DE4441192A1 - Verfahren zum Innenhochdruck-Umformen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Innenhoch­ druck-Umformen metallischer Hohlwerkstücke in einer Formhöh­ lung eines Gesenks, bei welchem ein Fluid mit hohem Druck in das Werkstück eingebracht wird.

Das Verfahren zum Innenhochdruck-Umformen ist hinsichtlich seiner Grundideen im Stand der Technik umgehend gewürdigt worden. Das zugrundeliegende Prinzip besteht darin, ein hoh­ les Werkstück durch einen sehr hohen Innendruck kalt umzufor­ men. Als Wirkmedium wird hierbei Wasser eingesetzt, wobei Innendrücke von mehreren tausend Bar realisierbar sind.

Der Vorteil des Verfahren zum Innenhochdruck-Umformens be­ steht darin, daß hohle Werkstücke herstellbar sind, welche einen ungestörten Faserverlauf aufweisen und - auch bedingt durch den Kaltverfestigungseffekt - Festigkeiten erreichen, welche durch mehrteilige, durch Tiefziehen oder ähnliche Um­ formvorgänge hergestellte Werkstücke nicht erreichbar sind. Zugleich ergeben sich ganz erhebliche Vorteile im Hinblick auf die erzielbaren Gewichtsreduzierungen.

Der Stand der Technik zeigt eine Vielzahl von unterschied­ lichsten Vorrichtungen und Vorgehensweisen zur Herstellung unterschiedlichster Werkstücke. Es ist beispielsweise auf den Artikel in "Bänder Bleche Rohre" 8 - 1991, S.19ff von Dohmann und Dudziak zu verweisen.

Die Herstellung von Rohren mit Hilfe des Verfahren zum Innenhochdruck-Umformverfahrens ist beispielsweise in den deutschen Patentschriften 40 17 072 und 41 03 082 beschrie­ ben.

Bei den gesamten aus dem Stand der Technik vorbekannten Vor­ richtungen und Verfahren wird jeweils der zur Umformung er­ forderliche Druck in der Formhöhlung des Gesenks aufge­ bracht. Im Hinblick auf die sehr hohen Drücke und die sehr kurzen Umformzeiten, welche sich im Millisekundenbereich bewegen, ist bisher keine gezielte Druckregelung erfolgt. Vielmehr zeigt der Stand der Technik bisher lediglich einige Ansätze, derartige komplexe Umformprobleme rechnerisch zu lösen. Im übrigen erfolgt die Ausgestaltung sowohl der Vor­ richtungen als auch der speziellen Verfahren rein empirisch.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem eine exakte Regelung der Umformparameter, insbesondere des Innendrucks erfolgt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfah­ rens.

Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, daß die bei dem Werk­ stück bei dessen Umformung vom Rohling zum fertigen Werk­ stück auftretende Verformung zunächst berechnet wird. Diese Verformung wird mit einem Spannungs-Dehnungs-Diagramm des umzuformenden Materials des Werkstücks korreliert. Aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm ist zunächst der Hooksche Be­ reich zu ersehen, in welchem keine Umformung, sondern ledig­ lich eine elastische Verformung erfolgt. Der eigentliche Umformvorgang beginnt erst mit dem Übergang in den plasti­ schen Bereich des Spannungs-Dehnungs-Diagramms. In diesem plastischen Bereich erfolgt zunächst ein Spannungsanstieg bis zu einem Maximalpunkt, nach Überschreiten dieses Maxi­ malpunktes der Spannung sinkt diese, bis das Material ver­ sagt und bricht. Bei der plastischen Verformung tritt wei­ terhin eine Verfestigung des Materials auf, welche eine nachfolgende weitere plastische Verformung behindern bzw. verhindern kann.

Im Hinblick auf diese Vorgänge erfolgt erfindungsgemäß eine Korrelierung der bei dem Werkstück auftretenden Verformung mit dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm des betreffenden Werk­ stoffs.

