EP0484789B1 - Method and device for producing holes in the wall of a hollow bodied workpiece - Google Patents

Method and device for producing holes in the wall of a hollow bodied workpiece Download PDF

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EP0484789B1
EP0484789B1 EP19910118373 EP91118373A EP0484789B1 EP 0484789 B1 EP0484789 B1 EP 0484789B1 EP 19910118373 EP19910118373 EP 19910118373 EP 91118373 A EP91118373 A EP 91118373A EP 0484789 B1 EP0484789 B1 EP 0484789B1
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workpiece
shaped area
die
characterised
ram
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Audi AG
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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
    • B21D26/021Deforming sheet bodies
    • B21D26/023Deforming sheet bodies including an additional treatment performed by fluid pressure, e.g. perforating
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    • B21D22/105Stamping using yieldable or resilient pads of tubular products
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D28/00Shaping by press-cutting; Perforating
    • B21D28/007Explosive cutting or perforating

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Durchbruches in der Wandung eines als Hohlkörper ausgebildeten Werkstückes gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie auf ein Werkzeug zur Durchführung des Verfahrens gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 3. The invention relates to a method for manufacturing of an opening in the wall of a body designed as a hollow workpiece according to the preamble of claim 1 and to a tool for carrying out the method according to the preamble of patent claim. 3
  • Im Stand der Technik sind eine Reihe von Möglichkeiten bekannt (Bohren, Stanzen usw.), um beispielsweise rotationssymmetrische oder auch eine bestimmte Formkontur aufweisende Durchbrüche in die Wandung eines Werkstückes einzubringen. In the prior art are a number of ways known (drilling, punching, etc.) in order to introduce, for example, rotationally symmetrical, or even a specific form contour having apertures in the wall of a workpiece.
  • Auch ist es bekannt (GB-A 11 66 532, US-A 27 32 897), Performationen in einem Hohlkörper dadurch herzustellen, daß dessen Wandung sich auf der einen Seite an einem perforierten Stützkörper abstützt, während die gegenüberliegende Seite einem unter hohen Druck stehenden Medium (hydraulisch, pneumatisch) ausgesetzt wird. It is also known (GB-A 11 66 532, US-A 27 32 897) to prepare Performationen in a hollow body characterized in that the wall of which is supported on one side by a perforated supporting body, while the opposite side of an under high pressure medium (hydraulic, pneumatic) is suspended.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, diese Anwendungsmöglichkeiten des letztgenannten Herstellungsverfahrens zu erweitern. Object of the invention is to extend these applications of the latter production process.
  • Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Verfahrensweise, wie sie im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben ist. This object is achieved according to the invention by a procedure as stated in the characterizing part of patent claim 1.
  • Dadurch lassen sich in vorteilhafter Weise zwei an sich bekannte Werkstück-Bearbeitungsverfahren in einem einzigen Bearbeitungsschritt durchführen. This can be carried out advantageously two known per se workpiece machining processes in a single processing step.
  • In besonders vorteilhafter Weiterbildung wird das erfindungsgemäße Verfahren während eines Umformens des Werkstückes unter Anwendung des Innenhochdruckverfahrens angewendet (Patentanspruch 2). In a particularly advantageous further development of the inventive method during forming of the workpiece by using the internal high-pressure process is used (claim 2).
  • Das Innenhochdruckumformen (von vorzugsweise rohrförmigen Werkstücken) ist im Stand der Technik bekannt und in der einschlägigen Literatur beschrieben (DE-Z "Bänder Bleche Rohre" 6/1986, Seiten 117 bis 120; DE-Z "Bleche Rohre Profile" 35 (1988) 3, Seiten 175 bis 180; "Fortschrittsberichte" VDI Reihe 2 Nr. 142, VDI-Verlag; jeweils mit Querverweisen zu weiterführendem Schrifttum). The internal high-pressure forming (preferably of tubular workpieces) is known in the art and described in the relevant literature (DE-Z "bands Plates Tubes" 6/1986, pages 117 to 120; DE-Z "sheets tubes profiles" 35 (1988) 3, pages 175 to 180; "progress reports" VDI row 2 No. 142, VDI-Verlag,. respectively with cross-references to further literature leading).
