DE602004012630T2 - Vorrichtung zum Innenhochdruckumformen eines Hohlkörpers - Google Patents

Vorrichtung zum Innenhochdruckumformen eines Hohlkörpers Download PDF

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    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D26/02Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/033Deforming tubular bodies
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Description

  • Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die Umformung eines metallischen Hohlkörpers oder Ähnlichem durch Einführung einer Hochdruckflüssigkeit in das Innere des besagten Hohlkörpers nach einem als Innenhochdruckumformung bezeichneten Verfahren.
  • Auf dem Gebiet der Vorrichtungen für Innenhochdruckumformung, insbesondere von i. A. als Innenhochdruckumformungszellen bezeichneten metallischen Hohlkörpern sind Vorrichtungen bekannt, die ein Formwerkzeug besitzen, das aus zwei Formteilen besteht, zwischen denen der umzuformende Hohlkörper eingesetzt wird, wonach die Form unter einer Presse angebracht wird, um den hydrostatischen Druck des ins Innere des Hohlkörpers eingeführten Mediums auszugleichen.
  • Da der Druck des für die Innenhochdruckumformung eingeführten Mediums bis zu 6.000 bar betragen kann, sind die Formwerkzeuge dieser Vorrichtungen besonders voluminös, um den durch den Druck im Inneren der Form verursacht Kräften zu widerstehen. Nach den herkömmlichen Verfahren ist das Formwerkzeug dabei feststehend unter der Presse positioniert, wobei das weitgehend quaderförmige Gestell der Presse einen oder mehrere Druckzylinder besitzt, mit denen das Formwerkzeug geschlossen gehalten wird, so dass das Gestell ebenfalls sehr voluminös ist, was einen erheblichen Materialaufwand bedeutet, der sich wiederum nachteilig auf die Kosten für diese Vorrichtungen und letztendlich die damit hergestellten Formlinge auswirkt.
  • Um den Raumbedarf für diese Vorrichtungen zu verringern, wurden bereits Vorrichtungen entworfen, die ein abnehmbares Formwerkzeug besitzen, so dass das zu formende Werkstück außerhalb des Gestellt in die Form eingesetzt werden kann. Dies ist beispielsweise in der EP 0 686 440 für eine Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung beschrieben, die dabei ein festes Oberteil und ein festes Unterteil besitzt, zwischen denen ein Raum für die Innenhochdruckumformung besteht, in das die Gesamtform eingesetzt wird, die wiederum aus einer unteren und einer oberen Platte besteht, die beide weitgehend rechteckig sind. Das feste Unterteil der Vorrichtung besitzt dabei eine Führung, die vom Raum für die Innenhochdruckumformung bis zum Beschickungs- und Entnahmepunkt und ggf. bis zur außerhalb des Raums für die Innenhochdruckumformung gelegenen Vorformstation reicht. Diese Vorrichtung besitzt auch Mittel zum Verlagern der Form zwischen dem Beschickungs- und Entnahmepunkt und dem Raum für die Innenhochdruckumformung, dessen Höhe geringfügig größer als die der Gesamtform ist.
  • Auch wenn das Volumen und Gewicht dieser Vorrichtung für Innenhochdruckumformung geringer als bei den Vorrichtungen ist, bei denen die Form fest unter der Presse angeordnet ist, ist auch hier der Raumbedarf noch relativ groß.
  • Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurden auch bereits Vorrichtungen für die Umformung eines metallischen Hohlkörpers oder Ähnlichem durch Einführung einer Hochdruckflüssigkeit in das Innere des besagten Hohlkörpers nach einem als "Innenhochdruckumformung" bezeichneten Verfahren entworfen, die ein Gestell in Form eines offenen Hohlteils besitzt, in das die Form eingesetzt werden kann, indem sie in einer Verschiebbewegung entlang der Drehachse des Gestells in das Hohlteil eingeführt wird. Dazu wird beispielsweise in der US 6 305 204 eine Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung von rohrförmigen Teilen mit einem Behälter für Hochdruckflüssigkeit, einem mit einer zentralen zylindrischen Aussparung versehenen zylindrischen Gestell, einem zu formenden rohrförmigen Teil und einem Formwerkzeug beschrieben, das aus einem oder mehreren Teilen besteht, in das ein weitgehend zylindrischer, im Inneren des zu formenden rohrförmigen Teils positionierter Stempel eingeführt wird, wobei das rohrförmige Teil im Inneren des mit einer zentralen zylindrischen Aussparung versehenen zylindrischen Gestells angebracht werden kann, wenn die verschiedenen Teile des Formwerkzeugs zusammengebaut sind. Die Quelle für ein druckbeaufschlagtes Medium wird an den Stempel im Inneren des zu formenden rohrförmigen Teils angeschlossen. In dem französischen Patent FR 1.526.444 und dem amerikanischen Patent US 3.685.327 ist eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben.
  • Diese Vorrichtungsart hat jedoch den Nachteil, dass damit keine komplexen Formen hergestellt werden können, da die Formlinge so gestaltet sein müssen, dass sie den o. a. Stempel aufnehmen können.
  • Demnach besteht eines der Ziele diese Erfindung darin, alle obengenannten Nachteile mit einer einfach ausgelegten und kostengünstigen Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung zu vermeiden, mit der sowohl die Werkzeuge optimiert, als auch der Raumbedarf dieser Vorrichtungen verringert werden können.