Auf der Basis des korrelierten Spannungs-Dehnungs-Diagramms wird erfindungsgemäß eine Sollkurve des Druckverlaufs des Innendrucks über die Umformzeit aufgestellt. Die Sollkurve berücksichtigt damit einen Druckanstieg, welcher erforder­ lich ist, um zunächst den Hohlraum des Werkstückes mit dem Umform-Fluid zu füllen. Es erfolgt dann zunächst ein Druck­ anstieg bis zu einem unkritischen Umformgrad. Ab diesem Be­ reich erfolgt dann die restliche Umformung, wobei der Druck­ verlauf so gewählt ist, daß die Umformung in einem unkriti­ schen Bereich des Spannungs-Dehnungs-Diagramms des Materials erfolgt.

Bei einer besonders günstigen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Druckanstieg des Innendrucks so ge­ regelt wird, daß kurz vor Erreichen des Scheitelpunkts des korrelierten Spannungs-Dehnungs-Diagramms der Innendruckver­ lauf geändert wird. Die Änderung kann beispielsweise durch eine Absenkung des Innendrucks oder durch ein Konstanthalten des Innendrucks erfolgen. Nach einem vorbestimmten Zeitin­ tervall erfolgt dann ein weiterer Anstieg des Innendrucks, bis der Scheitelpunkt des Spannungs-Dehnungs-Diagramms wie­ derum fast erreicht ist. Dieser stufenweise Vorgang wird bis zur fertigen Verformung des Werkstücks wiederholt. Durch diese Unterbrechung des Umformvorgangs werden Fehler im Werkstück vermieden, es wird insbesondere vermieden, daß eine zu starke Verfestigung auftritt, welche zu einer Riß­ bildung führen würde. Der Soll-Wert und der Ist-Wert nähern sich somit schrittweise dem maximalen Umformdruck. Erfin­ dungsgemäß kann somit gezielt Einfluß auf den Umformvorgang genommen werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann aus der Abweichung des Ist-Wertes des Innendrucks von dessen Soll-Wert auf eine unkontrollierte Verformung, beispielsweise ein unkontrol­ liertes Materialfließen geschlossen werden. Deshalb ist es erfindungsgemäß besonders günstig, wenn oberhalb und/oder unterhalb der Innendruck-Sollkurve ein Toleranzbereich fest­ gelegt wird. Der Ist-Wert des Innendrucks wird somit inner­ halb des Toleranzbandes geregelt, wobei ein Druckanstieg dann unterbrochen wird, wenn der Ist-Wert das Toleranzband verlassen hat oder wenn ersichtlich ist, daß ein Verlassen des Toleranzbandes unmittelbar bevorsteht.

Um das Auftreten von Rissen zu verhindern, kann es günstig sein, den Druckanstieg des Innendrucks entweder zu vermin­ dern oder auf einem konstanten Wert zu halten. Dem Material des Werkstücks wird dadurch Gelegenheit gegeben, gezielt nachzufließen und in gewissem Maße die aufgetretenen Span­ nungen abzubauen.

