DE4441192A1

DE4441192A1 - Method for shaping material with accurate control of shaping parameters

Info

Publication number: DE4441192A1
Application number: DE19944441192
Authority: DE
Inventors: Konrad Schnupp
Original assignee: Schnupp & Co Hydraulik KG GmbH
Current assignee: Schnupp & Co Hydraulik KG GmbH
Priority date: 1994-11-18
Filing date: 1994-11-18
Publication date: 1996-05-23
Anticipated expiration: 2014-11-19
Also published as: DE4441192C2

Abstract

Method for shaping of a hollow metal workpiece in a die cavity by means of a fluid under high pressure introduced into the workpiece. It is characterised by the following facts; (a) the deformation occuring during the shaping process is calculated; (b) the deformation is correlated with a stress-strain diagram of the product material; (c) a target curve of the internal pressure variation with time is established on the basis of the correlated stress-strain diagram.

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.The invention relates to a method for interior high Pressure forming of hollow metal workpieces in a mold height development of a die, in which a fluid with high pressure in the workpiece is inserted.

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.The process for hydroforming is regarding immediately recognized his basic ideas in the state of the art been. The underlying principle is a high one The workpiece can be cold transferred due to a very high internal pressure men. Water is used as the active medium, whereby Internal pressures of several thousand bars can be achieved.

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.The advantage of the process for hydroforming be is that hollow workpieces can be produced, which have an undisturbed fiber orientation and - also conditionally through the work hardening effect - achieving strengths, which by multi-part, by deep drawing or similar Um workpieces manufactured are not accessible. At the same time, there are considerable advantages in terms of on the achievable weight reductions.

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.The prior art shows a multitude of differences most diverse devices and procedures for manufacturing different workpieces. For example, it is on the article in "Bänder Bleche Rohr" 8 - 1991, pp.19ff Reference Dohmann and Dudziak.

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.The production of pipes using the process of Hydroforming process is for example in the German patents 40 17 072 and 41 03 082 described 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.In all of the prior known from the prior art directions and processes are used for forming required pressure in the mold cavity of the die brings. In view of the very high pressures and the very short forming times, which are in the millisecond range move, there has been no targeted pressure control. Rather, the prior art has so far shown only a few Approaches to such complex forming problems arithmetically to solve. For the rest, the design of both before directions as well as the special procedures purely empirically.

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.The invention has for its object a method of to create the type mentioned, in which an exact Regulation of the forming parameters, especially the internal pressure he follows.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfah rens.According to the invention, the object is characterized by the features of Main claim solved, the sub-claims show more advantageous embodiments of the inventive method 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. According to the invention it is thus provided that the at the plant piece when it is formed from the blank to the finished work deformation occurring is calculated first. These Deformation is measured using a stress-strain diagram of the correlated material of the workpiece. From the Stress-strain diagram is first the Hooksche Be rich to see, in which no reshaping, but single elastic deformation occurs. The actual The forming process only begins with the transition to plasti range of the stress-strain diagram. In this in the plastic area, there is initially an increase in voltage up to a maximum point, after exceeding this maxi at the point of tension, the tension drops until the material ver says and breaks. When plastic deformation occurs white then a solidification of the material, which a hinder subsequent further plastic deformation or can prevent.

Im Hinblick auf diese Vorgänge erfolgt erfindungsgemäß eine Korrelierung der bei dem Werkstück auftretenden Verformung mit dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm des betreffenden Werk stoffs.With regard to these processes, one takes place according to the invention Correlation of the deformation occurring on the workpiece with the stress-strain diagram of the work in question fabric.

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.Based on the correlated stress-strain diagram is a target curve of the pressure curve of the Internal pressure set up over the forming time. The target curve thus takes into account an increase in pressure which is required is first to the cavity of the workpiece with the Fill forming fluid. A print is then made first rose to an uncritical degree of deformation. From this Be Then the rest of the forming takes place richly, whereby the pressure course is chosen so that the forming in an uncriti range of the stress-strain diagram of the material he follows.