  • Das Innenhochdruckumformverfahren wird vorzugsweise zur Herstellung unterschiedlich geformter Hohlteile angewendet und ist ein materialsparendes Verfahren, das den Forderungen einer ressourcensparenden Fertigungstechnik entspricht. The hydroforming method is preferably used for the production of differently shaped hollow parts and is a material-saving procedure, which corresponds to the demands of resource-saving manufacturing technique. Die Arbeitsweise dieses Umformverfahrens ist dabei dergestalt, daß ein Werkstück-Rohling in eine Form gelegt, unter Zuhilfenahme eines geeigneten Hydraulikfluids mit hohem Innendruck beaufschlagt und unter gleichzeitiger Beaufschlagung mit axialem Druck auf die Rohrwandung umgeformt wird. The operation of this forming process is such that a workpiece blank placed in a mold, applied with the aid of a suitable hydraulic fluid with high internal pressure and is converted under simultaneous application of axial pressure on the tube wall. Axialdruck und Innendruck bewirken, daß sich der Werkstück-Rohling an die Innenkontur der Form anlegt. Axial thrust and internal pressure cause the workpiece blank bears against the internal contour of the mold. Dabei wird der Werkstoff in den plastischen Zustand versetzt, der während des gesamten Umformvorganges unter Berücksichtigung von Werkstoffverfestigung und etwaiger Werkzeugkräfte aufrechterhalten bleibt. In this case, the material in the plastic state is added, which remains maintained during the entire forming process in consideration of material hardening and any tool forces.
  • Ein besonders geeignetes Werkzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ausgehend von Werkzeugen, wie sie in "Aufweitstauchen von Rohren durch Innenhochdruckumformung", Blech Rohre Profile, Band 35, Nr. 3, März 1988, Seite 175, Bild 2, beschrieben sind, in Patentanspruch 3 angegeben. A particularly useful tool for performing the method according to the invention is based on tools, as described in "Aufweitstauchen of pipes by internal high-pressure forming", sheet tubes profiles, Vol. 35, No. 3, March, 1988, page 175, Figure 2, in claim 3 indicated.
  • Dadurch, daß das Werkzeug im Randbereich einer Ausformung sowohl eine scharfe Schnittkante als auch "Bremskonturen" aufweist, wobei letztere die Aufgabe haben, den Werkstoff im Bereich der Schnittkante gezielt am Nachfließen zu hindern, wird in vorteilhafter Weise eine definierte Sollbruchlinie zuverlässig gebildet. Characterized in that the tool in the edge region of a shape having both a sharp cutting edge as well as "braking contours", the latter have the function to prevent the material in the region of the cutting edge aimed at the subsequent flow is formed in an advantageous manner a defined breaking line reliable.
  • Eine in der Ausformung vorzugsweise mittig angeordnete Abstützfläche, wie in Patentanspruch 4 beschrieben, begrenzt die Werkstoffstreckung im inneren Bereich der auszuschneidenden Werkstückwandung und erhöht gleichzeitig die Werkstoffstreckung im frei tragenden Bereich. A preferably centrally disposed in the molding support surface, as described in claim 4, limits the stretch material in the inner region of the cut out Werkstückwandung while increasing the material stretch in the cantilevered portion.
  • Ist die Abstützfläche gleichzeitig Teil eines Auswerfers, wie dies in Anspruch 5 angegeben ist, so kann nach Herstellung des Durchbruches die in der Ausformung gebenenenfalls noch festsitzende ausgeschnittene Werkstückwandung herausgedrückt werden. If the support surface at the same time part of an ejector, as is stated in claim 5, the shape in the gebenenenfalls still stuck cut Werkstückwandung can be pushed out after the production of the opening.
  • Die Einhaltung der Randbedingungen, wie sie mit den Patentansprüchen 6 und 7 angegeben sind, gewährleisten eine zuverlässige Herstellung des Durchbruches. Compliance with the conditions, as indicated with the claims 6 and 7 ensure a reliable manufacture of the opening.
  • Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben, wobei die Herstellung des Durchbruches während eines Umformens eines Werkstückes unter Anwendung des Innenhochdruckverfahrens erfolgt. The invention is described below based on an embodiment, wherein the production of the aperture during a reshaping of a workpiece using the internal high-pressure process takes place. Die zugehörige Zeichnung zeigt in The associated drawing shows in
  • Fig. 1 Fig. 1
    eine Schematische Darstellung von Werkstück und Werkzeug in der Anordnung für ein rotationssymmetrisches Aufweitstauchen im geöffneten Werkzeug als eines der Grundverfahren des Innenhochdruckumformens und A schematic representation of the workpiece and tool in the arrangement for a rotationally symmetrical Aufweitstauchen in the opened tool as one of the basic process of the internal high pressure forming, and
    Fig. 2 Fig. 2
    eine vergrößerte Darstellung des Bereiches X gemäß Fig. 1, in dem im Werkstück ein Durchbruch hergestellt wird. an enlarged view of the area X shown in FIG. 1, in which an aperture is formed in the workpiece.
  • Das Innenhochdruckumformverfahren kennt im wesentlichen drei Grundverfahren, nämlich das partielle Ausbauchen im geschlossenen Werkzeug, das rotationssymmetrische Aufweiten im geschlossenen Werkzeug und das rotationssymmetrische Aufweitstauchen im geöffneten Werkzeug. The hydroforming knows essentially three basic processes, namely the partial bulging in the closed mold, the rotationally symmetrical expansion in the closed mold and the rotationally symmetrical Aufweitstauchen in the opened tool. Fig. 1 zeigt in schematisierter Form das letztgenannte Verfahren. Fig. 1 shows the latter method in schematic form. Dabei wird ein als Rohr ausgebildetes Werkstück 1 in ein geöffnetes (Abstand a o ), aus Ober- und Unterwerkzeug 2.1, 2.2 sich zusammensetzendes und während des Umformvorganges mitbewegtes Werkzeug 2 eingelegt. In this case, is designed as a tubular workpiece 1 in an open (distance a o) is inserted from upper and lower tool 2.1, 2.2 up releasing and co-moved during the forming tool. 2 Nach dem Einspannen und der Abdichtung mittels geeigneter Dichtringe (nicht dargestellt) wird ein Hohlraum 3 des Werkstückes 1 über eine Zuflußöffnung 4 mit einem flüssigen Wirkmedium gefüllt. After clamping and sealing means of suitable sealing rings (not shown), a cavity 3 of the workpiece 1 is filled via a feed opening 4 with a liquid active medium. Anschließend erfolgt die Umformung, wobei sich während des Umformvorganges Ober- und Unterwerkzeug 2.1, 2.2 solange mit einer Axialkraft F a bei gleichzeitiger Wirkung eines vom Wirkmedium erzeugten Innendruckes p i aufeinander zubewegen, bis die gewünschte Aufweitform im Werkstück 1 erreicht ist. This is followed by the transformation, said moving during the forming operation upper and lower tool 2.1, 2.2 as long as an axial force F a simultaneous action of a generated by the active medium internal pressure p i sequentially until the desired Aufweitform is achieved in the workpiece. 1 Der Innendruck p i ist in Abhängigkeit von insbesondere Werkstoff und Wandstärke des Werkstückes 1 zu wählen. The internal pressure p i is to be chosen depending on particular material and wall thickness of the workpiece. 1 Nach Abschluß des Umformvorganges weisen Ober- und Unterwerkzeug 2.1, 2.2 noch einen Abstand a₁ auf. After completion of the forming process have upper and lower tool 2.1, 2.2 still a distance a₁ on.
  • Ein detaillierteres Eingehen auf das Innenhochdruckumformverfahren dürfte entbehrlich sein. A more detailed responding to the internal high might be expendable. Es genügt an dieser Stelle ein Verweis auf die eingangs angegebene, insgesamt sehr umfangreiche Literatur hierzu. It is sufficient at this point a reference to the above-mentioned, overall very extensive literature on this.
  • Mit der Bezugsziffer X ist derjenige Werkzeugbereich näher gekennzeichnet, in dem während des Umformvorganges auf erfindungsgemäße Weise ein Durchbruch hergestellt wird. By the reference numeral X in one die region is closer, in the inventive manner a breakthrough is produced during the forming process. Nähere Einzelheiten ergeben sich aus Fig. 2. Further details are provided in FIG. 2.