Ein weiterer, wesentlicher Aspekt des Verfahren zum Innen­ hochdruck-Umformens liegt in der Zuführung des Arbeits­ fluids. Bei rohrförmigen Werkstücken mündet üblicherweise zumindest ein Rohrstutzen außerhalb des Gesenks. An diesen Rohrstutzen wird ein geeignetes Verbindungselement ange­ schlossen, um das Arbeitsfluid in den Innenraum des Werk­ stückes einzuleiten. Die Dichtung erfolgt üblicherweise mit­ tels eines Dicht-Konus, welcher mit einer Durchgangsausneh­ mung zur Zuleitung des Fluids versehen ist und welcher gegen den Ansatz des Werkstücks gepreßt wird. Es versteht sich, daß ein geringer Anpreßdruck zu Undichtigkeiten führt. Be­ dingt durch die sehr hohen Innendrücke entsteht selbst bei geringsten Undichtigkeiten sofort eine sehr intensive Aus­ trittsströmung des Arbeitsfluids, wodurch sowohl das Werk­ stück als auch üblicherweise das Werkzeug selbst zerstört werden. Aus diesem Grunde ist es aus dem Stand der Technik bekannt, den Anpreßdruck des Dicht-Konus oder Dicht-Kegels höher zu wählen als den Innendruck, welcher zum Umformen verwendet wird. Dies wiederum führt jedoch zu einem Quet­ schen des Materials im Bereich des Ansatzes. Hierdurch tre­ ten Risse und damit verbunden Undichtigkeiten auf. Weiterhin verhindert ein Anpressen des Dichtkegels ein Nachfließen des Materials, so daß der Umformvorgang und der hierfür benötig­ te Materialfluß nicht aus dem Ansatzbereich gespeist werden können.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist deshalb vorgesehen, daß der aus der Dichtkraft resultierende Dichtdruck des Dichtkegels gegen den Ansatz des Werkstücks unabhängig vom Ist-Innendruck in dem Werkstück geregelt wird. Erfindungsge­ mäß ist es somit möglich, bei ausreichender Dichtigkeit den Dichtdruck oder Zuhaltedruck so zu regeln, daß dieser bevor­ zugterweise in einem vorgegebenen Verhältnis zu der Sollkur­ ve des Druckverlaufs des Innendrucks über die Zeit geregelt wird. Hierdurch ist es zum einen möglich, ausreichende Mate­ rialmengen aus dem Bereich des Ansatzes des Werkstücks nach­ fließen zu lassen, andererseits kann bei geeigneter Wahl des Dichtdruckes eine Materialstauchung im Bereich des Ansatzes erfolgen, so daß Materialmengen zwangsweise nachgeschoben werden.

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß der Dichtdruck 1-5 Prozent höher als der jeweilige Innendruck eingestellt wird. Bei einem um ein bis zwei Prozent höheren Dichtdruck ist pro­ blemlos ein Nachfließen von Material aus dem Ansatz des Werkstücks möglich. Bei einem um zwei bis fünf Prozent höhe­ ren Dichtdruck wird das Material im Ansatzbereich gestaucht und somit nachgeschoben. In beiden Fällen steht für die Um­ formung ausreichend Material zur Verfügung, so daß das Werk­ stück fehlerfrei mit einer vorgegebenen Wanddicke ausgebil­ det werden kann.

Durch die erfindungsgemäße Regelung des Dichtdrucks ist es somit möglich, gezielt Einfluß auf den Umformvorgang zu neh­ men. An den Stellen, an welchen kein Schließen des Werkstüc­ kes aus dem Bereich des Ansatzes gewünscht wird, kann ein geeigneter Dichtdruck aufgebracht werden, durch welchen ein Nachfließen verhindert oder im wesentlichen unterbunden wird. Demgegenüber kann der Dichtdruck dann entsprechend er­ höht oder verringert werden, wenn ein Nachfließen erforder­ lich ist. Auf diese Weise ist es auch bei sehr komplexen Werkstücken möglich, den Materialfluß aus dem abgedichteten Ansatzbereich gezielt zu regeln bzw. zu steuern. Somit ist der Materialfluß über den Umformvorgang beeinflußbar.

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, an kritischen Stellen des Werkstückes sogenannte Stützstempel einzusetzen, um im Bereich des Stützstempels gezielt Material zu sammeln und dieses im Laufe des Umformvorganges freizugeben. Die vorbekannten Stützstempel ermöglichen lediglich die Einstel­ lung in End-Positionen, der Stützstempel ist somit in den Formhohlraum vorgeschoben oder befindet sich in seiner zurückgezogenen Position.

Gemäß einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Lagesteue­ rung bzw. Regelung des Stützstempels in Abhängigkeit vom Innendruck in dem Werkstück geregelt bzw. gesteuert wird. Erfindungsgemäß ist es somit möglich, den Stützstempel in Abhängigkeit von dem Innendruck und somit in Abhängigkeit von dem Umformvorgang zu verfahren. Hierdurch kann die durch den Stützstempel hervorgerufene Beeinflussung des Material­ flusses in ganz gezielter Weise erfolgen.