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.In a particularly favorable development of the invention it is provided that the pressure rise of the internal pressure so ge it is regulated that shortly before reaching the apex of the correlated stress-strain diagram of the internal pressure ver run is changed. The change can be made, for example, by a reduction in the internal pressure or by keeping it constant of the internal pressure. After a predetermined time tervall then there is a further increase in the internal pressure, until the vertex of the stress-strain diagram like which is almost reached. This gradual process will run until repeated for finished deformation of the workpiece. By this interruption of the forming process will result in errors in the Workpiece avoided, in particular it is avoided that too strong hardening occurs, which leads to a crack would lead to education. Approach the target value and the actual value thus gradually the maximum forming pressure. Erfin According to the invention can thus influence the forming process in a targeted manner be taken.

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.In the method according to the invention, the deviation can the actual value of the internal pressure from its target value to one uncontrolled deformation, for example an uncontrolled one material flow can be closed. That's why it is According to the invention particularly favorable if above and / or a tolerance range is established below the internal pressure setpoint curve is placed. The actual value of the internal pressure thus becomes internal regulated half of the tolerance band, with a pressure increase then interrupted when the actual value exceeds the tolerance band has left or if it is evident that an exit of the tolerance band is imminent.

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.To prevent the appearance of cracks, it can be cheap be to either decrease the pressure rise of the internal pressure or keep it at a constant value. The material This gives the workpiece the opportunity to be targeted to flow and to some extent the span that occurred dismantling.

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.Another essential aspect of the interior process High pressure forming is in the supply of work fluids. Usually opens with tubular workpieces at least one pipe socket outside the die. On this A suitable connecting element is attached to the pipe socket closed to the working fluid in the interior of the plant piece. The seal is usually done with means of a sealing cone, which has a passage recess is provided for the supply of the fluid and which against the approach of the workpiece is pressed. It goes without saying that a low contact pressure leads to leaks. Be Though due to the very high internal pressures arises even with slightest leaks immediately a very intensive stop flow of the working fluid, causing both the work piece as well as usually destroyed the tool itself will. For this reason, it is from the prior art known, the contact pressure of the sealing cone or sealing cone to choose higher than the internal pressure, which is used for forming is used. However, this in turn leads to a squeeze material in the area of the approach. Hereby tre cracks and associated leaks. Farther pressing the sealing cone prevents the Material, so that the forming process and the necessary for this te material flow are not fed from the approach area can.

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.The method according to the invention therefore provides that the sealing pressure resulting from the sealing force Sealing cone against the approach of the workpiece regardless of Actual internal pressure in the workpiece is regulated. Invention Ge accordingly it is possible, with sufficient tightness Control sealing pressure or locking pressure so that this before preferably in a predetermined ratio to the target course ve the pressure curve of the internal pressure regulated over time becomes. This makes it possible, on the one hand, sufficient mate rial quantities from the area of the approach of the workpiece flow, on the other hand, with a suitable choice of Sealing pressure a material compression in the area of the approach take place so that quantities of material are forcibly replenished will.

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.In a preferred development of the invention The method provides that the sealing pressure is 1-5 percent is set higher than the respective internal pressure. At a one to two percent higher sealing pressure is pro a flow of material from the approach of the Workpiece possible. At a height of two to five percent The sealing pressure compresses the material in the attachment area and thus pushed forward. In both cases stands for the order Forming sufficient material so that the work piece with a given wall thickness can be detected.

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.It is through the regulation of the sealing pressure according to the invention thus possible to exert a targeted influence on the forming process men. In places where the workpiece cannot be closed kes from the area of approach can be desired suitable sealing pressure are applied, through which a Afterflow prevented or substantially prevented becomes. In contrast, the sealing pressure can then accordingly can be increased or decreased if reflowing is required is. This way it is also very complex Workpieces possible, the material flow from the sealed To regulate or control the approach area in a targeted manner. So is the material flow can be influenced via the forming process.

