponding pipe section, which was welded at one end can be inserted into a hollow mold (die) and is reshaped. The tubular one acts from one side Workpiece with a certain holding force Stamp with a movable mandrel. Of the the other side presses against the inner wall of the tube stamp whose diameter is larger than the inside diameter water of the pipe. The opponent pushes during the working stroke pel the material created when reducing the wall thickness excess forward, the material being the initial gap between the mandrel and the tube or the empty space in the Fills in the die and in the stamp.

Nähere Erläuterung der Erfindung geht aus dem ausgeführten Beispiel und den Bildern 1 und 2 hervor. Dabei zeigt:A more detailed explanation of the invention can be found in the example and Figures 1 and 2. It shows:

Bild 1 die Prinzipskizze des Querfließpressens durch Reduzieren der Rohrwand am Beispiel eines Hohl teiles mit einseitiger zylindrischen Aufweitung und Innenansatz vor und nach der Umformung; Figure 1 shows the basic sketch of cross extrusion by reducing the tube wall using the example of a hollow part with a cylindrical expansion on one side and an inner shoulder before and after the forming;

Bild 2 drei typische Beispiele von Hohlteilen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren des Quer fließpressens herstellbar sind. Figure 2 shows three typical examples of hollow parts that can be produced by the cross-extrusion process according to the invention.

Die Grundlage des Querfließpressens durch Reduzieren der Rohr wand dargestellt am Beispiel eines Hohlteiles mit einseitiger zylindrischen Aufweitung und Innenansatz vor und nach der Umformung ist aus Bild 1 zu erkennen. Das neuartige Verfahren kann sowohl auf vertikalen, als auch auf horizontalen Pressen mit mechanischem oder hydraulischem Antrieb durchgeführt wer den, die mindestens zweifach-, in der Regel jedoch dreifach wirkend sein müssen.The basis of transverse extrusion by reducing the tube wall is shown in the example of a hollow part with a cylindrical expansion on one side and an inner shoulder before and after the forming can be seen in Figure 1. The new method can be carried out on both vertical and horizontal presses with mechanical or hydraulic drives, which must be at least double, but usually triple.

Das in Bild 1 gezeigte Rohr 1, dessen oberes Ende vorher auf geweitet werden kann, wird in die am Pressentisch befestigte Matrize 3 eingesetzt. Dann wird der Stempel 4 in Ausgangsstel lung gefahren, in der er eine stetige Haltekraft F₁ ausüben muß, um den erforderlichen hydrostatischen Druck in der Um formzone A, in welcher der radiale Fließpreßvorgang stattfin det, gewährleisten zu können. Im Stempel 4 befindet sich ein beweglicher Dorn 5, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als der Anfangsinnendurchmesser des Rohres 1, um ein leichteres Eindringen des Dorns zu ermöglichen. Anstelle des beweglichen Dorns 5 kann auch eine besondere Ausführung des Gegenstempels benutzt werden, der an der Vorderseite einen entsprechend langen Zapfen hat, dessen Durchmesser demjenigen des bewegli chen Dorns 5 entspricht.The tube shown in Figure 1 1, the upper end can be expanded to previously, is used in the fixed die on the press table. 3 Then the plunger 4 is moved to the starting position, in which it must exert a constant holding force F 1 in order to be able to ensure the required hydrostatic pressure in the order form zone A in which the radial extrusion process takes place. In the punch 4 there is a movable mandrel 5 , the diameter of which is slightly smaller than the initial inside diameter of the tube 1 , in order to allow the mandrel to penetrate more easily. Instead of the movable mandrel 5 , a special version of the counter-punch can also be used, which has a correspondingly long pin on the front, the diameter of which corresponds to that of the movable mandrel 5 .