  • Fig. 2 zeigt ausschnittsweise das Unterwerkzeug 2.2, welches auf seiner inneren Wandfläche 5 eine der Kontur (beispielsweise rotationssymmetrisch) des gewünschten Werkstück-Durchbruches entsprechende Ausformung 6 aufweist. Fig. 2 shows part of the lower tool 2.2, which (for example, rotationally symmetrical) includes a contour on its inner wall surface 5 of the desired workpiece breakthrough corresponding shaping. 6 In deren mittlerem Bereich ragt durch eine Bohrung 7 im Unterwerkzeug 2.2 ein mittels Druckkraft F s beaufschlagbarer Stößel 8 in die Ausformung 6 hinein, wobei dessen Stirnfläche 9 (mit abgerundeter Umfangskante) dem Werkstück 1 während der Herstellung des Durchbruches als Stützfläche dient. In the central region thereof a acted upon by pressure force F s ram 8 extends through a bore 7 in the lower tool 2.2 in the formation 6 into it, whereby its end surface 9 of the workpiece 1 during the manufacture of the opening is used (with a rounded peripheral edge) as a support surface.
  • Die Stirnfläche 9 begrenzt die Werkstoffstreckung in diesem Bereich und erhöht gleichzeitig die Werkstoffstreckung im frei tragenden Bereich der Ausformung 6. The end face 9 limits the material stretch in this area while increasing the material stretch in the cantilevered portion of the formation. 6
  • Eine umlaufende Kante 10 der Ausformung 6 ist scharfkantig ausgeführt (90°) und dient insoweit als Schnittkante. A circumferential edge 10 of the molding 6 is sharp-edged (90 °) and is used in so far as a cutting edge. Desweiteren ist nahe dieser Kante 10 die innere Wandfläche 5 des Unterwerkzeuges 2.2 mit ebenfalls umlaufenden zackenförmigen Erhebungen 13 ausgestattet, die als Bremskonturen wirken und ein Nachfliesen des Werkstück-Werkstoffes verhindern sollen, um das Einreißen der Werkstückwandung entlang der Schnittkante (Kante 10) bei Erreichen eines bestimmten Innendruckes P i zu begünstigen. Furthermore, the inner wall surface 5 of the lower tool 2.2 with likewise circumferential serrated projections 13 is provided close to this edge 10, which act as braking contours and prevent Nachfliesen of workpiece material are to the tearing of the Werkstückwandung along the cutting edge (edge ​​10) on reaching a certain internal pressure P i to favor.
  • Dabei kommt es bei zunehmendem Innendruck p i zu einem verstärktem Einschneiden des Werkstoffes. It comes with increasing internal pressure p i at a reinforced cutting of the material. Außerdem ist in der Schneidkanteneinflußzone ein gleichmäßiger Festigkeitszustand gegeben, so daß an der Kante 10 die Beanspruchung steigt. Moreover, in the cutting edge zone of influence, a uniform resistance state is given, so that at the edge 10 of the stress increases. Ist der Werkstoff etwa in der Größenordnung 1/3 s (s = Werkstück-Wandstärke) eingeschnitten, so kommt es zum Bruch. If the material is about on the order 1/3 cut s (s = wall thickness of the workpiece), it comes to break.
  • Ist die Ausformung 6 kreisförmig (Durchmesser D), so sollte bezüglich des Stößelquerschnittes d etwa ein Verhältnis von d/D = 1/3 eingehalten werden, wobei das genaue Verhältnis insbesondere von Werkstück-Werkstoff und -Wandstärke abhängig und entsprechend zu wählen ist. Is the formation 6 circular (diameter D), such as a ratio of d / D = 1/3 should be observed with respect to the plunger cross section d, is the exact ratio in particular of workpiece material and wall thickness, to choose dependent and appropriately.
  • Der Abstand T, um den die Stirnfläche 9 des Stößels 8 gegenüber der inneren Wandfläche 5 des Unterwerkzeuges 2.2 zurückversetzt ist, ist unter Berücksichtigung der Durchmesser d, D und der Werkstoffeigenschaften (maximale Bruchdehnung δ in %) des Werkstückes 1 zu wählen. The distance T by which the end face 9 of the plunger 8 is set back relative to the inner wall surface 5 of the lower tool 2.2, taking into account the diameter of d, D, and the material properties (maximum elongation δ in%) of the workpiece 1 to be selected.
