DE4431517C2 - Method of forming end pieces on tubular metal workpieces - Google Patents
Method of forming end pieces on tubular metal workpiecesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen von Endstücken an rohrförmigen Werkstücken aus Metall, insbesondere im Zuge der Herstellung von Druckbehältern. - Das Verfahren eignet sich zur Herstellung von druckfesten, stirnseitig geschlossenen Rohren, wobei der Rohrdurchmesser von einigen Millimetern bis einigen hundert Millimetern variieren kann. Das Verfahren ist insbesondere auch geeignet zur Herstellung von Druckgasflaschen, wobei der Boden und der Hals nach dem beschriebenen Verfahren gleichzeitig geformt werden.The invention relates to a method for molding of End pieces on tubular workpieces of metal, in particular in the course of the production of pressure vessels. - The process is suitable for the production of pressure-resistant, frontally closed tubes, wherein the Pipe diameter from a few millimeters to a few hundred Millimeters can vary. The method is particular also suitable for the production of compressed gas cylinders, wherein the bottom and neck according to the procedure described be shaped at the same time.
Aus DE-PS 8 57 333 ist ein Verfahren zur Herstellung von Druckgasflaschen bekannt, wobei mittels des Verfahrens Endstücke mit einem offenen Flaschenhals hergestellt werden. Im Rahmen der bekannten Maßnahmen wird das Werkstück in eine schräg zur Werkstücklängsachse geteilte Form eingeführt. Die Form ist in einem Werkzeughalter drehbeweglich angeordnet und wälzt während der Formgebung auf dem Mantel des Werkstückes ab. Dabei werden entweder das Werkstück oder der Halter rotierend angetrieben. Zur Aufnahme des bei der Formgebung ausgeübten Drucks wird in den Zwischenraum zwischen der Form und dem Werkstück ein Profilgegendruckstück eingesetzt, welches eine fensterartige Ausnehmung aufweist. Das Profilgegendruckstück und der Halter sind fest miteinander verbunden. Durch die fensterartige Ausnehmung wird der Berührungskontakt zwischen der Form und dem Werkstück hergestellt. Das Verfahren hat keinen Eingang in die Praxis gefunden.From DE-PS 8 57 333 is a process for the preparation of Compressed gas cylinders known, by means of the method Tails made with an open neck become. As part of the known measures is the Workpiece divided into an oblique to the workpiece longitudinal axis Form introduced. The mold is in a tool holder rotatably arranged and rolls during molding on the mantle of the workpiece. In doing so, either the workpiece or the holder driven in rotation. to Intake of the pressure exerted during the molding process is in the gap between the mold and the workpiece Profilgegendruckstück used, which is a having window-like recess. The Profile back pressure piece and the holder are firmly together connected. Through the window-like recess is the Contact between the mold and the workpiece manufactured. The procedure has no entrance into the Found practice.
In der Praxis werden der Boden sowie der Hals von Druckgasflaschen zumeist durch Schmieden hergestellt. Dabei wird mit einer Form gearbeitet, die das zu formende Endstück des rohrförmigen Rohlings mit geringem Spiel aufnimmt. Während der Formgebung rotiert das Werkstück, allerdings mit sehr geringer Umdrehungsgeschwindigkeit. Die Stellbewegung, mit der der erforderliche Preßdruck erzeugt wird, liegt in der Praxis im Bereich von 100 bis 300 mm/min. Die Umformungsgeschwindigkeit ist verbesserungsbedürftig. Zur Herstellung geschlossener, druckfester Böden ist eine zusätzliche Feuerverschweißung im Bodenbereich erforderlich. Die nach dem bekannten Verfahren hergestellte Oberfläche bedarf einer Nachbearbeitung. Zur Her stellung von Massenerzeugnissen ist das bekannte Verfahren zu aufwendig und zu langsam.In practice, the bottom as well as the neck of Compressed gas cylinders mostly made by forging. It is worked with a shape that forms the End piece of the tubular blank with little play receives. During molding, the workpiece rotates, but with very low rotation speed. The adjusting movement, with the required pressing pressure is generated in practice in the range of 100 to 300 mm / min. The deformation rate is in need of improvement. For making closed, pressure-resistant floors is an additional Feuerverschweißung required in the ground area. The after the well-known Process produced surface requires one Post processing. To Her The production of mass products is the known method too elaborate and too slow.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Formen von Endstücken an rohrförmigen Werkstücken aus Metall anzugeben, welches eine große Umformgeschwindigkeit ermöglicht und für die Fertigung von Massenprodukten geeignet ist.The invention is based on the object, a method for forming end pieces on tubular workpieces Metal indicate which a large forming speed allows and for the production of mass products suitable is.
Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zum Formen von Endstücken von rohrförmigen Werkstücken aus Metall, insbesondere im Zuge der Herstellung von Druckbehältern, bei dem ein Ende des Werkstückes in eine Form, deren Aufnahmedurchmesser wesentlich größer ist als der Werkstückdurchmesser, eingeführt und durch Pressen geformt wird, wobeiThe invention and solution of this problem is a Method for forming end pieces of tubular Workpieces of metal, in particular in the course of Production of pressure vessels in which one end of the Workpiece in a mold whose receiving diameter is much larger than the workpiece diameter, introduced and formed by pressing, wherein
- die Form und das Werkstück während der Formgebung von separaten Antrieben in gleicher Drehrichtung um ihre Längsachsen, die parallel versetzt zueinander ausgerichtet sind, rotierend angetrieben werden,the shape and the workpiece during molding of separate drives in the same direction of rotation about their longitudinal axes, which are offset in parallel aligned with each other, rotating are driven,
- das zu formende Ende des Werkstückes vor dem Einführen in die Form auf Schmiedetemperatur erwärmt wird,the end of the workpiece to be formed before Inserting into the mold at forging temperature is heated,
- die Drehzahlen der Form und des Werkstückes so auf einander abgestimmt sind, daß das Werkstück und die Form mit gleichen Umfangsgeschwindigkeiten umlaufen, undthe speeds of the mold and the workpiece so on are matched to each other, that the workpiece and the shape with the same peripheral speeds to run around, and
- die Drehzahlen des Werkstückes und der Form sowie der radiale Abstand zwischen den Rotationsachsen des Werkstückes und der Form so bemessen werden, daß durch eine vom Werkstückumfang radial nach innen zur Längsachse des Werkstückes zunehmende Reibung die Schmelztemperatur des geformten, metallischen Werkstoffes im Bereich der Rohrlängsachse erreicht und durch lokales Aufschmelzen des metallischen Werkstoffes das Endstück bei der Formgebung auch druckdicht geschlossen wird.the speeds of the workpiece and the mold as well the radial distance between the axes of rotation of the workpiece and the shape are measured that by a radially from the workpiece circumference increasing towards the longitudinal axis of the workpiece Friction the melting temperature of the molded, metallic material in the field of Pipe longitudinal axis reached and by local Melting of the metallic material Tailpiece also pressure-tight during molding is closed.