Zur Beeinflussung des Materialflusses während des Umformvor­ ganges ist in einer vorteilhaften Weiterbildung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens weiterhin vorgesehen, die einzelnen Teile des Gesenks während des Umformvorganges relativ zuein­ ander zu bewegen. Im Speziellen ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, den Schließdruck des Gesenks in Abhängigkeit vom Innendruck des Werkstückes zu regeln bzw. zu steuern. Durch die Innendruck-abhängige Regelung ist es somit beispielsweise möglich, den Schließ­ druck am Endbereich des Umformvorganges zu verringern, so daß zur Faltenbeseitigung bzw. zur Vermeidung von Falten des Werkstückes ausreichend Material aus dem Einspannbereich nachfließen kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Gesenks zur Umformung eines rohrförmigen Werkstückes in ein Werkstück mit einem verdickten Mittelteil, gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Darstellung des Nachstauchvorganges zur Verhin­ derung von Rißbildung bei der Fertigung eines Werk­ stücks gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich den Fig. 2 und 3, in welcher zu­ sätzliche Stützstempel zur Rißbildung vorgesehen sind,

Fig. 4 eine Schnittansicht ähnlich den Fig. 1 bis 3, in wel­ cher schematisch ein unterschiedlicher Druckanstieg über die Umformzeit dargestellt ist,

Fig. 5 eine Darstellung ähnlich den Fig. 1 bis 4, wobei schematisch die Beeinflussung des Drucks im Kantenbe­ reich des Werkstücks gezeigt ist,

Fig. 6 eine schematische Darstellung, ähnlich den Fig. 1 bis 5, wobei das Gesenk mehrteilig ausgebildet ist,

Fig. 7 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des Nachfließens von Werkstücken in Abhängigkeit von der Schließkraft des Gesenks,

Fig. 8 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des variablen Nachfließens von Material gemäß dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren,

Fig. 9 ein Diagramm, welches Drücke, Kräfte, Volumina und Wege über die Umformzeit darstellt und

Fig. 10 ein Diagramm, in welchem unterschiedliche Druck- und Kraftverläufe über den Umformvorgang gezeigt sind.

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine obere Gesenkhälfte 1 und eine untere Gesenkhälfte 2, welche einen Formhohlraum bilden, welcher im einzelnen nicht bezeichnet ist. Der Formhohlraum geht in zwei rohrförmige Anschlußbe­ reiche 3 über, welche zur Umgebung hin geöffnet sind. Somit ist es möglich, ein Rohr 4 in den Formhohlraum der Gesenk­ hälften 1 und 2 einzulegen. Die Abdichtung der freien Enden des Rohres 4 erfolgt mittels Dichtkegeln 5, welche mit einer nicht dargestellten Ausnehmung zur Zuleitung von Arbeits-Fluid ausgebildet sind. Diese Zuleitung des Arbeits-Fluids ist in Fig. 1 durch die schematischen Pfeile dargestellt.

Die Fig. 1 zeigt weiterhin gestrichelt den verformten mittle­ ren Bereich des Rohres 4. Wie aus dem Stand der Technik be­ kannt ist, treten insbesondere im Kantenbereich (Pfeil 6) verstärkt Risse auf, welche durch zu hohe Dehnung bzw. Ver­ formung des Werkstück-Materials hervorgerufen sind.

Die Fig. 1 zeigt eine Anordnung gemäß dem Stand der Technik, bei welcher ein Werkstück (in diesem Beispiel das Rohr 4) durch Einbringung eines Innenhochdrucks mittels eines Ar­ beits-Fluids verformt wird.

In Fig. 2 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 1 gezeigt, bei welcher, wie sich aus der gestrichelten Darstellung ergibt, die Dichtkegel 5 während des Umformvorganges verschoben wer­ den, um das Material im Anschlußbereich zu stauchen.

Hierdurch wird zwangsweise Material nachgeschoben, um die Formgebung des Werkstücks zu unterstützen.