  • Dazu wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung für die Umformung eines metallischen Hohlkörpers oder Ähnlichem durch Einführung einer Hochdruckflüssigkeit in das Innere des besagten Hohlkörpers nach einem als Innenhochdruckumformung bezeichneten Verfahren vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung aus mindestens zwei Teilen besteht, die jeweils mit einer Rücknahme ausgestattet und imstande sind, den umzuformenden metallischen Hohlkörper aufzunehmen, und andererseits ein Gestell umfasst, das aus einem hohlen Drehteil besteht, das an zumindest einem seiner Enden offen und imstande ist, das Werkzeug aufzunehmen, wobei diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Anordnung nach Patentanspruch 1 aufweist.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung lassen sich besser anhand der nachfolgenden Beschreibung einer lediglich als Beispiel und ohne Anspruch auf Vollständigkeit genannten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung erkennen, wobei auf die beigefügte Zeichnung verwiesen wird, in der 1 eine perspektivische schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung ist.
  • Unter Bezugnahme auf 1 besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem Gestell 1 mit weitgehend quaderförmiger Form, das eine kegelstumpfförmige zentrale Aussparung 2 mit dem Querschnitt eines regelmäßigen Sechsecks besitzt, d. h. eine zentrale Aussparung 2 mit dem Querschnitt eines regelmäßigen Sechsecks, bei der sich der Querschnitt vom oberen Ende bis zum Boden hin verjüngt, während die besagte zentrale Aussparung 2 nach oben gerichtet ist. Die zentrale Aussparung 2 des Gestells 1 kann ein Werkzeug 3 aufnehmen, das aus zwei Teile 3a und 3b besteht, von denen jedes eine Rücknahme 4a bzw. 4b besitzt, in der sich der zu formende metallische Hohlkörper 5 befindet. Die Vorrichtung besitzt weiterhin eine Rohrstruktur 14, die aus Stützen 15, Querträgern 16 und Längsträgern 17 besteht, die über dem Gestell 1 angeordnet sind und an denen sich Rohrleitungen 18 befinden, die zur Versorgung der Vorrichtung mit Druckflüssigkeit dienen und an einen Druckflüssigkeitsbehälter 19 angeschlossen sind, der über ein Bedienpult 20 gesteuert wird. Das Werkzeug 3 wird mit durch senkrechtes Verschieben in die zentrale Aussparung 2 des Gestells 1 eingeführt, indem der Rahmen 1 den Stützen 15 der Rohrstruktur 14 entlang nach oben angehoben wird, was z. B. mit – in 1 jedoch nicht dargestellten – Druckzylindern erfolgen kann. Die Rückführungen 4a, 4b des Werkzeugs 3 können Mittel zum Tiefziehen, z. B. eine Hinterschneidung besitzen, mit denen der Hohlkörper 5 beim Einführen des Werkzeugs 3 in die Aussparung 2 des Gestells tiefgezogen wird. Um eine Beschädigung des besagten Hohlkörpers 5 bei seiner Vorformung durch Tiefziehen zu vermeiden, wird während dieser Vorformung Wasser unter Druck in den Hohlkörper 5 eingeleitet, wobei der Wasserdruck vorzugsweise leicht niedriger als der von der Hinterschneidung auf den Hohlkörper 5 ausgeübte Druck ist.
  • Es versteht sich von selbst, dass das Werkzeug 3 durch einen Hydraulikheber mit einer senkrechten Verschiebung des Werkzeugs 3 in die zentrale Aussparung 2 des Gestells 1 eingeführt werden kann, ohne den Rahmen dieser Erfindung zu überschreiten.
  • Weiter versteht es sich auch von selbst, dass die zentrale Aussparung 2 des Gestells 1 einen Querschnitt in Form eines regelmäßigen oder unregelmäßigen Vielecks besitzen kann.
  • Das Werkzeug 3 besitzt weiterhin einen – nicht dargestellten – Eintrittskanal, der von einem ersten Ende des Werkzeugs 3 ausgeht und in das Volumen mündet, das von den Rückführungen 4a, 4b des Werkzeugs 3 begrenzt ist, sowie einen – nicht dargestellten – Austrittskanal, der, von einem zweiten Ende des Werkzeugs 3 ausgeht und ebenfalls in das Volumen mündet, das von den Rückführungen 4a, 4b des Werkzeugs 3 begrenzt ist, Eine Druckflüssigkeit mit der Bezeichnung Innenhochdruckumformungsmedium wird durch den Eintrittskanal ins Innere des im Werkzeug 3 positionierten Hohlkörpers 5 eingeleitet, während der Austrittskanal durch eine – auf der Zeichnung nicht dargestellte – Absperrvorrichtung verschlossen ist. Die Versorgungsvorrichtung 19 liefert das Innenhochdruckumformungsmedium mit einem Druck P1, der bis zu 6.000 bar betragen kann.
  • Nach der Formung des metallischen Hohlkörpers 5 wird der Austrittskanal geöffnet, um das in das Werkzeug 3 eingeleitete Innenhochdruckumformungsmedium ausfließen zu lassen.
  • Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besteht das Werkzeug 3 aus mehr als zwei Teilen, so dass es mehrere und mindestens zwei unterschiedliche Verbindungsebenen bildet, womit sich Teile mit komplexer Form durch Innenhochdruckumformung herstellen lassen. Weiterhin ist festzustellen, dass die nach dem bisherigen Stand der Technik gebauten Vorrichtungen mit einer Hydraulikpresse nur eine einzige Verbindungsebene besitzen, womit sich keine Teile mit komplexer Form herstellen lassen, da hierbei das Ausformen des durch Innenhochdruckumformung geformten Teils nur in einer einzigen Ebene erfolgen kann. Um diesen Nachteil auszugleichen, können die Vorrichtungen nach dem bisherigen Stand der Technik zwar mit im Werkzeug befindlichen, ausziehbaren Einschüben versehen werden, wobei jedoch die Herstellung dieser Werkzeuge mit erheblichen Kosten verbunden ist.
  • Es ist offensichtlich, dass das Gestell 1, die zentrale Aussparung 2 und das Werkzeug 3 – auf der Zeichnung nicht dargestellte – Dichtmittel sowie insbesondere in den Rückführungen 4a, 4b des Werkzeugs 3 angebrachte Fühler zur Messung des Drucks besitzt, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.
  • Schließlich versteht es sich auch von selbst, dass die oben beschriebenen Beispiele lediglich spezifische Illustrationen ohne Anspruch auf Vollständigkeit in Bezug auf die Anwendungsbereiche der Erfindung sind.