Die Form weist eintrittsseitig einen zylindrischen Abschnitt auf, an dem das Werkstück während der Formgebung abrollt. Werkstück und Form rotieren mit gleicher Umfangsgeschwindigkeit. Der an dem zylindrischen Abschnitt der Form abrollende Teil des Werkstückes ist folglich keiner Reibung ausgesetzt. Da der Aufnahmedurchmesser der Form größer ist als der Werkstückdurchmesser und die Rotationsachsen des Werkstückes und der Form mit radialem Abstand zueinander angeordnet sind, tritt bei der Formgebung Reibung zwischen dem sich formenden Endstück und der Form auf, die vom Werkstückumfang radial nach innen zur Längsachse des Werkstückes zunimmt. Die beschriebenen Effekte ermöglichen eine überraschend hohe Umformgeschwindigkeit bei gleichzeitiger Verbesserung des Gefüges und der Oberfläche der sich formenden Endstücke. Hohe Umdrehungsgeschwindigkeiten fördern dabei den Umformvorgang. Die stirnseitige Relativbewegung zwischen dem Werkstück und der Form wird erfindungsgemäß genutzt, um in Form einer Reibschweißung das Endstück im Bereich der Werkstücklängsachse druckdicht zu verschließen. Eine zusätzliche Feuerschweißung ist nicht mehr erforderlich.The shape has a cylindrical on the inlet side Section on which the workpiece during molding rolls. Workpiece and mold rotate with the same Circumferential speed. The on the cylindrical section the form rolling part of the workpiece is therefore not exposed to friction. Since the recording diameter of the Form is larger than the workpiece diameter and the Rotation axes of the workpiece and the form with radial Distance from each other, occurs in the Shaping friction between the forming end piece and the shape radially outward from the workpiece periphery increases inside to the longitudinal axis of the workpiece. The described effects allow a surprisingly high Forming speed while improving the Structure and the surface of the forming tails. High rotational speeds promote this Forming process. The frontal relative movement between the workpiece and the mold is used according to the invention, in the form of a friction weld the tail in the area to close the workpiece longitudinal axis pressure-tight. A additional fire welding is no more required.
Im Rahmen der Erfindung liegt es schließlich, an beiden Enden des Werkstückes gleichzeitig Endstücke anzuformen, wobei mit zwei zum Werkstück axial verschiebbaren Formen gearbeitet wird. Diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gestattet es beispielsweise, in einem Arbeitstakt Boden und Hals von Druckgasflaschen zu formen. In the context of the invention, it is finally, at both Ends of the workpiece at the same time to form end pieces, wherein with two to the workpiece axially displaceable shapes is working. This embodiment of the invention Procedure allows, for example, in one Working cycle to shape the bottom and neck of compressed gas cylinders.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht überraschend hohe Umformgeschwindigkeiten. In nicht zum Stand der Technik gehörenden Versuchen konnte die Umformgeschwindig keit im Vergleich zu einem nach dem Stand der Technik ausgeführten Schmiedeverfahren um mehr als das Zehnfache gesteigert werden. Darüber hinaus weisen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Oberflächen eine hohe Oberflächengüte auf, die im allgemeinen einer Nach bearbeitung nicht mehr bedürfen. Das erfindungsgemäße Verfahren erscheint besonders für die Serienfertigung von Massenprodukten geeignet.The inventive method allows surprising high forming speeds. In not to the state of Technik belonging experiments could the Umformgeschwindig speed compared to one of the prior art forging processes more than tenfold be increased. In addition, after the show A method according to the invention produced surfaces high surface quality, which is generally a Nach processing no longer require. The invention Procedure seems especially for the mass production of Suitable for mass products.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellen den Zeichnung erläutert. Es zeigen schematischIn the following the invention represent only one embodiment with reference to one explained the drawing. It show schematically
Fig. 1 den Längsschnitt durch eine Werkzeuganordnung zum Formen von geschlossenen oder weitgehend geschlos senen Enden an rohrförmigen Werkstücken aus Metall, Fig. 1 is a longitudinal section through a tool assembly for forming a closed or substantially closed-end ends on tubular workpieces of metal,
Fig. 2 den Schnitt I-I in Fig. 1, und Fig. 2 shows the section II in Fig. 1, and
Fig. 3 eine Ausführung des Verfahrens zum gleichzeitigen Formen des Halses und des Bodens von Druckgas flaschen. Fig. 3 shows an embodiment of the method for simultaneously forming the neck and the bottom of compressed gas bottles.
