EP0523216B1 - Vorrichtung zum hydrostatischen umformen von hohlkörpern aus kaltumformbarem metall - Google Patents

Vorrichtung zum hydrostatischen umformen von hohlkörpern aus kaltumformbarem metall Download PDF

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EP0523216B1
EP0523216B1 EP92903604A EP92903604A EP0523216B1 EP 0523216 B1 EP0523216 B1 EP 0523216B1 EP 92903604 A EP92903604 A EP 92903604A EP 92903604 A EP92903604 A EP 92903604A EP 0523216 B1 EP0523216 B1 EP 0523216B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
die
hollow body
workpiece
sleeve
feed
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP92903604A
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English (en)
French (fr)
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EP0523216A1 (de
Inventor
Wilhelm Kaiser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
hde Metallwerk GmbH
Original Assignee
hde Metallwerk GmbH
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Publication date
Application filed by hde Metallwerk GmbH filed Critical hde Metallwerk GmbH
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Publication of EP0523216B1 publication Critical patent/EP0523216B1/de
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping 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
    • B21D26/033—Deforming tubular bodies
    • B21D26/045—Closing or sealing means

Definitions

  • the invention relates to a device for the hydrostatic shaping of hollow bodies made of cold-formable metal within a mold cavity of a die, with a feed for the pressure fluid into the hollow body in the form of a pressure fluid that can be moved back and forth relative to the hollow body received in the die, and lockable in the feed position leading feed sleeve, which can be pushed with an insertion opening ahead onto a cylindrical support or connection area of the hollow body located outside the mold cavity of the die and which encompasses the support or connection area in the feed position by means of a seal which is automatically sealed by liquid pressure, and wherein the feed opening of the feed sleeve is approximately funnel-shaped and is provided with an axially outwardly opening, approximately frustoconical inner surface, to which there is an essentially circular cylindrical interior mantle surface connects.
  • hollow parts produced in this way is, on the one hand, that - e.g. In the case of permanent mold casting - undercut internal cavities can be created, which can either not be machined or only be manufactured with complicated tools (e.g. by spark erosion).
  • the known hollow parts - in contrast to the hollow parts produced by machining - are relatively light and, as a result of the strain hardening associated with the deformation, with a favorable fiber orientation, which is similar to that of a forged fiber, are very resistant.
  • the known hydroforming is always limited to parts in which the force-acting lines for introducing the axial forces, that is to say the ram and the longitudinal central axis of the tube, exactly coincide.
  • the longitudinal axis of the protuberance which is sectorally produced to match the die engraving, runs transversely to the force line of the press ram and the tube (see "Industrial Indicator", loc. Cit., P. 17, fig. 4 and 8).
  • EP-A-0 347 369 it is already known to accommodate the two-sided support or connection areas of the tubular hollow body to be deformed in feed sleeves.
  • the known feed sleeves have toroidal, tubular, hollow, self-sealing seals which encompass the two support or connection areas of the hollow body.
  • the known tubular seals are pressurized with a pressure medium pressure which is substantially higher than the forming pressure of the pressure medium acting on the interior of the hollow body.
  • the support or connection areas on the hollow body side are held immovably as in a pair of pliers during the forming phase according to EP 0 347 369 A2.
  • the object of the invention is to design the known device in such a way that not only a faster method of operation, in particular one Workpieces can be changed quickly, but also a long service life of the tool, especially since it is possible with materials that are difficult to form, such as stainless steel.
  • this object is achieved in that the feed sleeve can be driven back and forth, the seal of which forms a grooved collar made of largely incompressible material, which receives the support or connection area relatively displaceably to it, and that at least the circular cylindrical inner surface, optionally also the frustoconical Inner surface, the insertion opening are provided with a granular hard metal layer.
  • the device according to the invention allows a high working frequency. This is because only the hollow body to be formed needs to be inserted into the die, which can be done automatically, for example, using a loading robot, whereupon the respective feed sleeve is moved translationally in the direction of the die and is thereby pushed onto the cylindrical support or connection area of the hollow body. As soon as the hydraulic fluid guided by the feed sleeve is pressurized, the grooved ring seal fits snugly against the outer surface of the support or connection area on the hollow body side and tensions itself under the action of the same pressure medium pressure, which also causes the hollow body to be deformed.
