HINTERGRUND DER ERFINDUNG
ERFINDUNGSBEREICH
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verarbeitungsverfahren von
Metallröhren und insbesondere auf ein Verfahren, um die
Metallröhren in eine dickwandige Form zu bringen.
BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN STANDS DER TECHNIK
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Hinsichtlich Auspuffrohre und gleichartigen Röhren von
Kraftfahrzeugen wurde in einigen Fällen eine dafür verwendete
Grund- oder Ausgangsmetallröhre einer Verstärkung der Dicke an
ihrem Verbindungsabschnitt unterzogen, was notwendig ist, um
eine mechanische Stärke zu besitzen, wobei jedoch der
zurückbleibende Abschnitt mit seiner Originalwanddicke
unversehrt bleibt. Daher ermöglicht die fertiggestellte Röhre
eine Gewichtseinsparung als Ganzes.
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Ein Verfahren zum Erhöhen der Metalldicke bzw. zum Verstärken
der Wanddicke, ist, wie zuvor erwähnt worden ist, hier zuvor
bekannt geworden, bei dem eine Ausgangsmetallröhre teilweise
erhitzt und axial zu einer dickwandigen Form gestaucht worden
ist. Für diesen Fall ist jedoch das Verarbeitungsgerät, das
eine Heizeinheit und der gleichen enthält, unförmig und
kompliziert, und was schlimmer ist, ist das komplizierte
Erzielen einer einheitlichen Wanddicke.
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Um die obigen Probleme zu überwinden, wurde ein bestimmtes
Verfahren zum Herstellen einer Metallröhre mit dickwandiger
Form vorgeschlagen, wie in der JP-A-07-214148 offenbart ist.
Dieses Verfahren hat einen ersten Schritt, bei dem eine
Ausgangsmetallröhre an ihrem einen oder an dem vorderen
Endabsehnitt in eine verengende Form eingeführt wird, indem
eine Druckbeanspruchungen auf einen anderen oder einen
hinteren Endabschnitt aufgewendet wird, wodurch der vordere
Endabschnitt in seiner diametralen Größe verringert wird, und
indem der resultierende vordere Endabschnitt durch Anwendung
einer Kraft, die kleiner als diejenige ist, die
entgegengesetzt zu der obigen Druckkraft ist, weiter verengt,
und hat einen zweiten Schritt, bei dem die Röhre, die in dem
ersten Schritt erhalten worden ist, in eine äußere Form
eingeführt wird, die die Röhre an den äußeren Umfang der
Ausgangsröhre bindet, und bei dem ein Dorn in den vorderen
Endabschnitt eingeführt wird, der in dem ersten Schritt
verengt worden ist, indem eine axiale Kraft auf den letzteren
aufgewendet wird, so dass der äußere Durchmesser des vorderen
Endabschnitts zu dem der Ausgangsmetallröhre aufgeweitet wird.
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Gemäss dem Verfahren, das durch die zuvor zitierte
Veröffentlichung gelehrt worden ist, benötigt jedoch der erste
oder der die Metallröhre verengende Schritt eine Form zum
Verengen einer Ausgangsmetallröhre, einen Dorn, um unter
Krafteinwendung die verengende Form einzuführen, und eine
Form, die zum Drücken der Röhre auf einer Seite angeordnet
ist, die entgegengesetzt zu der ist, die durch den Dorn
gedrückt wird, während der zweite oder der die Metallröhre
aufweitende Schritt zusätzlich zu einem Dorn, der zum
Aufweiten der Röhre verwendet wird, eine äußere Form zum
Verbinden des aufgeweiteten Durchmessers der Röhre zu dem der
Ausgangsröhre notwendig hat. Dies führt zu dem Problem, das
Einsparungen hinsichtlich des Verfahrenszubehörs und der
Herstellungskosten schwierig zu erreichen sind.
ÜBERBLICK DER ERFINDUNG
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Demgemäss ist es eine grundsätzliche Aufgabe der Erfindung,
ein Verfahren zu schaffen, in dem eine Metallröhre zu einer
dickwandigen Form gebracht wird, das mit äußerster
Leichtigkeit zum Kaltverformen dient und zur Einsparung der
Ausstattungsinvestitionen und der Herstellungskosten bis zu
einem auffallenden, großen Ausmaß fähig ist.
