EP0114924B1

EP0114924B1 - Vorrichtung zur hydroplastischen Verformung eines rohrförmigen Rohlings

Info

Publication number: EP0114924B1
Application number: EP83107906A
Authority: EP
Inventors: Georgi Kostov Dipl.-Ing. Petkov; Todor Stojkov Dipl.-Ing. Todorov; Jordanka Pusseva Dipl.-Ing. Atanassova; Nikola Mirtschev Dipl.-Ing. Nezov; Stefan Kolev Dipl.-Ing. Deevski; Nikola Ivanov Dipl.-Ing. Radev; Botjo Pentschev Dipl.-Ing. Botev; Georgi Metev Dipl.-Ing. Metev; Ivan Christov Dipl.-Ing. Najdenov; Jakim Najdenov Dipl.-Ing. Petrov
Original assignee: NPSP po Hydroplastichna Obrabotka na Metalite
Current assignee: NPSP po Hydroplastichna Obrabotka na Metalite
Priority date: 1983-01-26
Filing date: 1983-08-10
Publication date: 1987-11-25
Also published as: EP0114924A3; JPS59137142A; US4619129A; BG39831A1; DD246895A7; DE3374667D1; SU1417963A1; EP0114924A2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur hydroplastischen Verformung eines rohrförmigen Rohlings. Derartige Vorrichtungen werden in der Metallurgie und dem Maschinenbau eingesetzt.
Aus der BG-PS 23783 ist eine Vorrichtung zur Verformung eines Rohlings bekannt, die aus einem Arbeitswerkzeug mit zentraler Grundbohrung und radialen Kanälen besteht, die mit der zentralen Grundbohrung verbunden sind, wodurch eine Druckschmierung von bearbeiteter Oberfläche und Arbeitswerkzeug zustandekommt. In einer Matrize mit profilierter Innenfläche liegt der Rohling; beide sind auf einer beweglichen Abstützung angebracht. Das Arbeitswerkzeug ist mit einem Kolben mit zentralem Kanal eines vertikalen Speisezylinders beweglich verbunden und abgedichtet. Dieser zentrale Kanal ist seinerseits mit einer im vertikalen Speisezylinder ausgebildeten Druckkammer verbunden, die durch Kanäle mit einem Eingabesystem für das Arbeitsmedium in Verbindung steht. Diese Kanäle sind in einem an den vertikalen Speisezylinder angebauten Gehäuse ausgebildet. Das Gehäuse ist an einer den vertikalen Speisezylinder und das Arbeitswerkzeug antreibenden Presse befestigt.
Ein Nachteil der obengenannten Vorrichtung ist, daß ein hoher, die Fließgrenze des Materials des zu bearbeitenden Rohlings überschreitender Druck nicht erzielt werden kann. Der erreichbare Hochdruck wird durch die Fläche der Druckkammer und die möglichen Kolbenbelastungen begrenzt. Um einen hohen Druck des Arbeitsmediums zu erreichen, müßte die Fläche dieser Kammer verkleinert werden, was eine Verminderung des Kolbenquerschnitts zur Folge hat. Dies wiederum ist aus technischer Sicht und durch die erreichbaren Werkstoffestigkeitsparameter bedingt, nicht möglich. Diese Tatsachen haben Druckspannungen zur Folge, die wesentlich unter der Fließgrenze des zu bearbeitenden Rohlingswerkstoffs liegen, ungeachtet dessen, daß die plastische Verformung eine bedeutende Preßkraft erfordert.
Aus der DE-A-1652616 ist ferner eine Vorrichtung zur Verformung von Werkstoffen durch hohe Druckimpulse bekannt, bei der ein ebenes Werkstück in ein Gesenk hydraulisch gepreßt wird. Die dabei erzeugten Druckimpulse wirken gleichmäßig und gleichzeitig an allen Punkten der zu bearbeitenden Oberfläche. Für die hydroplastische Verformung eines rohrförmigen Rohlings ist diese vorbekannte Vorrichtung wenig geeignet.