  • the grooved collar is relieved, whereupon the feed sleeve, the deformed hollow body and the handling area on the die can be retracted so that it can be operated.
  • a self-sealing sleeve seal has been found to be a grooved ring sleeve made of largely incompressible material.
  • each support or connection area on the hollow body side is accommodated relatively displaceably in the axial direction by the feed sleeve, only the internal pressure acting through the pressure fluid inside the hollow body to be formed can nestle the hollow body wall against the engraving of the die and in this case material from the support body or connection area on the hollow body side received material "drag" into the mold cavity.
  • At least the circular cylindrical inner surface of the insertion opening is provided with a granular hard metal layer.
  • the sleeve seal consists of an elastomeric cast polyurethane resin with a hardness of more than 90 Shore-A, preferably a hardness of 93-95 Shore-A.
  • the insertion opening is part of a union nut spanning a sleeve body, the grooved ring collar is held between the union nut and the sleeve body.
  • the granular hard metal layer is a spark erosion coating with tungsten carbide particles with a hardness of approximately 80 to approximately 82 HRc.
  • the feed sleeve is hydraulically and / or pneumatically driven in translation. This is expediently done in that the feed sleeve arranged coaxially to the circular cylindrical support or connection area of the hollow body is held coaxially at the free piston rod end of a pneumatically and / or hydraulically driven piston-cylinder unit.
  • the device for hydrostatic shaping of hollow bodies which is partially shown in FIG. 1, is designated overall by reference number 10.
  • a die 12 which consists of an upper die 13 and a lower die 14, is fastened on a press table 11.
  • Upper die 13 and lower die 14 form an upper mold cavity 15 and a lower mold cavity 16, which together add up to a common mold cavity 17.
  • the engraving 18 of the mold cavity 17 determines the surface contour of a tubular hollow body 19 as soon as it is hydrostatically deformed within the mold cavity 17 by expansion.
  • the interior of the hollow body 19 is designated 20.
  • the upper die 13 can be moved in accordance with the movement arrow denoted by y be moved up and down.
  • the upper die 13 is releasably attached to a press upper part, not shown.
  • the cross section of the supporting or connecting area 22 is approximately circular.
  • An infeed sleeve 23 is arranged coaxially at the end of a piston rod end 24, shown in broken lines, of a hydraulically driven piston-cylinder unit.
  • the entire feed sleeve 23 is essentially rotationally symmetrical, as is the piston rod end 24.
  • the feed sleeve 23 has a sleeve body 25, the extension 26 pointing to the right has an external thread 27 which is screwed into a corresponding internal thread of the piston rod end 24 in a liquid-tight and pressure-tight manner.
  • the feed sleeve 23 has an inner channel 28 which is open at both ends and runs coaxially to it for the transmission of hydraulic pressure fluid (for example an emulsion suitable for hydraulic purposes).
  • An angular channel 29 provided inside the piston rod end 24 opens into the channel 28.
  • a tubular high-pressure line 31 connects to the connection 30 of the channel 29 on the piston rod side. which leads to a high pressure generator (not shown) for the hydraulic fluid.
  • a union nut 32 is screwed onto an external thread of the socket body 25 at 33.
  • the radial inner surface 34 of the union nut 32 and the front end region of the channel 28 of the sleeve body 25 form an annular inner groove 35, in which a sleeve seal, namely a groove ring sleeve 36, is received in a form-fitting manner.
  • the grooved collar 36 has an annular base body 37, to which two sealing lips 38, 39 are integrally connected, which form an annular groove 40 between them, which backwards, i.e. towards the liquid connection 30, is open.
  • the radially extending disk-shaped wall 41 of the union nut 32 forms an insertion opening 42 which is composed of a frustoconical inner surface 43 and an adjoining circular cylindrical inner surface 44.
  • the surfaces 43 and 44 are each provided with a granular hard metal layer 49 and 48, which consists of tungsten carbide particles and has a hardness of approximately 82 HRc.