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Zum Beseitigen der Probleme des zuvor beschriebenen Stands der
Technik liegt die Erfindung in dem Vorsehen eines Verfahrens
gemäss Anspruch 1.
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Gemäss einem anderen Gesichtspunkt der Erfindung wird der
kegelförmige Abschnitt des Stempels, der bei dem ersten,
einführenden Schritt verwendet wird, auf einen Winkel in einem
Bereich von 30 bis 60 Grad eingestellt.
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Bei der Ausführung der Erfindung wird eine Ausgangsmetallröhre
diametral mit Hilfe eines kegelförmigen Stempels bei dem
ersten, einführenden Schritt aufgeweitet, und an diesem Ende
hat der Stempel einen bestimmten Neigungswinkel, der zwischen
30 und 60 Grad liegt. Folglich ist ein in dem aufgeweiteten
Bereich der Ausgangsmetallröhre befindliches Metallmaterial
derart ausgelegt, um bei diesem Bereich zu einem Zustand mit
verstärkter Dicke axial gedrückt zu werden.
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Bei dem zweiten, einführenden Schritt wird der resultierende,
aufgeweitete Bereich verstärkter Dicke in eine verengende Form
eingeführt, wodurch dieser Bereich auf einen vorgegebenen
Durchmesser verengt wird, wie zum Beispiel auf einen
Durchmesser, der gleich oder im Wesentlichen gleich dem der
Ausgangsröhre ist. Schließlich kann die verarbeitete
Metallröhre mit einem Bereich erhalten werden, der eine
bestimmte Wanddicke und einen gewünschten Aussendurchmesser
hat, wie zum Beispiel einen Aussendurchmesser, der gleich oder
eigentlich gleich dem der Ausgangsröhre bleibt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1A bis Fig. 1D stellen ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel eines Verarbeitungsschritts gemäss der
Erfindung dar, wobei Fig. 1A eine teilweise geschnitten
dargestellte Explosionsansicht einer Ausgangsmetallröhre vor
dem Arbeitsvorgang ist, Fig. 1B eine teilweise geschnitten
dargestellte Explosionsansicht der Röhre nach dem Aufweiten
ist, Fig. 1C eine teilweise geschnitten dargestellte
Explosionsansicht der Röhre vor dem Verengen ihres
aufgeweiteten Bereichs, und wobei Fig. 1D eine teilweise
geschnitten dargestellte Explosionsansicht der Röhre ist,
nachdem sie hinsichtlich ihres aufgeweiteten Bereichs verengt
worden ist.
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Fig. 2A bis Fig. 2D stellen als Explosionsansichten, von der
Seite gesehen, ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung
dar, bei dem jeweils die erste und die zweite Stufe in eine
Vielzahl Verarbeitungsschritte aufgeteilt sind, wobei eine
Ausgangsmetallröhre einer Aufweitung bei einer Vielzahl
aufweitender Schritte unterzogen wird, wie in Fig. 2A und 2B
gezeigt worden ist, und wobei der resultierende, aufgeweitete
Bereich einer Verengung bei einer Vielzahl verengender
Schritte ausgesetzt wird, die in Fig. 2C und 2D gezeigt ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Mit Bezug auf die Zeichnungen wird das bevorzugte
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausführlicher
beschrieben.
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Fig. 1A, 1B, 1C und 1D stellen ein Verfahren zum Verarbeiten
einer Metallröhre zu einem dickwandigen Aufbau gemäss der
Erfindung dar. In Fig. 1A ist eine Ausgangsmetallröhre 1 zum
vollständigen Verarbeiten gezeigt und in einer vertikalen
Stellung angeordnet, in dem ein oder der hintere Endbereich 1a
in einer Klemme 2 gehalten ist. Der hintere Endbereich 1a ist
nicht dafür vorgesehen, um zum Verstärken der Dicke
verarbeitet zu werden. Der End-zu-End-Abstand L1 zwischen dem
anderen oder dem vorderen Endbereich 1b und einem oberen Ende
der Klemme 2 wird derart eingestellt, dass die Metallröhre 1
während des Verarbeitens zum Verstärken der Dicke vor einem
Verziehen geschützt ist. Der vordere Endbereich 1b dient zur
Wand verdickenden Verarbeitung.