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.It is known from the prior art to be critical Use so-called support stamps on the workpiece, to collect material in the area of the support stamp and release it in the course of the forming process. The Known support stamps only allow the setting end positions, the support stamp is thus in the Mold cavity advanced or located in its retracted 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.According to a further advantageous embodiment of the inventions The method according to the invention provides that the location tax tion or regulation of the support stamp depending on Internal pressure in the workpiece is regulated or controlled. According to the invention, it is thus possible to insert the support stamp in Dependent on the internal pressure and therefore dependent to proceed from the forming process. This allows the through the influence of the material on the support stamp flow in a very targeted manner.

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.To influence the material flow during the forming process ganges is an advantageous further development of the inventor method according to the invention also provided the individual Parts of the die relative to each other during the forming process to move others. In particular, it is advantageous Design of the method provided the closing pressure of the die depending on the internal pressure of the workpiece to regulate or control. Due to the internal pressure-dependent Regulation, it is therefore possible, for example, to close to reduce pressure at the end of the forming process, so that to eliminate wrinkles or to avoid wrinkles of Sufficient material from the clamping area can flow.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:In the following the invention is based on exemplary embodiments play described in connection with the drawing. Here shows:

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. 1 is a schematic sectional view of a die for forming a tubular workpiece in a workpiece with a thickened central portion, according to the prior art,

Fig. 2 eine Darstellung des Nachstauchvorganges zur Verhin derung von Rißbildung bei der Fertigung eines Werk stücks gemäß Fig. 1, Fig. 2 is an illustration of the Nachstauchvorganges to Verhin alteration of cracking in the production of a workpiece according to Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich den Fig. 2 und 3, in welcher zu sätzliche Stützstempel zur Rißbildung vorgesehen sind, Fig. 3 is a view similar, in which additional support to stamp provided in FIGS. 2 and 3 for cracking,

Fig. 4 eine Schnittansicht ähnlich den Fig. 1 bis 3, in wel cher schematisch ein unterschiedlicher Druckanstieg über die Umformzeit dargestellt ist, Fig. 4 is a sectional view similar to FIGS. 1 to 3, in wel cher schematically a different pressure increase is shown on the molding time,

Fig. 5 eine Darstellung ähnlich den Fig. 1 bis 4, wobei schematisch die Beeinflussung des Drucks im Kantenbe reich des Werkstücks gezeigt ist, Fig. 5 is an illustration of the workpiece is shown, similar to FIGS. 1 to 4, wherein schematically the influence of the pressure in rich Kantenbe,

Fig. 6 eine schematische Darstellung, ähnlich den Fig. 1 bis 5, wobei das Gesenk mehrteilig ausgebildet ist, Fig. 6 is a schematic view similar to FIGS. 1 to 5, wherein said die is made in several parts,

Fig. 7 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des Nachfließens von Werkstücken in Abhängigkeit von der Schließkraft des Gesenks, Fig. 7 is a schematic diagram for illustrating the Nachfließens of workpieces depending on the closing force of the die,

Fig. 8 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung des variablen Nachfließens von Material gemäß dem erfin dungsgemäßen Verfahren, Fig. 8 is a schematic diagram for illustrating the variable Nachfließens of material according to the invention the OF INVENTION method

Fig. 9 ein Diagramm, welches Drücke, Kräfte, Volumina und Wege über die Umformzeit darstellt und Fig. 9 is a diagram showing pressures, forces, volumes and paths over the forming time and

Fig. 10 ein Diagramm, in welchem unterschiedliche Druck- und Kraftverläufe über den Umformvorgang gezeigt sind. Fig. 10 is a diagram in which different pressure and force curves over the forming process are shown.

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. Fig. 1 shows a schematic representation of an upper die half 1 and a lower die 2 which form a mold cavity, which is not referred to in detail. The mold cavity goes into two tubular connection areas 3 , which are open to the environment. It is thus possible to insert a tube 4 into the mold cavity of the die halves 1 and 2 . The free ends of the tube 4 are sealed by means of sealing cones 5 , which are formed with a recess (not shown) for supplying working fluid. This feed line of the working fluid is shown in Fig. 1 by the schematic arrows.