  • the tungsten carbide particles are applied by electrical discharge and intimately connected to the union nut 32 made of hardened steel.
  • the feed sleeve 23 with the piston rod end 24 is translationally movable back and forth along the movement double arrow denoted by x.
  • the feed sleeve 23 is shifted to the left along x and first reaches the intermediate position shown in broken lines, according to which the front end of the tubular hollow body 19, which is open at 45, is passed over.
  • the feed sleeve 23 is further shifted to the left along x until the union nut 32 fits snugly in the receiving opening 46 on the die side.
  • Piston rod ends 24 with feed sleeve 23 are then locked in this feed position, not shown, against displacement along the direction x. This is done in a simple manner in that the hydraulic working pressure in the hydraulic cylinder, of which only the piston rod end 24 is shown, remains.
  • hydraulic fluid is introduced into the interior 20 of the tubular hollow body 19 via the line path 31, 30, 28.
  • the hydrostatic internal pressure builds up via a filling pressure of approximately 65-80 bar to a forming pressure of up to approximately 1500 bar, at which the hydrostatic forming is to be ended in the present application.
  • This clawing locking prevents the material of the grooved collar 36 from migrating or creeping along the outer lateral surface A of the tubular hollow body 19.
  • a tendency to creep would occur without the aforementioned measure at pressures above 800-1000 bar.
  • Such pressures which can easily reach 3000 bar and more, are particularly necessary when forming stainless steels.
  • the frustoconical inner surface 43 serves for self-centering of the holding area 22 within the insertion opening 42.
  • the hard metal layer 49 on the frustoconical inner surface 43 therefore counteracts wear on the union nut 32.
  • the grooved collar 36 consists of an elastomeric cast polyurethane resin sold under the trademark " Vulkollan " by Bayer AG, DE-5090 Leverkusen, with a hardness of 93 Shore-A.
  • hydraulic fluid can be fed at both ends into a hollow body 19 to be formed, via identical feed sleeves 23.
  • a blind sleeve 23 is used, which has no pressure medium feed, since the channel 28 has an end at 47 at the end.
  • Channel 28 is used in the blind sleeve 23 and in the feed sleeve 23 for the essentially axial force-free sliding seat receptacle of the support or connection area 22 on the hollow body side.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum hydrostatischen Umformen von Hohlkörpern aus kaltumformbarem Metall innerhalb einer Formhöhlung eines Gesenks, mit einer Einspeisung für die Druckflüssigkeit in den Hohlkörper in Form einer relativ zu dem im Gesenk aufgenommenen Hohlkörper hin- und herbewegbaren, in der Einspeisungsposition arretierbaren, die Druckflüssigkeit führenden Einspeisungsmuffe, welche mit einer Einführöffnung voran auf einen außerhalb der Formhöhlung des Gesenks befindlichen zylindrischen Stütz- oder Anschlußbereich des Hohlkörpers aufschiebbar ist und den Stütz- oder Anschlußbereich in der Einspeisungsposition mittels einer durch Flüssigkeitsdruck selbsttätig dichtenden Dichtung umgreift, und wobei die Einführungsöffnung der Einspeisungsmuffe etwa trichterförmig ausgebildet und dabei mit einer sich axial nach außen öffnenden, etwa kegelstumpfförmigen Innenmantelfläche versehen ist, an welche sich eine im wesentlichen kreiszylindrische Innenmantelfläche anschließt.
  • Die vorerwähnte in der EP-A-0 347 369 beschriebene bekannte Vorrichtung hat sich nicht in der Praxis eingeführt.
  • In der Praxis üblich sind hingegen andere bekannte Vorrichtungen (s. Industrie-Anzeiger Nr. 20 vom 9.3.1984 / 106. Jg. S. 16 und 17; DE-U 18 85 909). Mit jenen bekannten Vorrichtungen werden rohrförmige Hohlteile aus kaltumformbarem Metall, z.B. aus 16 MnCr 5, unter Zufuhr hohen, hydrostatisch erzeugten Innendrucks verformt. Zu dem hohen hydrostatischen Innendruck tritt gesondert ein axialer Druck hinzu, der auf die Rohrstirnflächen einwirkt. Dieser Axialdruck und die gleichzeitige Wirkung des inneren Drucks haben zur Folge, daß sich die Hohlkörperwand an die Gravur der Form bzw. des Gesenks anlegt.