Die in den Figuren dargestellte Werkzeuganordnung weist eine Form 1 bzw. ein Gesenk auf, welches in einem Gehäuse 2 drehbar gelagert ist. An der Stirnseite des Gehäuses ist eine Induktionsheizung 3 vorgesehen, die das zu formende Ende eines rohrförmigen Werkstückes 4 auf Schmiede temperatur erwärmt. Das Rohrende des Werkstückes wird in die konkav gekrümmte Form eingeführt und durch Pressen geformt, wobei der Preßdruck durch Vorschubbewegung der Form und/oder des Werkstückes erzeugt wird. Mit gestrichelter Linienführung ist das Werkstück 4 nach seiner Formgebung dargestellt. Das Rohrende des Werk stückes ist zu einem kalottenförmigen Boden 5 geformt.The tool arrangement shown in the figures has a mold 1 or a die, which is rotatably mounted in a housing 2 . On the front side of the housing, an induction heater 3 is provided, which heats the forming end of a tubular workpiece 4 at the forging temperature. The tube end of the workpiece is inserted into the concave curved shape and formed by pressing, wherein the pressing pressure is generated by advancing movement of the mold and / or the workpiece. With dashed lines the workpiece 4 is shown after its shape. The pipe end of the work piece is formed into a dome-shaped bottom 5 .
Während der Formgebung rotiert das Werkstück 4 um seine Längsachse 6. Der Aufnahmedurchmesser D der Form 1 ist wesentlich größer als der Werkstückdurchmesser d. Den Fig. 1 und 2 entnimmt man ferner, daß die Form 1 in gleicher Drehrichtung wie das Werkstück 4 um eine zur Längsachse 6 des Werkstückes 4 parallele Drehachse 7 rotiert, wobei die Drehachse 7 der Form 1 radial versetzt zur Längsachse 6 des Werkstückes 4 angeordnet ist. Ein trittsseitig weist die Form 1 einen zylindrischen Abschnitt 8 auf. Einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 2 entnimmt man, daß das Werkstück 4 während der Formgebung an diesem zylindrischen Abschnitt 8 abrollt.During shaping, the workpiece 4 rotates about its longitudinal axis 6 . The receiving diameter D of the mold 1 is substantially larger than the workpiece diameter d. Figs. 1 and 2 further removes that the mold 1 rotates in the same direction as the workpiece 4 about a longitudinal axis 6 of the workpiece 4 parallel axis of rotation 7 , wherein the axis of rotation 7 of the mold 1 radially offset to the longitudinal axis 6 of the workpiece 4 is. On the exit side, the mold 1 has a cylindrical section 8 . A comparative consideration of Figs. 1 and 2 takes it that the workpiece 4 rolls during the shaping of this cylindrical portion 8 .
Die Form 1 und das Werkstück 4 werden von separaten, hier nicht dargestellten Antrieben, rotierend angetrieben, wobei die Drehzahlen jeweils mehr als 500 min-1 während der Formgebung betragen. Dabei sind die Drehzahlen so aufeinander abgestimmt, daß Werkstück 4 und Form 1 mit gleichen Umfangsgeschwindigkeiten umlaufen.The mold 1 and the workpiece 4 are driven in rotation by separate, not shown drives, wherein the speeds are each more than 500 min -1 during the molding. The speeds are coordinated so that workpiece 4 and form 1 rotate at the same peripheral speeds.
