EP0114924B1 - Vorrichtung zur hydroplastischen Verformung eines rohrförmigen Rohlings - Google Patents

Vorrichtung zur hydroplastischen Verformung eines rohrförmigen Rohlings Download PDF

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EP0114924B1
EP0114924B1 EP83107906A EP83107906A EP0114924B1 EP 0114924 B1 EP0114924 B1 EP 0114924B1 EP 83107906 A EP83107906 A EP 83107906A EP 83107906 A EP83107906 A EP 83107906A EP 0114924 B1 EP0114924 B1 EP 0114924B1
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pressure
work tool
piston
plunger
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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
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NPSP po Hydroplastichna Obrabotka na Metalite
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NPSP po Hydroplastichna Obrabotka na Metalite
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    • Y10T29/49805—Shaping by direct application of fluent pressure
    • Y10T29/49806—Explosively shaping

Definitions

  • the invention relates to a device for hydroplastic deformation of a tubular blank. Such devices are used in metallurgy and mechanical engineering.
  • a device for deforming a blank which consists of a work tool with a central basic bore and radial channels, which are connected to the central basic bore, whereby pressure lubrication of the machined surface and work tool is achieved.
  • the blank lies in a die with a profiled inner surface; both are mounted on a movable support.
  • the work tool is movably connected and sealed with a piston with a central channel of a vertical feed cylinder. This central channel is in turn connected to a pressure chamber formed in the vertical feed cylinder, which is connected by channels to an input system for the working medium.
  • These channels are formed in a housing attached to the vertical feed cylinder.
  • the housing is attached to a press driving the vertical feed cylinder and the working tool.
  • a disadvantage of the above-mentioned device is that a high pressure which exceeds the yield point of the material of the blank to be processed cannot be achieved.
  • the achievable high pressure is limited by the area of the pressure chamber and the possible piston loads.
  • the area of this chamber would have to be reduced, which would result in a reduction in the piston cross-section.
  • this is not possible from a technical point of view and due to the achievable material strength parameters.
  • a device for deforming materials by high pressure pulses in which a flat workpiece is hydraulically pressed into a die.
  • the pressure impulses generated thereby act evenly and simultaneously at all points on the surface to be processed.
  • This previously known device is not very suitable for the hydroplastic deformation of a tubular blank.
  • DE-A-1932430 has disclosed a device for shaping tubular workpieces, in which the workpiece is placed in a mold cavity whose limiting surface corresponds to the surface shape of the workpiece to be achieved.
  • a pressure device which serves to generate the deformation forces and which expands the tubular workpiece radially to the delimiting surface.
  • This pressure device is equipped with a device for generating a pressure surge, under the influence of which the outer surface of the workpiece and the inner surface of the mold delimiting the mold cavity come into contact with one another.
  • the blank is simultaneously subjected to pressure pulses over its entire axial length. An extraordinary pressing force is therefore required to achieve the desired degree of deformation.
  • the object of the present invention is to provide a device for the hydroplastic deformation of tubular blanks, in which the pressure pulses are controlled in the axial direction of the blank and act primarily radially on the inside of the blank.
  • a device for the hydroplastic deformation of a tubular blank with a die into which the blank is inserted, a working tool with a circumferential annular groove, which together with the blank forms a closed deformation space, a central basic bore, which with a pressure chamber is connected, and radial channels, which extend from the central bore into the annular groove, further with a feed cylinder, in which the pressure chamber is formed, which is delimited by a piston connected to the working tool, and one on the hydraulic pressure medium in the plunger acting on the pressure chamber, which is connected to a pulse transmitter.
  • the pressure pulses triggered by the plunger and the associated pulse generator in the hydraulic pressure medium in the pressure chamber are conducted via the central basic bore and the radially outgoing channels into the circumferential annular groove of the working tool.
  • the pressure pulses are only effective in the closed deformation space, which is formed by the circumferential annular groove on the work tool together with the blank.