Claims (5)

  1. Vorrichtung für die Umformung eines metallischen Hohlkörpers (5) oder Ähnlichem durch Einführung einer Hochdruckflüssigkeit in das Innere des besagten Hohlkörpers (5) gemäß einem Prozess, der sich Innenhochdruckumformung nennt, wobei die besagte Vorrichtung einerseits zumindest ein Werkzeug (3) umfasst, das aus zumindest zwei Teilen (3a, 3b) besteht, die jeweils mit einer Rücknahme (4a, 4b) ausgestattet und imstande sind, den umzuformenden, metallischen Hohlkörper (5) aufzunehmen, und andererseits ein Gestell (1), das aus einem hohlen Drehteil besteht, das an zumindest einem seiner Enden offen und imstande ist, das Werkzeug (3) aufzunehmen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell (1) eine zentrale Aussparung (2) mit kegelstumpfartiger Form umfasst, die nach oben ausgerichtet und imstande ist, das Werkzeug (3) aufzunehmen, das ebenfalls eine kegelstumpfartige Form aufweist, und dadurch, dass die Vorrichtung eine Rohrstruktur (14) umfasst, die aus Stützen (15) besteht, wobei das besagte Werkzeug (3) in die zentrale Aussparung (2) des Gestells (1) durch senkrechtes Verschieben entlang der Stützen (15) der Struktur (14) eingeführt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrstruktur (14) Längsträger (17) umfasst, die sich über dem Gestell (1) erstrecken und Zuleitungen (18) für die Druckflüssigkeit tragen.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Hydraulikheber umfasst, die eingerichtet sind, um das Gestell (1) zum Einführen des Werkzeugs (3) in die zentrale Aussparung (2) des Gestells (1) durch senkrechtes Verschieben entlang der Stützen (15) der Struktur (14) nach oben zu bewegen.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie Hydraulikheber umfasst, die eingerichtet sind, um das Werkzeug (3) in die zentrale Aussparung (2) des festsitzenden Gestells (1) durch eine senkrechte Verschiebung des besagten Werkzeugs (3) einzuführen.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücknahmen (4a, 4b) des Werkzeugs (3) Tiefziehmittel zum Tiefziehen des Hohlkörpers (5) beim Einführen des Werkzeugs (3) in die zentrale Aussparung (2) des Gestells (1) umfassen.
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