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. Fig. 1 also shows in dashed lines the deformed mittle ren area of the tube 4th As is known from the prior art, cracks occur in particular in the edge region (arrow 6 ), which are caused by excessive stretching or deformation of the workpiece material.

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. Fig. 1 shows an arrangement according to the prior art, in which a workpiece (in this example, the tube 4 ) is deformed by introducing an internal high pressure by means of an Ar fluid.

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. In Fig. 2, a representation similar to Fig. 1 is shown, in which, as can be seen from the dashed line, the sealing cone 5 during the forming process who moved to compress the material in the connection area.

Hierdurch wird zwangsweise Material nachgeschoben, um die Formgebung des Werkstücks zu unterstützen.This will force material to be added to the Support shaping of the workpiece.

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 order to avoid the formation of cracks in the area of the edges, additional support punches 7 can be provided which can be moved by means of cylinder-piston units 8 which are only shown schematically. The support stamp thus prevent premature deformation of the edge areas and lead to a material accumulation, which can be used in a later point in the process for the final forming of the workpiece.

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.In Fig. 4 a further variant of the invention is Darge, in which the speed of Umformgeschwindig according to the invention is changed by controlling the pressure curve over time. This is shown schematically by the sequence of the arrows.

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.The forming speed is regulated on the basis a calculation of the deformation using finite elements and simulation. In critical areas, fiction according to the deformation or reshaping with respect to the Pressure course and thus the rate of deformation be regulated that partially a much higher Material strength due to the material deformation that occurs sets. The material solidification prevents them Make further deformation or expansion. This again has the consequence that from neighboring material areas, which have been deformed even less and are therefore softer, Material flows.

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.As shown schematically in FIG. 5, it has an advantageous effect if, according to the invention, the frictional conditions in the cavity of the die are also influenced. This is shown by the arrows 9 . For example, the surface of the die can be nitrided or treated in some other way in order to enable a lower coefficient of friction and thus targeted reflow.

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. Fig. 6 shows a schematic representation of a die, which consists of die parts 10 , 11 and 12 , which are biased away from each other by means of springs 13 . The mold cavity is closed by prestressing devices (not shown). This variant according to the invention makes it possible to axially push the individual parts or segments of the die in order to allow a variable flow of material.

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.A similar arrangement is also Figs. 7 again. The tool locking force represented by the arrow 14 is variably regulated in the manner according to the invention in order to allow material to flow from the clamping area in a targeted manner, as represented by the difference 15 . In the example shown in Fig. 7 Darge a workpiece is shown, which is welded to its circumference, so that the sealing cone 5 shown in the previous Abbil are not required.

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. Fig. 8 shows a further embodiment of the structure according to the invention, a device for the method for hydroforming. Here, in particular a cylinder of the piston unit 16 for actuating the sealing cone 5 is Darge. Furthermore, a pressure intensifier 17 is shown schematically, by means of which the internal pressure of the working fluid can be generated. The arrangement shown in FIG. 8 explains to what extent a targeted, variable flow of material according to the present invention by regulating the pressure intensifier 17 , the piston-cylinder units 16 and the piston-cylinder unit 8 of the support plunger 7 can.

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. FIG. 9 shows a diagram in which the individual parameters that are essential for the forming are shown over the forming time. First of all, it is the volume flow of the working fluid, the path of movement of the support plunger, the tool clamping force and the internal pressure. The locking force of the sealing cone is also shown.

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.At the beginning of the forming process, there is a filling development of the cavity of the workpiece with working fluid. Of the Support stamp is in its farthest in the mold cavity the protruding position of the die, the volume flow of the working fluid and the tool clamping force are on set an initial value. The internal pressure rises up to a first maximum value. It is particularly important to note that the locking force of the sealing cone parallel to the increase the internal pressure runs.

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.After the first maximum value has been reached, discharge takes place by reducing the volume flow of the working fluid. This also reduces the tool clamping force. Also the closing force of the sealing cone drops. All of this has to As a result, the internal pressure also drops.