  • the axial position in which the pressure impulses act on the blank can be controlled easily and precisely by means of variable penetration depth of the working tool into the interior of the blank. Since the pressure pulses applied have a precisely defined direction and are therefore highly concentrated, and they can also be controlled by moving the work tool in the longitudinal direction of the blank to be machined, the requirements for the use of hydraulic forging are given. As a result, the degree of hydroplastic deformation at a given, Available pressing force can be increased significantly. The effectiveness of the forming process is sustainably increased, so that the production of very high quality products is possible.
  • the radial channels in the work tool are provided with throttle elements. These throttle elements, which act as a valve, are only fully opened after the work tool has entered the blank in a coaxial manner.
  • An embodiment is particularly preferred in which the plunger and the pulse transmitter are installed in the piston of the feed cylinder.
  • the feed cylinder is attached to the movable part of a press.
  • the device shown in Fig. 1 consists of a feed cylinder 1, in which a pressure chamber 2 is formed and which is provided with a ventilation channel 3 and with a channel for the input of working medium 4.
  • a piston 5 with a throttled central bore is installed in the feed cylinder 1.
  • the radial channels 8 are connected to an annular groove 9 of the working tool 6.
  • the feed cylinder 1 is rigidly attached to the movable part of a press 11 by a bracket 10.
  • the blank 13 is inserted coaxially to the working tool 6 into a die 12 with a profiled or non-profiled inner surface.
  • the front end of the working tool 6 is inserted into the blank 13, wherein closed deformation spaces are formed by the annular groove 9 and the blank 13.
  • a plunger 14 is installed and sealed in the feed cylinder 1, through which the pressure chamber 2 is connected to a pulse generator or transmitter 15 mounted on a drive mechanism 16.
  • the pressure chamber 2 is formed in the work tool 6.
  • Pulse transmitter 15 and plunger 14 are installed in the piston 5 of the feed cylinder 1.
  • the radial channels 8 of the work tool 6 are provided with a throttle element 17.
  • the work tool for processing the outer surface is designed analogously to that intended for processing the inner surface.
  • the device shown in FIG. 1 operates as follows: the blank 13 is inserted into the die 12 and the working tool 6 is placed coaxially on the blank 13.
  • Working medium is entered into the system through the channel 4, the pressure chamber 2 is filled and the piston 5 is pushed into the end position.
  • the feed cylinder 1 is vented through the channel 3, after which the press 11 moves downward, the piston 5 with the working tool 6 being displaced downward until it is pressed and sealed.
  • the annular groove 9 is filled with working medium through the central basic bore 7 and the radial channels 8 of the working tool 6.
  • the pressing tool F sinks the work tool 6 downwards and into the blank 13, the upper end of which is plastically deformed.
  • the impulse effect of the working medium in the longitudinal direction of the machined blank 13 is controlled by the movement of the working tool 6.
  • it is possible to apply impulses to given zones of the blank in a certain unit of time are similar to hydraulic forging.
  • the device according to the embodiment shown in FIG. 2 operates as follows: the blank 13 is inserted into the die 12, and the work tool 6, the pressure chamber 2 of which is filled with working medium and vented, is placed in the die 12. A pressing force is applied to the piston 5, as a result of which the working tool 6 penetrates into the blank 13, the annular groove 9 being closed by the inner surface of the blank 13. The space created in this way is filled with working medium by the throttle valve 17. After the working tool 6 has completely penetrated into the blank 13, the throttle valve 17 is opened completely and the pulse transmitter 15 is switched on. A pre-high pressure is built up in the pressure chamber 2 by the pressing force F, and under the action of the pulse transmitter 15, additional amounts of working medium are pressed into the annular groove 9 under increased pressure and thus perform a hydroplastic deformation.

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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 crs 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 (4)

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.
EP83107906A 1983-01-26 1983-08-10 Vorrichtung zur hydroplastischen Verformung eines rohrförmigen Rohlings Expired EP0114924B1 (de)

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EP0114924A3 EP0114924A3 (en) 1984-11-14
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EP (1) EP0114924B1 (de)
JP (1) JPS59137142A (de)
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