Schließlich ist mit der DE-A-1932430 eine Vorrichtung zum Umformen von rohrförmigen Werkstücken bekannt geworden, bei welcher das Werkstück in einen Formhohlraum eingelegt wird, dessen begrenzende Fläche der zu erzielenden Oberflächengestalt des Werkstücks entspricht. Innerhalb des Werkstücks ist eine zur Erzeugung der Verformungskräfte dienende Druckeinrichtung angeordnet, welche das rohrförmige Werkstück radial bis zur begrenzenden Oberfläche aufweitet. Diese Druckeinrichtung ist mit einer Einrichtung zur Erzeugung eines Druckstoßes ausgerüstet, unter dessen Einfluß die Außenoberfläche des Werkstückes und die den Formhohlraum begrenzende Innenoberfläche einer Form miteinander in Kontakt kommen. Der Rohling wird gleichzeitig über seine gesamte axiale Länge mit Druckimpulsen beaufschlagt. Zur Erzielung des gewünschten Verformungsgrades ist deshalb eine außerordentliche Preßkraft erforderlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur hydroplastischen Verformung von rohrförmigen Rohlingen zu schaffen, bei der die Druckimpulse in axialer Richtung des Rohlings gesteuert und in erster Linie radial auf die Innenseite des Rohlings einwirken.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur hydroplastischen Verformung eines rohrförmigen Rohlings, mit einer Matrize, in die der Rohling eingelegt wird, einem Arbeitswerkzeug mit einer umlaufenden Ringnut, welche zusammen mit dem Rohling einen geschlossenen Verformungsraum bildet, einer zentralen Grundbohrung, welche mit einer Druckkammer in Verbindung steht, und radialen Kanälen, welche sich von der zentralen Grundbohrung bis in die Ringnut erstrecken, ferner mit einem Speisezylinder, in dem die Druckkammer ausgebildet ist, welche durch einen mit dem Arbeitswerkzeug verbundenen Kolben begrenzt ist, sowie einem auf das hydraulische Druckmedium in der Druckkammer einwirkenden Plunger, der mit einem Impulsübertrager verbunden ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die vom Plunger und dem damit verbundenen Impulserzeuger im hydraulischen Druckmedium in der Druckkammer ausgelösten Druckimpulse über die zentrale Grundbohrung und die davon radial abgehenden Kanäle in die umlaufende Ringnut des Arbeitswerkzeugs geleitet. Die Druckimpulse werden dabei nur in dem geschlossenen Verformungsraum wirksam, welcher von der umlaufenden Ringnut am Arbeitswerkzeug gemeinsam mit dem Rohling gebildet wird. Durch variable Eindringtiefe des Arbeitswerkzeugs in das Innere des Rohlings läßt sich die axiale Lage, in der die Druckimpulse auf den Rohling einwirken, leicht und präzise versetzbar steuern. Da die angewandten Druckimpulse eine genau definierte Richtung aufweisen und deshalb stark konzentriert sind, und außerdem eine Steuerung derselben durch Versetzen des Arbeitswerkzeugs in Längsrichtung des zu bearbeitenden Rohlings erfolgen kann, sind die Voraussetzungen für den Einsatz des hydraulischen Schmiedens gegeben. Hierdurch kann der hydroplastische Verformungsgrad bei vorgegebener, zur Verfügung stehender Preßkraft erheblich erhöht werden. Die Effektivität des Umformungsprozesses wird nachhaltig gesteigert, sodaß die Herstellung von sehr hochwertigen Erzeugnissen möglich ist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die radialen Kanäle im Arbeitswerkzeug mit Drosselelementen versehen. Diese als Ventil wirkenden Drosselelemente werden erst dann vollständig geöffnet, nachdem das Arbeitswerkzeug ganz koaxial in den Rohling eingedrungen ist.
Besonders bevorzugt wird eine Ausführungsform, bei der der Plunger und der Impulsübertrager in den Kolben des Speisezylinders eingebaut ist.