  • In der Praxis ist dies so, daß ein gerades Rohr in die Formteilungsebene zwischen Ober- und Untergesenk eingelegt und das Gesenk zugestellt wird. Zwischen Ober- und Untergesenk bleibt aber genügend Raum für zwei diametral gegenüberliegend koaxial zueinander angeordnete horizontal liegende Preßstempel, deren freie Stirnflächen das mit den Preßstempeln fluchtende, zu verformende Rohrstück zwischen sich aufnehmen. Es erfolgt sodann die Umformung durch Einführen von Druckflüssigkeit in den Rohrinnenraum bei gleichzeitiger Anwendung des Axialdrucks, wobei die beiden Preßstempel aufeinanderzu bewegt werden.
  • Mit der bekannten hydrostatischen Umformung können Formteile mit gleichmäßiger Formgebung über den Umfang, Formteile mit sektorieller Umformung und schließlich gleichmäßige und sektorielle Umformung miteinander kombinierende Formteile erzeugt werden.
  • Der Vorzug derart erzeugter Hohlteile besteht zum einen darin, daß - wie z.B. beim Kokillenguß - hinterschnittene Innen-Hohlräume erzeugt werden können, welche spangebend entweder nicht oder nur mit komplizierten Werkzeugen (z.B. durch Funkenerosion) gefertigt werden können. Zudem sind die bekannten Hohlteile - im Unterschied zu spangebend erzeugten Hohlteilen - verhältnismäßig leicht und infolge der mit der Umformung einhergehenden Kaltverfestigung bei günstigem Faserverlauf, der dem einer Schmiedefaser ähnlich ist, sehr widerstandsfähig.
  • Indes wird die bekannte Innenhochdruck-Umformung (s. "Industrie-Anzeiger" a.a.O; DE-U 18 85 909) als nachteilig empfunden, weil eine gewisse Mindestdicke der Hohlkörperwand nicht unterschritten werden kann. Dies liegt im wesentlichen daran, daß der zu verformende Rohrkörper zur Aufnahme des auf seine Stirnflächen einwirkenden relativ hohen Axialdrucks angemessen formsteif ausgebildet sein muß, was nur über den Weg einer hinreichenden Wanddicke zu bewerkstelligen ist.
  • Außerdem ist die bekannte Innenhochdruck-Umformung immer nur auf Teile beschränkt, bei welchen die Kraftwirkungsgeraden zur Einleitung der Axialkräfte, also Preßstempel und Längsmittelachse des Rohres, exakt koinzidieren. Auf diese Weise können höchstens seitliche sektorielle Ausstülpungen zur Herstellung z.B. von Kreuzstücken oder T-Stücken erzeugt werden. Hierbei verläuft die Längsachse der jeweils in Anpassung an die Gesenk-Gravur sektoriell erzeugten Ausstülpung quer zur gemeinsamen Kraftwirkungsgerade der Preßstempel und des Rohres (s. "Industrie-Anzeiger" a.a.O. S.17 Bild 4 und 8).
  • Mit der bekannten Innenhochdruck-Umformung ist demnach bereits eine gewisse Anzahl von Formen zu erzeugen, welche aber stets an die Rahmenbedingung einer gemeinsamen Kraftwirkungsgeraden der Preßstempel und des zu verformenden Rohres, also an eine grundsätzlich gerade Grundform, gebunden ist.
  • Schließlich wird die bekannte Vorrichtung (s. "Industrie-Anzeiger" a.a.O. DE-U 18 85 909) wegen ihres recht hohen Bauaufwandes, insbesondere bedingt durch die Preßstempel zur Axialkrafteinleitung, als nachteilig empfunden.