Da der Aufnahmedurchmesser D der Form 1 größer ist als der Werkstückdurchmesser d und die Rotationsachsen 6, 7 des Werkstückes 4 und der Form 1 mit radialem Abstand a zuein ander angeordnet sind, tritt bei der Formgebung des Endstückes Reibung zwischen dem Werkstück 4 und der Form 1 auf, wobei die Reibung vom Werkstückumfang nach innen zur Rohrlängsachse 6 zunimmt. Der Achsenabstand a zwischen den Rotationsachsen 6, 7 sowie die Drehzahlen des Werkstückes 4 und der Form 1 sind so bemessen, daß durch die vom Werk stückumfang nach innen zur Längsachse zunehmende Reibung die Schmelztemperatur des geformten metallischen Werk stoffes im Bereich der Längsachse erreicht wird und durch lokales Aufschmelzen des metallischen Werkstoffes das Endstück bei der Formgebung auch druckdicht geschlossen wird. Es versteht sich, daß das Ende des Werkstückes 4 vor dem Einführen in die Form 1 auf eine ausreichende Schmiedetemperatur erwärmt werden kann.Since the receiving diameter D of the mold 1 is greater than the workpiece diameter d and the axes of rotation 6 , 7 of the workpiece 4 and the mold 1 with a radial distance a zuein other are arranged occurs in the shaping of the tail friction between the workpiece 4 and the mold first on, wherein the friction increases from the workpiece circumference inwards to the tube longitudinal axis 6 . The axis distance a between the axes of rotation 6 , 7 and the rotational speeds of the workpiece 4 and the mold 1 are such that the workpiece perimeter from the workpiece inward to the longitudinal axis increasing friction, the melting temperature of the shaped metallic material in the region of the longitudinal axis is achieved and by local melting of the metallic material, the tail is also closed pressure-tight in the shaping. It is understood that the end of the workpiece 4 can be heated to a sufficient forging temperature prior to insertion into the mold 1 .
Der Fig. 3 entnimmt man, daß an beiden Enden des Werk stückes 4 gleichzeitig Endstücke angeformt werden können, wobei mit zwei zum Werkstück 4 axial verschiebbaren Formen 1, 1′ gearbeitet wird.Of Fig. 3 takes it that at both ends of the work piece 4 end pieces can be formed simultaneously, with two to the workpiece 4 axially displaceable forms 1 , 1 'is worked.
Ein Stahlrohr mit einem Außendurchmesser von 20 mm und einer Wandstärke von 2,5 mm wurde nach dem erfindungs gemäßen Verfahren umgeformt mit folgenden Parametern:A steel tube with an outer diameter of 20 mm and a wall thickness of 2.5 mm was according to the Invention transformed according to the following parameters:
Claims (3)
- die Form (1) und das Werkstück (4) während der Form gebung von separaten Antrieben in gleicher Drehrich tung um ihre Längsachsen (7, 6), die parallel versetzt zueinander ausgerichtet sind, rotierend angetrieben werden,
- das zu formende Ende des Werkstückes (4) vor dem Ein führen in die Form auf Schmiedetemperatur erwärmt wird,
- die Drehzahlen der Form (1) und des Werkstückes (4) so aufeinander abgestimmt sind, daß das Werkstück und die Form mit gleichen Umfangsgeschwindigkeiten umlaufen, und
- die Drehzahlen des Werkstückes (4) und der Form (1) sowie der radiale Abstand (a) zwischen den Rotations achsen (6, 7) des Werkstückes und der Form so bemessen werden, daß durch eine vom Werkstückumfang radial nach innen zur Längsachse (6) des Werkstückes zunehmende Reibung die Schmelztemperatur des geformten, metallischen Werkstoffes im Bereich der Rohrlängsachse erreicht und durch lokales Aufschmelzen des metallischen Werkstoffes das Endstück (5) bei der Formgebung auch druckdicht geschlossen wird.
- the mold ( 1 ) and the workpiece ( 4 ) during the molding environment of separate drives in the same direction of rotation about their longitudinal axes ( 7 , 6 ), which are aligned offset parallel to each other, are driven in rotation,
- the end of the workpiece ( 4 ) to be formed is heated to the forging temperature prior to introduction into the mold,
- the rotational speeds of the mold ( 1 ) and the workpiece ( 4 ) are coordinated so that the workpiece and the mold rotate at the same peripheral speeds, and
- the rotational speeds of the workpiece ( 4 ) and the mold ( 1 ) and the radial distance (a) between the rotation axes ( 6 , 7 ) of the workpiece and the mold are dimensioned so that by a workpiece from the circumference radially inwardly to the longitudinal axis ( 6 ) of the workpiece increasing friction reaches the melting temperature of the shaped, metallic material in the region of the tube longitudinal axis and by local melting of the metallic material, the end piece ( 5 ) is also closed pressure-tight in the shaping.
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