Den Arbeitshub bewirkt der Gegenstempel 2, der im Bereich des Vorderteils dicker ist als der Innendurchmesser des Rohres 1. Während des Arbeitshubs wird deshalb der überschüssige Werk stoff im Rohrinneren (die Differenz der Volumina) in Richtung des Stempels 4 verdrängt, wobei zuerst der anfängliche Spalt zwischen dem Dorn 5 und dem Rohr 1 ausgefüllt wird, dann aber - bei gleichzeitigem schnellen Anstieg des hydrostatischen Drucks auf den Wert, der durch die Haltekraft F₁ begrenzt ist - auch noch der leere Raum B im Stempel 4, der später dem Ansatz die Endform verleiht. In Bezug auf die gewünschte Endform des herzustellenden Teils, kann der leere Raum B auch in die Matri ze 3 verlegt werden. Die genaue Endform des Hohlteile, die durch die Form der Matrize 3, des Stempels 4, des Gegenstem pels 2, des Dorns 5 und durch die Länge des Arbeitshubs des Gegenstempels 2 festgelegt ist, erhält man nur bei genügend großem hydrostatischen Innendruck, der durch die Kraft F₁ begrenzt ist. Einen wesentlichen Beitrag zur Formgebung des Ansatzes B im Inneren des Hohlteils (Bild 1), leistet die Reibung zwischen dem Werkstück (Rohr 1) und dem Dorn 5. The counter stroke 2 , which is thicker in the area of the front part than the inner diameter of the tube 1, brings about the working stroke. During the working stroke, therefore, the excess material inside the pipe (the difference in volumes) is displaced in the direction of the punch 4 , the initial gap between the mandrel 5 and the pipe 1 being filled first, but then - with a simultaneous rapid increase in the hydrostatic pressure to the value that is limited by the holding force F 1 - also the empty space B in the punch 4 , which later gives the approach the final shape. With regard to the desired final shape of the part to be manufactured, the empty space B can also be moved into the die 3 . The exact final shape of the hollow parts, which is determined by the shape of the die 3 , the stamp 4 , the Gegenstem pels 2 , the mandrel 5 and the length of the working stroke of the counter-stamp 2 , can only be obtained with a sufficiently large hydrostatic internal pressure caused by the Force F 1 is limited. The friction between the workpiece (tube 1 ) and the mandrel 5 makes a significant contribution to the shape of the extension B inside the hollow part ( Figure 1).

Infolge des hydrostatischen Drucks in der Umformzone A kann es unter Umständen zum Fließen des Werkstoffs entgegen der Bewe gung des Gegenstempels (im Bild 1 senkrecht nach unten) kom men. Das wird durch zweckmäßige Form des verdickten Vorder teils des Gegenstempels 2 verhindert, besonders der Länge der Verdickung L_p, von der die in der Bewegungsrichtung des Gegen stempels 2 wirkende Reibung abhängt. Das unerwünschte Rück wärtsfließen des Werkstoffs verhindert zum Teil auch die starr abgestützte Auswerfhülse 6, über die jedoch nur eine begrenzte Kraft übertragen werden darf, die noch keine axiale Stauchung des Rohres unter dem verdickten Teil des Gegenstempels 2 ver ursachen kann.As a result of the hydrostatic pressure in the forming zone A, the material may flow against the movement of the counter-punch (in figure 1 vertically downwards). This is prevented by the appropriate shape of the thickened front part of the counter-die 2 , especially the length of the thickening L _p , on which the friction acting in the direction of movement of the counter-die 2 depends. The undesirable backward flow of the material partly prevents the rigidly supported ejector sleeve 6 , but only a limited force may be transmitted via it, which can not yet cause axial compression of the tube under the thickened part of the counter-punch 2 .

Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Einfluß der Reibung auf die Umformkraft F₁ auch bei größeren Längen des zylindrischen Werkstückteiles beherrschbar ist, und zwar durch entsprechende Dimensionierung des Durchmessers des Dorns 5 sowie des verdickten Teils des Gegenstempels 2. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß der Spalt zwischen dem Rohr 1 und dem Dorn 5 vollkommen ausgefüllt wird, was eine Erhöhung des hydrostatischen Drucks in der Zone A, und damit auch der besonders im letzten Teil des Arbeitshubs auf den Gegenstempel wirkenden Reibungskraft, zur Folge hat.A particular advantage of the invention is that the influence of the friction on the forming force F 1 is manageable even with longer lengths of the cylindrical workpiece part, by appropriate dimensioning of the diameter of the mandrel 5 and the thickened part of the counter-punch 2 . In this way it can be achieved that the gap between the tube 1 and the mandrel 5 is completely filled, which increases the hydrostatic pressure in zone A, and thus also the frictional force acting on the counter-punch in the last part of the working stroke Consequence.