  • Von der EP-A-0 347 369 ist es bereits bekannt, die beidendigen Stütz- oder Anschlußbereiche des zu verformenden rohrförmigen Hohlkörpers in Einspeisungsmuffen aufzunehmen. Die bekannten Einspeisungsmuffen weisen toroidartige schlauchförmig hohle, selbststätig dichtende Dichtungen auf, welche die beiden Stütz- oder Anschlußbereiche des Hohlkörpers umgreifen. Die bekannten schlauchförmigen Dichtungen werden mit einem Druckmittel-Druck beaufschlagt, welcher wesentlich höher ist als der den Hohlkörper-Innenraum beaufschlagende Umformungsdruck des Druckmittels. Aufgrund dieser Druckrelation werden die hohlkörperseitigen Stütz- oder Anschlußbereiche gemäß der EP 0 347 369 A2 während der Umformphase wie in einer Zange unbeweglich festgehalten.
  • Darüber hinaus ist die mit der Vorrichtung gemäß der EP-A-0 347 369 einhergehende Handhabungsweise recht umständlich, da die beiden endseitig des Hohlkörpers gegenüberliegenden Einspeisungsmuffen nach dem Aufschieben auf die Rohrenden, also auf die Stütz- oder Anschlußbereiche, recht umständlich gegen Axialverschiebung arretiert werden müssen. Dies erfolgt bei der bekannten Vorrichtung beispielsweise mittels die Hohlkörper koaxial durchsetzender Zuganker.
  • Ausgehend von der in der EP-A-0 347 369 beschriebenen, nicht praxisgerechten Vorrichtung zum hydrostatischen Umformen von Hohlkörpern aus kaltumformbarem Metall, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung derart auszugestalten, daß nicht nur eine raschere Arbeitsweise, insbesondere ein schnell durchzuführender Werkstückwechsel, sondern ebenfalls eine große Standzeit des Werkzeugs, zumal bei schwer umformbaren Werkstoffen, beispielsweise bei rostfreien Stählen, möglich ist.
  • Entsprechend der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Einspeisungsmuffe hin- und hergehend antreibbar ist, deren Dichtung eine Nutringmanschette aus weitestgehend inkompressiblem Werkstoff bildet, welche den Stütz- oder Anschlußbereich relativverschieblich zu ihr aufnimmt und daß mindestens die kreiszylindrische Innenmantelfläche, gegebenenfalls zusätzlich die kegelstumpfförmige Innenmantelfläche, der Einführöffnung mit einer körnigen Hartmetallschicht versehen sind.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet eine hohe Arbeitsfrequenz. Es braucht nämlich nur der umzuformende Hohlkörper in das Gesenk eingelegt zu werden, was beispielsweise selbsttätig mittels eines Beschickungs-Roboters geschehen kann, worauf die jeweilige Einspeisungsmuffe in Richtung auf das Gesenk translatorisch bewegt und hierbei auf den zylindrischen Stütz- oder Anschlußbereich des Hohlkörpers aufgeschoben wird. Sobald die von der Einspeisungsmuffe geführte hydraulische Flüssigkeit unter Druck gesetzt wird, schmiegt sich die Nutringmanschettendichtung eng an die Außenmantelfläche des hohlkörperseitigen Stütz- oder Anschlußbereichs an und verspannt sich hierbei unter der Wirkung desselben Druckmittel-Drucks, der auch die Umformung des Hohlkörpers bewirkt, selbsttätig.
  • Sobald die hydrostatische Umformung beendet und der hydrostatische Innendruck abgeschaltet ist, wird die Nutringmanschette entlastet, worauf die Einspeisungsmuffe, den umgeformten Hohlkörper und den Handhabungsbereich am Gesenk zu dessen Bedienung freigebend, zurückgefahren werden kann.
  • Als selbstdichtende Manschettendichtung hat sich entsprechend der Erfindung eine aus weitestgehend inkompressiblem Werkstoff bestehende Nutringmanschette erwiesen.
  • Dadurch, daß jeder hohlkörperseitige Stütz- oder Anschlußbereich in Axialrichtung relativverschieblich von der Einspeisungsmuffe aufgenommen ist, kann allein der durch die Druckflüssigkeit innerhalb des umzuformenden Hohlkörpers wirkende Innendruck die Hohlkörperwand an die Gravur des Gesenks anschmiegen und hierbei aus dem axialverschieblich aufgenommenen hohlkörperseitigen Stütz- oder Anschlußbereich Werkstoff in die Formhöhlung "nachziehen".