Um die Rißbildung im Bereich der Kanten zu vermeiden, können zusätzliche Stützstempel 7 vorgesehen sein, welche mittels nur schematisch dargestellter Zylinder-Kolben-Einheiten 8 bewegbar sind. Die Stützstempel verhindern somit ein vorzei­ tiges Verformen der Kantenbereiche und führen zu einer Mate­ rialanhäufung, welche in einem späteren Verfahrenszeitpunkt zur endgültigen Umformung des Werkstückes genutzt werden kann.

In Fig. 4 ist eine weitere erfindungsgemäße Variante darge­ stellt, bei welcher erfindungsgemäß die Umformgeschwindig­ keit durch Regelung des Druckverlaufs über die Zeit verän­ dert wird. Dies ist schematisch durch die Abfolge der Pfeile gezeigt.

Die Regelung der Umformgeschwindigkeit erfolgt auf der Basis einer Berechnung der Verformung mit Hilfe finiter Elemente und der Simulation. In kritischen Bereichen kann erfindungs­ gemäß somit die Verformung bzw. Umformung hinsichtlich des Druckverlaufs und damit der Verformungsgeschwindigkeit so geregelt werden, daß sich partiell eine wesentlich höhere Materialfestigkeit durch die auftretende Materialverformung einstellt. Die Materialverfestigung verhindert an diesen Stellen eine weitere Verformung oder Ausdehnung. Dies wiede­ rum hat zur Folge, daß aus benachbarten Materialbereichen, welche noch geringer verformt wurden und somit weicher sind, Material nachfließt.

Wie schematisch in Fig. 5 dargestellt, wirkt es sich vorteil­ haft aus, wenn erfindungsgemäß auch die Reibungsverhältnisse in der Formhöhlung des Gesenks beeinflußt werden. Dies ist durch die Pfeile 9 gezeigt. So kann die Oberfläche des Ge­ senks beispielsweise nitriert oder in anderer Weise behan­ delt werden, um einen niedrigeren Reibungskoeffizienten und dadurch ein gezieltes Nachfließen zu ermöglichen.

Die Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung ein Gesenk, welches aus Gesenkteilen 10, 11 und 12 besteht, welche mit­ tels Federn 13 voneinander weg vorgespannt sind. Die Schließung der Formhöhlung des Gesenks erfolgt durch nicht dargestellte Vorspanneinrichtungen. Durch diese erfindungs­ gemäße Variante ist es möglich, die einzelnen Teile oder Segmente des Gesenks axial nachzuschieben, um ein variables Nachfließen von Material zu ermöglichen.

Eine ähnliche Anordnung gibt auch die Fig. 7 wieder. Die durch den Pfeil 14 dargestellte Werkzeug-Zuhaltekraft wird in der erfindungsgemäßen Weise variabel geregelt, um gezielt Material aus dem Einspannbereich nachfließen zu lassen, wie durch die Differenz 15 dargestellt. Bei dem in Fig. 7 darge­ stellten Beispiel ist ein Werkstück gezeigt, welches an sei­ nem Umfang verschweißt ist, so daß die in den vorigen Abbil­ dungen gezeigten Dichtkegel 5 nicht erforderlich sind.

Die Fig. 8 zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsge­ mäßen Aufbaus einer Vorrichtung zum Verfahren zum Innenhoch­ druck-Umformen. Hierbei ist insbesondere jeweils eine Zylin­ der-Kolben-Einheit 16 zur Betätigung der Dichtkegel 5 darge­ stellt. Weiterhin ist schematisch ein Druckübersetzer 17 gezeigt, mit Hilfe dessen der Innendruck des Arbeits-Fluids erzeugt werden kann. Die gezeigte Anordnung der Fig. 8 erläu­ tert, in welchem Maße ein gezieltes, variables Nachfließen von Material gemäß der vorliegenden Erfindung durch Regelung des Druckübersetzers 17, der Kolben-Zylinder-Einheiten 16 und der Kolben-Zylinder-Einheit 8 des Stützstempels 7 erfol­ gen kann.