Bei einer weiteren, zweckmäßigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Speisezylinder am beweglichen Teil einer Presse angebracht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Vorrichtung zur hydroplastischen Verformung eines rohrförmigen Rohlings, in einem Längsschnitt, und
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Vorrichtung, ebenfalls in einem Längsschnitt.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem Speisezylinder 1, in dem eine Druckkammer 2 ausgebildet und der mit einem Entlüftungskanal 3 und mit einem Kanal für die Eingabe von Arbeitsmedium 4 versehen ist. In dem Speisezylinder 1 ist ein Kolben 5 mit drosselbarer Zentralbohrung eingebaut. Am Kolben 5 ist ein Arbeitswerkzeug 6 mit einer zentralen Grundbohrung 7, die mit der drosselbaren Zentralbohrung des Kolbens 5 verbunden ist, und mit der zentralen Grundbohrung 7 verbundenen radialen Kanälen 8 befestigt. Die radialen Kanäle 8 sind mit einer Ringnut 9 des Arbeitswerkzeugs 6 verbunden. Der Speisezylinder 1 ist durch eine Halterung 10 starr am beweglichen Teil einer Presse 11 befestigt. Koaxial zum Arbeitswerkzeug 6 ist in eine Matrize 12 mit profilierter oder auch nicht profilierter Innenfläche der Rohling 13 eingelegt. Das vordere Ende des Arbeitswerkzeugs 6 ist in den Rohling 13 eingeführt, wobei durch Ringnut 9 und Rohling 13 geschlossene Verformungsräume gebildet werden. In den Speisezylinder 1 ist ein Plunger 14 eingebaut und abgedichtet, durch den die Druckkammer 2 mit einem an einem Antriebsmechanismus 16 montierten Impulserzeuger oder -übertrager 15 verbunden ist.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Druckkammer 2 im Arbeitswerkzeug 6 ausgebildet. Impulsübertrager 15 und Plunger 14 sind in den Kolben 5 des Speisezylinders 1 eingebaut. Außerdem sind die radialen Kanäle 8 des Arbeitswerkzeugs 6 mit einem Drosselelement 17 versehen.
Es ist auch möglich, eine gleichzeitige hydroplastische Bearbeitung von Innen- und Außenfläche des Rohlings 13 durch eine zusätzliche Impulsbelastung vorzunehmen.
Dabei ist das Arbeitswerkzeug für die Bearbeitung der Außenfläche dem für die Innenflächenbearbeitung bestimmten analog ausgeführt.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Der Rohling 13 wird in die Matrize 12 eingelegt und das Arbeitswerkzeug 6 koaxial auf den Rohling 13 aufgesetzt. Durch den Kanal 4 wird in das System Arbeitsmedium eingegeben, die Druckkammer 2 gefüllt und der Kolben 5 in die Endstellung vorgeschoben. Der Speisezylinder 1 wird durch den Kanal 3 entlüftet, wonach sich die Presse 11 nach unten bewegt, wobei auch der Kolben 5 mit dem Arbeitswerkzeug 6 bis zum Anpressen und Abdichten nach unten versetzt wird. In dieser Stellung wird die Ringnut 9 durch die zentrale Grundbohrung 7 und die radialen Kanäle 8 des Arbeitswerkzeugs 6 mit Arbeitsmedium gefüllt. Gleichzeitig sinkt durch die Preßkraft F, das Arbeitswerkzeug 6 nach unten und in den Rohling 13 ab, wobei das obere Ende desselben plastisch verformt wird. Nach dem Abdichten der Ringnut 9 des Arbeitswerkzeugs 6 durch den Rohling 13 wird in der Druckkammer 2 ein Hochdruck P, aufgebaut, der zur Verformungskraft proportional ist. Unmittelbar danach wird die Antriebsvorrichtung 16 des Impulsaktivators 15 in Gang gesetzt und durch den Plunger 14 in der Druckkammer 2 ein zusätzlicher Druck mit Impulscharakter P₂ aufgebaut. In diesem Augenblick beträgt der Gesamtdruck P in der Ringnut 9 des Arbeitswerkzeugs 6 die Summe