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.Now an area of uncritical information closes mens. For this, the volume flow of the working fluid increases abruptly to the initial value, this leads to a con constant increase in internal pressure. In parallel, the Locking force of the sealing cone accordingly. The tool closing force also increases constantly.

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.After the area of uncritical shaping there is a Reassurance. This phase corresponds to reaching one Vertex of the correlated stress-strain diagram of the workpiece material. Decreases during this calming phase the volume flow of the working fluid to a very low Value, the internal pressure and the locking force of the sealing cone however, are constantly maintained.

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.As in the area of uncritical molding he is evident, the support is also in the calming phase Stamps withdrawn constantly to keep them flowing of the material.

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.Subsequent forming is carried out with increased forming speed in the critical workpiece areas. These increased forming speed is due to a leaping Increase in the volume flow of the working fluid. As a result, the internal pressure rises constantly. The tumblers force of the sealing cone F is regulated so that it is even if the constant increase in internal pressure follows. Soon the support stamp is withdrawn further in good time. The plant Closing force has reached its maximum value and will keep a constant value during this forming phase 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.In the subsequent stamping phase, the support stamp rest withdrawn. The volume flow of the working fluid is suddenly reduced to a relatively low value and kept constant on this. The internal pressure is still rising slightly constant, the locking force of the sealing cone becomes first readjusted analogously to the increase in internal pressure, to keep the material flowing from the connection area of the Enable workpiece.

Gegen Ende der Ausprägephase steigt die Zuhaltekraft des Dichtkegels stark an, um das Nachfließen zu unterbinden.The locking force of the Sealing cone strongly to prevent the afterflow.

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. In a subsequent phase, the internal pressure is up to Flow area of the material to prevent springback elevated. This increase corresponds to the exceeding of the Vertex in the correlated stress-strain slide grams of workpiece material. He increased this internal pressure follows, as does the previous phase of expression under constant maximum tool clamping force. Farther the locking force is in the phase of increasing the internal pressure of the sealing cone is kept at its maximum value, same applies to the internal pressure.

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.There is now a relief phase in which both the locking force of the sealing cone as well as the internal pressure their zero value can be reduced. Below is the work by reducing the tool clamping force in one Brought state in which it can be opened safely can.

Es versteht sich, daß die Phase des unkritischen Ausformens und der Beruhigung wiederholt werden können, wenn kompli zierte Werkstücke hergestellt werden sollen.It is understood that the phase of uncritical molding and the reassurance can be repeated if compli decorated workpieces are to be produced.

Die Fig. 10 zeigt das Diagramm eines aktuellen Umformvor gangs, welcher sich über einen Zeitraum von ca. 30 Sekunden erstreckt. Fig. 10 shows the diagram of a current Umformvor process, which extends over a period of about 30 seconds.

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.The diagram in FIG. 10 first shows two curves E and F, which show the output values of the control used. These two curves are of secondary interest for explaining the invention.

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. Curve A shows the actual value of the internal pressure, while curve B shows the target value. From the illustration it follows that the actual value is identical to the target value, there are only deliberate deviations at the beginning and end of the forming process and a negligible following error after exceeding the maximum value of the internal pressure. Curves C and D show the locking forces on two sealing cones. These locking forces are shown separately from curves A and B to make the diagram easier to read. Furthermore, the locking force, as can also be seen in FIG. 9, is naturally greater than the internal pressure. From the illustration in FIG. 10 it can be seen that the pressure increase in the interior of the workpiece takes place essentially linearly, while the locking forces are controlled step by step according to curves C and D in order to allow the material to flow in a targeted manner. The same applies to the end area of the forming.

Die Fig. 10 zeigt ein praktisches Beispiel eines erfindungs gemäßen Umformverfahrens. Fig. 10 shows a practical example of a forming method according to the Invention.