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Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Stempel, der zum Aufweiten
und Verdicken des vorderen Endbereichs 1b vorgesehen ist,
wobei die Achse des Stempels 3 in Ausrichtung zu der der
Metallröhre 1 angeordnet und vertikal bewegbar ausgerichtet
ist. Der Stempel 3 enthält eine Aufweitungsform 3a, die einen
größeren Durchmesser als der Innendurchmesser der Metallröhre
1 hat, eine Spitze oder ein unteres Ende 3b, die mit kleinerem
Durchmesser als der der Form 3a vorgesehen und zum
Presseinpassen in die Metallröhre 1 vorgesehen ist, und einen
kegelförmigen Abschnitt 3c hat, der zwischen der Form 3a und
dem vorderen Ende 3b einstückig enthalten ist. Ferner ist der
kegelförmige 3c definiert, um einen spezifischen,
kegelförmigen Winkel a&sub1; zu haben, d. h. einen spezifischen
Winkel zu haben, der hinsichtlich der Achse der Form 3a
geöffnet ist, wobei der Winkel mit einem ausgewählten Winkel,
in einem Bereich 30 bis 60 Grad, eingestellt wird. Dieser
spezifische Winkelbereich L1 ist der Tatsache zuzuschreiben,
dass eine adäquate Röhrenaufweitung und eine Wandverdickung
nur bei 30 Grad oder mehr möglich ist, und dass größere Winkel
als 60 Grad häufig für eine axiale Verformung oder im Übrigen
für eine verzogene Metallröhre während des unter
Kraftaufwendung bewirkten Einführens der Form 3a in die
Metallröhre 1 verantwortlich ist.
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Der Stempel 3 ist hin und her bewegbar angeordnet, nämlich, er
ist mit Hilfe eines über dem Stempel angeordneten
Hydraulikzylinders 4 bezüglich der Metallröhre 1 vertikal
bewegbar.
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Bei diesem Aufbau wird der Hydraulikzylinder 4 zum Absenken
des Stempels 3 betätigt, der dann zum Einführen in den
vorderen Endbereich 1b der Metallröhre 1 gedrückt wird, so
dass der vordere Endbereich 1b gleichzeitig aufgeweitet und
verdickt wird, wie in Fig. 1B gezeigt ist. Dies wird als eine
erste Stufe bei dem Verfahren der Erfindung genommen.
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Beim Einführen des Stempels 3 unter Krafteinwirkung wird die
Metallröhre 1 im Allgemeinen mit verringerter Dicke
zurückgelassen, wie sie der Umfangsspannbeanspruchung
ausgesetzt worden ist. Für den Fall, bei dem der kegelförmige
Abschnitt des Stempels 3 einen Neigungswinkel a&sub1; in einem
Bereich von 30 bis 60 Grad hat, wird eine axiale
Stauchbeanspruchung auf die Metallröhre 1 aufgewendet, wodurch
der vordere Endbereich 1b der Metallröhre 1 vor einer
verringerten Wanddicke geschützt wird und im Gegensatz dazu
dick zurückbleibt.
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Bei einem Neigungswinkel α&sub1; des kegelförmigen Abschnitts 3c in
einem Bereich 40 bis 50 Grad wird zum Verstärken der Dicke der
Metallröhre ein besonders sicheres Verarbeiten erreicht.
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Die Wanddicke kann durch die folgende empirische Formel mit
geringfügigen Veränderungen dargestellt werden.
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t&sub1; = t&sub0; · (d&sub0;/d&sub1;)0,65
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Wobei
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t&sub0;: die Wanddicke der Metallröhre vor der aufweitenden
Verarbeitung ist;
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t&sub1;: die Wanddicke der Metallröhre nach der aufweitenden
Verarbeitung ist;
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d&sub0;: der Außendurchmesser der Ausgangsmetallröhre ist;
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d&sub1;: der Außendurchmesser der Metallröhre nach der aufweitenden
Verarbeitung ist.
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Um eine gewünschte, verstärkte Dicke zu erhalten, kann die
Metallröhre bis zu einem vorbestimmten Ausmaß aufgeweitet
werden, das auf der obigen Formel basiert.
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Der vordere Endbereich, der bei der ersten Stufe aufgeweitet
und verdickt worden ist, wird als 1c bezeichnet, wie in Fig.