beider Drücke: P = P, + P₂. Bezeichnet man mit cr_s die Fließspannung des Metalls des Rohlings in den Zonen, in denen die Matrize 12 den Rohling 13 berührt, und mit a'_s die Fließspannung an den Stellen, an denen sich um den Rohling 13 ein Hohlraum befindet, so wird o'g <oβs sein, bedingt durch die Kaltvorverfestigung und das Vorhandensein von Biegemomenten über den Hohlräumen. Infolge der Wirkung der Druckimpulse auf die Oberfläche des Rohlings füllt das Metall diese Hohlräume aus. Durch die Wahl entsprechender Durchmesser und Längen der einzelnen Arbeitswerkzeugabschnitte und durch die Geschwindigkeit der Presse 11 wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Arbeitswerkzeugs 6 geregelt, und durch Regeln der Frequenz und der Einwirkungskraft F₂ auf den Plunger 14 kommt eine Regelung des zusätzlichen Impuls-Verformungsgrads der Vorrichtung zustande. Je nachdem, ob die zu bearbeitende Oberfläche glatt oder profiliert ist, wird die Impulswirkung des Arbeitsmediums in Längsrichtung des bearbeiteten Rohlings 13 durch die Bewegung des Arbeitswerkzeugs 6 gesteuert. Im Ergebnis ist es möglich, auf gegebene Zonen des Rohlings in einer bestimmten Zeiteinheit Impulse aufzutragen, die dem hydraulischen Schmieden ähnlich sind.
Die Vorrichtung gemäß der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform arbeitet folgendermaßen: In die Matrize 12 wird der Rohling 13 eingelegt, und in denselben das Arbeitswerkzeug 6, dessen Druckkammer 2 mit Arbeitsmedium gefüllt und entlüftet wird. Auf den Kolben 5 wird eine Preßkraft Fangewandt, wodurch das Arbeitswerkzeug 6 in den Rohling 13 eindringt, wobei die Ringnut 9 durch die Innenfläche des Rohlings 13 geschlossen wird. Der auf diese Weise zustandegekommene Raum wird durch das Drosselventil 17 mit Arbeitsmedium gefüllt. Nachdem das Arbeitswerkzeug 6 ganz in den Rohling 13 eingedrungen ist, wird das Drosselventil 17 vollständig geöffnet und der Impulsübertrager 15 eingeschaltet. Durch die Preßkraft F wird in der Druckkammer 2 ein Vorhochdruck aufgebaut, und unter der Einwirkung des Impulsübertragers 15 werden durch die radialen Kanäle 8 in die Ringnut 9 zusätzliche Mengen Arbeitsmedium unter erhöhtem Druck eingepreßt und so eine hydroplastische Verformung vollzogen.

Claims

1. Vorrichtung zur hydroplastischen Verformung eines rohrförmigen Rohlings mit

- einer Matrize (12), in die der Rohling (13) eingelegt wird,

- einem Arbeitswerkzeug (6) mit einer umlaufenden Ringnut (9), welche zusammen mit dem Rohling (13) einen geschlossenen Verformungsraum bildet, einer zentralen Grundbohrung (7), welche mit einer Druckkammer (2) in Druckverbindung steht, und

- radialen Kanälen (8), welche sich von der zentralen Grundbohrung (7) bis in die Ringnut (9) erstrecken,

- einem Speisezylinder (1), in dem die eine Druckkammer (2) ausgebildet ist, welche durch einen mit dem Arbeitswerkzeug (6) verbundenen Kolben (5) begrenzt ist, und

- einem auf das hydraulische Druckmedium in der Druckkammer (2) einwirkenden Plunger (14), der mit einem Impulsübertrager (15) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Kanäle (8) im Arbeitswerkzeug (6) mit Drosselelementen (17) versehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Plunger (14) und der Impulsübertrager (15) in den Kolben (5) des Speisezylinders (1) eingebaut ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisezylinder (1) am beweglichen Teil einer Presse (11) angebracht ist.