Claims

1. A method for hydroforming a metallic hollow workpiece in a mold cavity of a die ( 1 , 2 ), in which a fluid is introduced into the workpiece at high pressure, characterized in that
that the deformation occurring in the workpiece when it is formed from the raw material to the finished workpiece is calculated,
that the deformation is correlated with a stress-strain diagram of the material of the workpiece and
that on the basis of the correlated stress-strain diagram a target curve of the pressure curve of the internal pressure over time is determined. ( Fig. 9)

2. The method according to claim 1, characterized in that the increase in pressure of the internal pressure is controlled so that shortly before reaching the vertex of the correlated Stress-strain diagram of the internal pressure curve will change.

3. The method according to claim 2, characterized in that after a predetermined time interval another Internal pressure increases until the apex of the Stress-strain diagram is almost reached and that this process until the final deformation of the Workpiece is repeated.

4. The method according to claim 3, characterized in that the internal pressure during the predetermined time interval is kept constant.

5. The method according to claim 3, characterized in that the internal pressure during the predetermined time interval is lowered.

6. The method according to any one of claims 1-5, characterized ge indicates that above and / or below the inside pressure target curve an internal pressure tolerance range is laid.

7. The method according to claim 6, characterized in that the actual internal pressure within the tolerance band ver is continuously regulated.

8. The method according to any one of claims 6 or 7, characterized ge indicates that the pressure rise of the internal pressure is stopped when the internal pressure exceeds the tolerance range exceeds.

9. The method according to any one of claims 1-8, characterized ge indicates that the pressure increase of the internal pressure to Prevention of crack formation in the workpiece when it is reached a critical degree of deformation that occurs in the workpiece tendency deformation is increased.

10. The method according to any one of claims 1-8, characterized ge indicates that the pressure increase of the internal pressure to Prevention of crack formation in the workpiece when it is reached a critical degree of deformation that occurs in the workpiece tendency deformation to a constant value becomes.

11. The method according to any one of claims 1-8, characterized ge indicates that the pressure increase of the internal pressure to Prevention of crack formation in the workpiece when it is reached a critical degree of deformation that occurs in the workpiece tendency deformation is reduced.

12. A method for hydroforming a metallic hollow workpiece in a mold cavity of a die, in which a fluid is introduced at high pressure into the workpiece, in particular for carrying out the method according to one of claims 1-11, wherein the fluid by a essential tubular attachment of the workpiece is supplied by means of a sealing cone ( 5 ) biased against the attachment with a sealing force, characterized in that the sealing pressure of the sealing cone ( 5 ) against the attachment resulting from the sealing force is regulated independently of the actual internal pressure in the workpiece.

13. The method according to claim 12, characterized in that the sealing pressure in a predetermined ratio to that Desired curve of the pressure curve of the internal pressure over the Time is regulated.

14. The method according to claim 13, characterized in that the sealing pressure is 1-5 percent higher than the respective one Internal pressure is set.

15. The method according to claim 14, characterized in that the sealing pressure in those forming areas by 1-2 Percent compared to the internal pressure is increased in which a flow of material from the approach of the plant piece is required.

16. The method according to claim 14, characterized in that the sealing pressure in those forming areas by 2-5 Percent compared to the internal pressure is increased in which a upsetting of material from the approach of the work piece is required.

17. A method for hydroforming a metallic hollow workpiece in a mold cavity of a die ( 1 , 2 ), in which a fluid is introduced into the workpiece at high pressure, with at least one area of the die ( 1 , 2 ) being a movable one Support stamp ( 7 ) is arranged, which can be introduced into the mold cavity, characterized in that the position of the support stamp ( 7 ) is regulated or controlled as a function of the internal pressure in the workpiece.

18. The method according to claim 17, characterized in that the movement of the support stamp ( 7 ) over its entire path of movement is regulated or controlled depending on the course of the internal pressure.

19. A method for hydroforming a metallic hollow workpiece in a mold cavity of a die ( 1 , 2 ), in which a fluid is introduced into the workpiece at high pressure, the die being constructed from at least two die parts ( 10-12 ) Which are movable relative to one another to open or close the mold cavity, characterized in that the closing pressure of the die is regulated or controlled as a function of the internal pressure in the workpiece.