1B gezeigt ist. Die Länge L2 des derart aufgeweiteten und
verdickten, vorderen Endbereich kann wie gewünscht bestimmt
werden, indem die Tiefe des Stempels 3, die in die Metallröhre
1 unter Kraftanwendung eingeführt wird, eingestellt wird.
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Mit Bezug auf die Zeichnungen in Fig. 1C und 1D wird als
nächstes eine zweite Stufe bei dem Verfahren der Erfindung wie
folgt beschrieben. Bei der zweiten Stufe wird ein
aufgeweiteter, vorderer Endbereich 1c einer verdickten
Metallröhre 1d, wie er bei der ersten Stufe erhalten worden
ist, zu einem Außendurchmesser verengt, der identisch mit oder
im Wesentlichen identisch mit dem des Ausgangsröhrenabschnitts
1a ist.
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In Fig. 1C wird eine bei der ersten Stufe verdickte
Metallröhre durch das Bezugszeichen 1d bezeichnet, und der
Ausgangsmetallabschnitt 1a ist vertikal angeordnet, indem ein
oder der hintere Endbereich in einer Klemme 2 gehalten wird,
wie zuvor beschrieben worden ist. Bezugszeichen 5 bezeichnet
eine verengende Form, die darin mit einer sich vertikal
erstreckenden Öffnung 5a vorgesehen ist, die einen
innendurchmesser hat, der identisch oder im Wesentlichen
identisch zu dem Außendurchmesser des Ausgangsröhrenabschnitts
1a ist. Die Öffnung 5a ist mit der verdickten Metallröhre 1d
ausgerichtet.
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An einem unteren Endabschnitt der Öffnung 5a ist ein sich nach
unten aufweitender, kegelförmiger Abschnitt 5b einstückig
damit vorgesehen.
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Der Neigungswinkel α&sub2; des kegelförmigen Abschnitts 5b, d. h. ein
Winkel, der auf die Achse der Öffnung 5a gerichtet ist, wird
leicht unter 30 Grad eingestellt. Ein unterer Endabschnitt 5c
der Öffnung 5a hat eine Öffnung, die mit einem Durchmesser
begrenzt ist, der größer ist als der Außendurchmesser des
aufgeweiteten, vorderen Endbereichs 1c der verdickten
Metallröhre 1d ist.
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Bei dem zuvor erwähnten Aufbau wird ein Hydraulikzylinder 6
betätigt, um die verengende Röhre 5 nach unten zu bewegen,
wobei die Metallröhre 1d enthalten ist, die in Fig. 1D gezeigt
ist. Auf dieses Weise wird der vordere Endbereich 1c, der in
einem aufgeweiteten und verdickten Zustand gehalten worden
ist, in die Öffnung 5a durch den kegelförmigen Abschnitt 5b
gedrückt, wie in Fig. 1D gezeigt ist. Auf diese Weise wird der
verdickte und aufgeweitete Abschnitt 1c dann zum Eintreten in
die Öffnung 5a bewegt, während er in seinem Außendurchmesser
bei dem kegelförmigen Abschnitt 5b gezogen wird. Der
Verengungsdurchmesser des aufgeweiteten, vorderen Endbereichs
1c wird basierend auf dem Innendurchmesser der Öffnung 5a
entschieden. Da der Neigungswinkel α&sub2; des kegelförmigen
Abschnitts 5b, wie zuvor bezeichnet, eingestellt worden ist,
wird in diesem Fall der aufgeweitete, vordere Endabschnitt 1c
keinen Anstieg oder keine Verringerung in der Wanddicke
zulassen und er wird verengt, wobei er lediglich gleich oder
im Wesentlichen gleich mit dem Außendurchmesser der
Metallröhre 1c ist.
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Es ist vorzuziehen, dass der Neigungswinkel α&sub2; des
kegelförmigen Abschnitts 5b der verengenden Form 5 von ca. 15
bis 20 Grad eingestellt wird, um den vorderen Endbereich 1c
gleichmäßig verengt zurückzulassen. Ein gleiches Resultat wird
für denjenigen Fall erreicht, bei dem eine Vielzahl
verengender Schritte angewendet werden, wie später beschrieben
wird. Bei jedem dieser Schritte wird ebenfalls ein
Neigungswinkel von 15 bis 20 Grad vorzuziehen sein.