Die Fig. 9 zeigt ein Diagramm, in welchem über die Umformzeit die einzelnen, zur Umformung wesentlichen Parameter darge­ stellt sind. Es handelt sich hierbei zunächst um den Volu­ menstrom des Arbeits-Fluids, um den Bewegungsweg des Stütz­ stempels, um die Werkzeugschließkraft sowie den Innendruck. Weiterhin ist die Zuhaltekraft des Dichtkegels dargestellt.

Zu Beginn des Umformvorganges erfolgt zunächst eine Befül­ lung des Hohlraums des Werkstücks mit Arbeits-Fluid. Der Stützstempel ist in seine am weitesten in die Formhöhlung des Gesenks vorragende Stellung verfahren, der Volumenstrom des Arbeits-Fluids sowie die Werkzeugschließkraft sind auf einen Anfangswert eingestellt. Der Innendruck steigt bis zu einem ersten Maximalwert. Es ist insbesondere zu beachten, daß die Zuhaltekraft des Dichtkegels parallel zum Anstieg des Innendrucks verläuft.

Nach Erreichen des ersten Maximalwertes erfolgt eine Entla­ stung durch Verringerung des Volumenstroms des Arbeits-Fluids. Hierbei sinkt auch die Werkzeugschließkraft. Auch die Zuhaltekraft der Dichtkegel sinkt. All dies hat zur Folge, daß auch der Innendruck absinkt.

Nunmehr schließt sich ein Bereich des unkritischen Ausfor­ mens an. Hierzu steigt der Volumenstrom des Arbeits-Fluids sprunghaft auf den Anfangswert an, dies führt zu einem kon­ stanten Anstieg des Innendrucks. Parallel hierzu steigt die Zuhaltekraft des Dichtkegels entsprechend an. Die Werkzeug­ schließkraft nimmt ebenfalls konstant zu.

Nach dem Bereich des unkritischen Ausformens erfolgt eine Beruhigung. Diese Phase entspricht dem Erreichen eines Scheitelpunkts des korrelierten Spannungs-Dehnungs-Diagramms des Werkstück-Materials. In dieser Beruhigungsphase sinkt der Volumenstrom des Arbeits-Fluids auf einen sehr niedrigen Wert, der Innendruck sowie die Zuhaltekraft des Dichtkegels werden jedoch konstant aufrecht erhalten.

Wie bereits in dem Bereich des unkritischen Ausformens er­ sichtlich ist, wird auch in der Beruhigungsphase der Stütz­ stempel jeweils konstant zurückgezogen, um ein Nachfließen des Materials zu ermöglichen.

Nachfolgend erfolgt eine Umformung mit erhöhter Umformge­ schwindigkeit in den kritischen Werkstückbereichen. Diese erhöhte Umformgeschwindigkeit wird durch einen sprunghaften Anstieg des Volumenstroms des Arbeits-Fluids hervorgerufen. Hierdurch steigt der Innendruck konstant an. Die Zuhalte­ kraft des Dichtkegels F wird so geregelt, daß diese eben­ falls dem konstanten Anstieg des Innendrucks folgt. Gleich­ zeitig wird der Stützstempel weiter zurückgezogen. Die Werk­ zeugschließkraft hat ihren Maximalwert erreicht und wird während dieser Umformphase auf einem konstanten Wert gehal­ ten.

In der nachfolgenden Auspräge-Phase wird der Stützstempel restlich zurückgezogen. Der Volumenstrom des Arbeits-Fluids wird sprunghaft auf einen relativ niedrigen Wert gesenkt und konstant auf diesem gehalten. Der Innendruck steigt noch ge­ ringfügig konstant an, die Zuhaltekraft des Dichtkegels wird zunächst analog zu dem Anstieg des Innendrucks nachgeregelt, um ein Nachfließen des Materials aus dem Anschlußbereich des Werkstücks zu ermöglichen.

Gegen Ende der Ausprägephase steigt die Zuhaltekraft des Dichtkegels stark an, um das Nachfließen zu unterbinden.