Bild 2 zeigt drei typische Formen von Hohlteilen, die nach dem neuen Verfahren herstellbar sind, wobei die Querschnitte links von der Symmetrieachse die Ausgangsform, die Längsschnitte rechts von der Symmetrieachse die Endform der Teile darstellen. Bei den Beispielen 2a und 2b, die Einzelteile von Hochdruckar maturen sein könnten, ist eine vorhergehende Umformung des geraden Rohres vom Ausgangsdurchmesser auf den Durchmesser D₄ bzw. D₁ durch Aufweiten oder Verjüngen vorgesehen. Die Form des Teiles 2c, die ein Kupplungsteil darstellen könnte, wird da gegen direkt aus einem geraden Rohrstück mit dem Außendurch messer D₁ und Innendurchmesser D₀ hergestellt. Ein wesentliches Verfahrensmerkmal des erfundenen Querfließpressens von Rohren durch Reduzieren der Rohrwand ist, daß die Länge des umgeform ten Werkstücks etwa gleich bleibt. Demgegenüber vergrößert sich der ursprüngliche Ausgangs-Innendurchmesser des Rohres D₀ im Bereich des Schaftes auf den Durchmesser der Verdickung des Gegenstempels D₂, während im Übergang in die Zone des radialen Fließpreßvorgangs der Innendurchmesser des Rohres auf den Durchmesser des Dornes D₃ verkleinert wird. Figure 2 shows three typical shapes of hollow parts that can be produced using the new process, with the cross-sections to the left of the axis of symmetry representing the initial shape and the longitudinal sections to the right of the axis of symmetry representing the final shape of the parts. In Examples 2a and 2b, which could be items of high pressure fittings, a previous shaping of the straight tube from the initial diameter to the diameter D₄ or D₁ is provided by widening or tapering. The shape of part 2 c, which could represent a coupling part, is produced against directly from a straight pipe section with the outside diameter D 1 and inside diameter D 4. An essential procedural feature of the invented transverse extrusion of pipes by reducing the pipe wall is that the length of the deformed workpiece remains approximately the same. In contrast, the original initial inside diameter of the tube D₀ increases in the area of the shaft to the diameter of the thickening of the counter-punch D₂, while in the transition to the zone of the radial extrusion process, the inside diameter of the tube is reduced to the diameter of the mandrel D₃.

Zur Offenbarung der vorliegenden Erfindung gehört auch der Aufsatz des Anmelders mit dem Titel "Querfließpressen von Hohlkörpern durch Reduzieren der Rohrwand", erschienen in der Zeitschrift Umformtechnik 27 (1993), S. 262-267.The disclosure of the present invention also includes the Article by the applicant entitled "Cross Extrusion from Hollow bodies by reducing the tube wall ", appeared in the Zeitschrift Umformtechnik 27 (1993), pp. 262-267.

Claims

1. A method for cross extrusion by reducing the tube wall of a hollow body, characterized in that a tubular workpiece ( 1 ) in a corresponding hollow mold (die 3 ) is formed, the previously widened on one side end of the tube piece with a certain holding force acting punch ( 4 ) with movable inner mandrel ( 5 ), while a counter-punch ( 2 ) acting from the other side during the working stroke displaces the excess material volume by stretching the tube wall in the direction of the stationary punch ( 4 ), this pushing the Initial gap between the mandrel ( 5 ) and the tube ( 1 ), the gap between the tube and the punch ( 4 ), and an arbitrarily shaped empty space (B) fills.

2. The method according to claim 1, characterized in that the diameter of the raw res inserted into the die ( 1 ) is the same over the entire length.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that instead of the movable mandrel ( 5 ) in the punch ( 4 ) on the front of the counter-punch ( 2 ) a pin is introduced, the diameter of which is equal to the diameter of the mandrel ( 5 ) .