  • Höhe und Fußbreite der zackenförmigen Erhebungen 13 sollten in etwa der Wandstärke s des Werkstückes 1 entsprechen. Foot width and height of the serrated projections 13 should correspond approximately to the wall thickness s of the workpiece. 1 Im Übergangsbereich zwischen Mantelfläche 14 und Stirnfläche 9 des Stößels 8 sollte eine Rundung vorhanden sein, deren Radius R mindestens der Werkstückwandstärke s entsprechen sollte. In the transition region between the shell surface 14 and end surface 9 of the plunger 8 is a rounding should be present, the radius R of at least the workpiece wall thickness should correspond to s. Für die Ausformung 6 ist eine Tiefe T₁ zu wählen, für die zumindest gelten sollte: T₁ ≧ 1,5 T. For shaping 6 a depth T₁ should be selected for which should at least apply: T₁ ≧ 1.5 T.
  • Der Stößel 8 dient gleichzeitig als Auswerfer, da es durchaus passieren kann, daß beim Bruch des auszuschneidenden Werkstückbereiches sich dieser innerhalb der Ausformung 6 verklemmt. The plunger 8 serves as an ejector, as it may well happen that this jammed at break of the cut out workpiece region within the formation. 6 Das Auswerfen erfolgt vor oder während des Öffnens von Ober- und Unterwerkzeug 2.1, 2.2 durch eine entsprechende mechanische Einrichtung, die den Stößel 8 betätigt. Ejection takes place before or during the opening of upper and lower tool 2.1, 2.2 by a suitable mechanical device which operates the plunger. 8 Dabei könnte die Werkzeug-Öffnungsbewegung genutzt werden, um die Stößelbewegung einzuleiten. The tool opening movement could be used to initiate the slide movement. Selbstverständlich könnte das Auswerfen auch in einem zweiten Arbeitsschritt erfolgen. Of course, the ejection could also be done in a second step.
  • Soweit die in das Werkstück 1 einzubringende Durchbrechung ein gewisses Maß (z. B. 0̸ < 8 mm) unterschreitet, könnte gegebenenfalls auf ein Stützelement verzichtet werden. As far as the workpiece 1 to be introduced into the aperture below a certain level (z. B. 0 <8 mm), could optionally be dispensed with a support member. Für eine kreisförmige Ausformung sollte dann T ≧ D eingehalten werden. For a circular shape T ≧ D should then be maintained.

Claims (7)

  1. Process for producing a passage in the wall of a workpiece (1) constructed as a hollow body, the workpiece (1) being inserted into a die (2) which in the region of the envisaged passage is provided with a shaped area (6) with a rim contour that matches the passage, and the cavity (3) in the workpiece (1) being acted upon by an operating medium up to an internal pressure (pi) that causes the wall of the workpiece to be incised along an edge (10) of the shaped area (6), characterised in that the workpiece (1) is inserted into a die (2) allowing the workpiece (1) to be enlarged within certain limits as a result of the action of deformation forces, and that the passage is produced simultaneously with a re-shaping operation, in particular an enlarging operation, to bring about an altered contour of the workpiece (1).
  2. Process according to claim 1, characterised in that the re-shaping of the workpiece (1) is carried out using the internal high-pressure re-shaping process.
  3. Die with upper and lower dies (2.1, 2.2) to receive the workpiece (1) and an operating-medium inflow port (4) for carrying out the process according to claim 1, characterised by a shaped area (6) disposed in the region of the envisaged passage, the interface from one internal die wall surface (5) to the shaped area (6) being sharp-edged (10) and near to the latter the wall surface (5) being equipped with inward-projecting, zig-zag shaped raised areas (13) extending along the edge (10).
  4. Die according to claim 3, characterised in that in the central region of the shaped area (6) a ram (8) projects into the shaped area (6) through a bore (7) in the lower die (2.2), the end surface (9) of said ram (8) supporting the workpiece (1) being deformed in said region.
  5. Die according to claim 4, characterised in that the ram (8) acts as an ejector and is adapted to be acted on by a compressive force Fs.
  6. Die according to claim 4, characterised in that when the ram (8) and shaped area (6) are circular in cross-section the ratio d:D is 1:3, where d is the diameter of the ram and D the diameter of the shaped area.
  7. Die according to claim 3, characterised in that when the shaped area (6) is circular its depth T₁ is always greater than its diameter D.
EP19910118373 1990-11-09 1991-10-29 Method and device for producing holes in the wall of a hollow bodied workpiece Expired - Lifetime EP0484789B1 (en)

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