In einer nachfolgenden Phase wird der Innendruck bis zum Fließbereich des Materials zur Verhinderung von Rückfederung erhöht. Diese Erhöhung entspricht dem Überschreiten des Scheitelpunktes in dem korrelierten Spannungs-Dehnungs-Dia­ gramm des Werkstück-Materials. Diese Innendruckerhöhung er­ folgt, ebenso wie die vorhergehende Phase der Ausprägung unter konstanter maximaler Werkzeugschließkraft. Weiterhin wird in der Phase der Innendruckerhöhung die Zuhaltekraft des Dichtkegels auf ihrem Maximalwert gehalten, gleiches gilt für den Innendruck.

Es erfolgt nunmehr eine Entlastungsphase, in welcher sowohl die Zuhaltekraft des Dichtkegels als auch der Innendruck auf ihren Nullwert abgesenkt werden. Nachfolgend wird das Werk­ zeug durch Reduzierung der Werkzeugschließkraft in einen Zustand gebracht, in welchem es gefahrlos geöffnet werden kann.

Es versteht sich, daß die Phase des unkritischen Ausformens und der Beruhigung wiederholt werden können, wenn kompli­ zierte Werkstücke hergestellt werden sollen.

Die Fig. 10 zeigt das Diagramm eines aktuellen Umformvor­ gangs, welcher sich über einen Zeitraum von ca. 30 Sekunden erstreckt.

Das Diagramm der Fig. 10 zeigt zunächst zwei Kurven E und F, welche die Ausgabewerte der verwendeten Regelung wieder­ geben. Diese beiden Kurven sind zur Erläuterung der Erfin­ dung von sekundärem Interesse.

Die Kurve A zeigt den Ist-Wert des Innendrucks, während die Kurve B den Soll-Wert zeigt. Aus der Darstellung ergibt sich, daß der Ist-Wert dem Soll-Wert identisch gleicht, es ergeben sich lediglich gewollte Abweichungen zu Beginn und zum Ende des Umformvorganges sowie ein zu vernachlässigender Schlepp-Fehler nach Überschreiten des Maximalwertes des Innendrucks. Die Kurven C und D zeigen die Zuhaltekräfte an zwei Dichtkonussen. Diese Zuhaltekräfte sind getrennt von den Kurven A und B dargestellt, um das Diagramm besser lesbar zu gestalten. Weiterhin ist die Zuhaltekraft, wie auch aus Fig. 9 ersichtlich, naturgemäß größer als der Innendruck. Aus der Darstellung der Fig. 10 ist ersichtlich, daß der Druckanstieg in dem Innenraum des Werkstücks im wesentlichen linear erfolgt, während die Zuhaltekräfte gemäß den Kurven C und D schrittweise gesteuert werden, um ein gezieltes Nach­ fließen des Materials zu ermöglichen. Gleiches gilt für den Endbereich der Umformung.

Die Fig. 10 zeigt ein praktisches Beispiel eines erfindungs­ gemäßen Umformverfahrens.

Claims (19)

1. Verfahren zum Innenhochdruck-Umformen eines metallischen hohlen Werkstücks in einer Formhöhlung eines Gesenks (1, 2), bei welchem ein Fluid mit hohem Druck in das Werk­ stück eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die bei dem Werkstück bei dessen Umformung vom Roh­ ling zum fertigen Werkstück auftretende Verformung be­ rechnet wird,
daß die Verformung mit einem Spannungs-Dehnungs-Diagramm des Materials des Werkstücks korreliert wird und
daß auf der Basis des korrelierten Spannungs-Dehnungs-Diagramms eine Sollkurve des Druckverlaufs des Innen­ drucks über die Zeit festgelegt wird. (Fig. 9)