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Daher ist es vorteilhaft, dass eine Metallröhre vorgesehen
wird, die einen einheitlichen Außenumfang über die ganze Länge
hat und einen verdickten Bereich 1c' über eine vorbestimmten
Länge hat, wie in Fig. 1D gezeigt ist.
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Das zuvor beschriebene Ausführungsbeispiel ist derart
ausgebildet, um das Aufweiten und das Verengen einer
Ausgangsmetallröhre jeweils durch einen einzigen Stempel
jeweils zu vollenden. Wie in Fig. 2A, 2B, 2C und 2D
dargestellt ist, kann sowohl die erste als auch die zweite
Stufe in eine Vielzahl Verarbeitungsschritte aufgeteilt
werden, so dass das Aufweiten und das Verdicken
aufeinanderfolgend bei der ersten Stufe durchgeführt werden
kann, und dass das Verengen aufeinanderfolgend in der zweiten
Stufe durchgeführt werden kann.
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Die Metallröhre kann, nachdem sie eine Reihe
Verfahrensschritte zum Verdicken der Wand unterworfen wurde,
wie zuvor beschrieben worden ist, wiederholend verarbeitet
werden, indem der gleiche Satz des Stempels und der
verengenden Form verwendet wird, woraus resultiert, dass eine
dickwandige Form mit verbesserter Zuverlässigkeit erhalten
wird.
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Hinsichtlich des obigen Verfahrensablaufes kann eine
Metallröhre auf herkömmliche Weise auf eine bestimmte
Temperatur bis zur Vervollständigung eines ersten
Arbeitsvorgangs zum Verstärken der Wanddicke erwärmt werden,
was durch das Entfernen der Formstückaushärtungen von der sich
ergebenden Röhre und durch nachfolgender Wiederholung des
gleichen Arbeitsvorgangs zum Verdicken der Wand an dem
gleichen Bereich gefolgt wird. Dies steuert einer weiteren
Verbesserung hinsichtlich der Zuverlässigkeit überaus bei.
Aufgrund von Experimenten durch die Erfinder fand man heraus,
dass in dem Fall einer einzigen Verarbeitung zum Wandverdicken
eine Röhre aus rostfreiem Stahl ein Verhältnis von 15%
verstärkter Dicke aufweist, und dass in dem Fall einer zweiten
Verarbeitung zum Wandverdicken nach dem Erwärmen auf eine
bestimmte Temperatur ein Verhältnis so groß wie 30%
verstärkter Dicke erhalten werden kann.
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Wenn, genauer ausgedrückt, die Metallröhre einer zweiten
Verarbeitung zu einer dickwandigen Form unterzogen wird, bevor
das auf eine bestimmte Temperatur erwärmte Metallrohr
abgekühlt worden ist, wird die Metallröhre unter einem Warm-
oder Heissverformen verarbeitet, was die zweite Verarbeitung
des Metallrohrs zu einer dickwandigen Form effektiver machen
kann.
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Bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ist die
Ausgangsmetallröhre 1 oder die aufgeweitete Metallröhre 1d
derart dargestellt, dass sie bei einer vertikalen Anordnung
verarbeitet wird. Die Röhre 1 oder die Röhre 1d kann in
seitlicher Anordnung platziert werden, wobei der Stempel 3 und
die verengende Form 5 seitlich verschiebbar angeordnet wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur für Auspuffrohre
für Kraftfahrzeuge geeignet verwendbar, sondern ebenfalls für
verschiedenartige Leitungen und Röhren als Baubestandteile.
Wie beschrieben und folgend gezeigt ist, ermöglicht das
Verfahren gemäss der Erfindung eine Herstellung einer
Metallröhre, die eine dickwandigen Bereich hat, der mit
gewünschter Länge ausgebildet worden ist, wobei der
dickwandige Bereich einen Außendurchmesser hat, der identisch
oder im Wesentlichen identisch zu dem Außendurchmesser des
zurückgebliebenen Abschnitts gemacht worden ist. Dieses
Verfahren kann durch Kaltverformen mit Mitteln zum einfachen
Kombinieren eines aufweitenden Stempels und einer verengenden
Form und einer Außenform durchgeführt werden, die alle bei dem
anfänglich diskutierten Stand der Technik benötigt werden.
Dies ist einer leichten Herstellung und dem Einsparen von
Zubehörinvestitionen und Herstellungskosten besonders
förderlich.