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckanstieg des Innendrucks so geregelt wird, daß kurz vor Erreichen des Scheitelpunkts des korrelierten Spannungs-Dehnungs-Diagramms der Innendruckverlauf ge­ ändert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem vorbestimmten Zeitinterval ein weiterer Innendruckanstieg erfolgt, bis der Scheitelpunkt des Spannungs-Dehnungs-Diagramms wiederum fast erreicht ist und daß dieser Vorgang bis zur fertigen Verformung des Werkstücks wiederholt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendruck während des vorbestimmten Zeitintervals konstant gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendruck während des vorbestimmten Zeitintervals abgesenkt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß oberhalb und/oder unterhalb der Innen­ druck-Sollkurve ein Innendruck-Toleranzbereich festge­ legt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ist-Innendruck innerhalb des Toleranzbandes ver­ laufend geregelt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Druckanstieg des Innendrucks gestoppt wird, wenn der Innendruck den Toleranzbereich überschreitet.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Druckanstieg des Innendrucks zur Verhinderung einer Rißbildung im Werkstück bei Erreichen eines kritischen Umformgrades der im Werkstück auftre­ tenden Verformung vergrößert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Druckanstieg des Innendrucks zur Verhinderung einer Rißbildung im Werkstück bei Erreichen eines kritischen Umformgrades der im Werkstück auftre­ tenden Verformung auf einen konstanten Wert verändert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Druckanstieg des Innendrucks zur Verhinderung einer Rißbildung im Werkstück bei Erreichen eines kritischen Umformgrades der im Werkstück auftre­ tenden Verformung verkleinert wird.

12. Verfahren zum Innenhochdruck-Umformen eines metallischen hohlen Werkstücks in einer Formhöhlung eines Gesenks, bei welchem ein Fluid mit hohem Druck in das Werkstück eingebracht wird, insbesondere zur Durchführung des Ver­ fahrens nach einem der Ansprüche 1-11, wobei das Fluid durch einen im wesentlichen rohrförmigen Ansatz des Werkstücks mittels eines gegen den Ansatz mit einer Dichtkraft vorgespannten Dichtkegels (5) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Dichtkraft resultierende Dichtdruck des Dichtkegels (5) gegen den Ansatz unabhängig vom Ist-Innendruck in dem Werkstück geregelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtdruck in einem vorgegebenen Verhältnis zu der Sollkurve des Druckverlaufs des Innendrucks über die Zeit geregelt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtdruck 1-5 Prozent höher als der jeweilige Innendruck eingestellt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtdruck in denjenigen Umformbereichen um 1-2 Prozent gegenüber dem Innendruck erhöht wird, in welchen ein Nachfließen von Material aus dem Ansatz des Werk­ stücks erforderlich ist.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtdruck in denjenigen Umformbereichen um 2-5 Prozent gegenüber dem Innendruck erhöht wird, in welchen ein Nachstauchen von Material aus dem Ansatz des Werk­ stücks erforderlich ist.

17. Verfahren zum Innenhochdruck-Umformen eines metallischen hohlen Werkstücks in einer Formhöhlung eines Gesenks (1, 2), bei welchem ein Fluid mit hohem Druck in das Werk­ stück eingebracht wird, wobei an zumindest einem Bereich des Gesenks (1, 2) ein bewegbarer Stützstempel (7) angeordnet ist, welcher in die Formhöhlung einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Stützstem­ pels (7) in Abhängigkeit vom Innendruck in dem Werkstück geregelt bzw. gesteuert wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Stützstempels (7) über dessen gesamten Bewegungsweg in Abhängigkeit von dem Verlauf des Innen­ drucks geregelt bzw. gesteuert wird.

19. Verfahren zum Innenhochdruck-Umformen eines metallischen hohlen Werkstücks in einer Formhöhlung eines Gesenks (1, 2), bei welchem ein Fluid mit hohem Druck in das Werk­ stück eingebracht wird, wobei das Gesenk aus zumindest zwei Gesenkteilen (10-12) aufgebaut ist, welche zum Öffnen bzw. Schließen der Formhöhlung relativ zuein­ ander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Schließdruck des Gesenks in Abhängigkeit vom Innendruck in dem Werkstück geregelt bzw. gesteuert wird.