  • Besonders wesentlich ist es entsprechend der Erfindung, daß mindestens die kreiszylindrische Innenmantelfläche der Einführöffnung, gegebenenfalls zusätzlich die kegelstumpfförmige Innenmantelfläche, mit einer körnigen Hartmetallschicht versehen ist.
  • Es hat sich nämlich herausgestellt, daß die Standzeit von Dichtungsmanschetten bei der Verarbeitung von rostfreien Stählen zu wünschen übrig läßt. Dadurch, daß die kreiszylindrische Innenmantelfläche der Einführöffnung mit einer körnigen Hartmetallschicht versehen ist und die kreiszylindrische Innenmantelfläche den kreiszylindrischen Stütz- oder Anschlußbereich des rohrförmigen Hohlkörpers mit enger Passung umgibt, werden in der Außenmantelfläche des hohlkörperseitigen Stütz- oder Anschlußbereichs entlang dessen Mantellinie axial verlaufende Riefen erzeugt.
  • Dies geschieht, während der mit der körnigen Metallschicht bestückte kreiszylindrische Bereich der Einführöffnung über den Stütz- oder Anschlußbereich weggeschoben wird. Jene Axialriefen bewirken bei einem Umformungsdruck von mehr als 800-1000 Bar eine verkrallende Arretierung des Werkstoffs der Manschettendichtung in den auf der Außenmantelfläche des Stütz- oder Anschlußbereichs gebildeten Axialriefen. Diese verkrallende Arretierung verhindert ein Kriechen des Werkstoffes der Manschettendichtung bei Drücken, die 800-1000 Bar übersteigen. Derart hohe Drücke sind aber bei der hydrostatischen Umformung von rostfreien Stählen erforderlich. Grundsätzlich läßt sich mit den vorbezeichneten Erfindungsmerkmalen ein hydrostatischer Innendruck von mehr als 3000 Bar beherrschen.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Manschettendichtung aus einem elastomeren Polyurethan-Gießharz mit einer Härte von mehr als 90 Shore-A, vorzugsweise einer Härte von 93-95 Shore-A.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Einführöffnung Bestandteil einer einen Muffenkörper übergreifenden Überwurfmutter, wobei die Nutringmanschette zwischen der Überwurfmutter und dem Muffenkörper gehalten ist.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung stellt die körnige Hartmetallschicht eine funkenerosiv aufgetragene Beschichtung mit Wolfram-Karbid-Partikeln mit einer Härte von etwa 80 - etwa 82 HRc dar.
  • Entsprechend anderen Erfindungsmerkmalen ist die Einspeisungsmuffe hydraulisch und/oder pneumatisch translatorisch angetrieben. Dies geschieht zweckmäßig dadurch, daß die koaxial zum kreiszylindrischen Stütz- oder oder Anschlußbereich des Hohlkörpers angeordnete Einspeisungsmuffe koaxial am freien Kolbenstangenende einer pneumatisch und/oder hydraulisch angetriebenen Kolben-Zylinder-Einheit gehalten ist.
  • In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel entsprechend der Erfindung näher dargestellt, es zeigt
    • Fig.1 ein teilweise im Vertikalschnitt dargestelltes, auf einem Pressentisch angeordnetes Gesenk, welchem eine teilweise im Längsschnitt dargestellte Einspeisungsmuffe zugeordnet ist.
    • Fig. 2 eine vergrößerte Detaildarstellung entsprechend der mit II bezeichneten gestrichelten Einkreisung in Fig. 1.
  • Die in Fig. 1 teilweise dargestellte Vorrichtung zum hydrostatischen Umformen von Hohlkörpern ist insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
  • Auf einem Pressentisch 11 ist ein Gesenk 12 befestigt, welches aus einem Obergesenk 13 und aus einem Untergesenk 14 besteht.
  • Obergesenk 13 und Untergesenk 14 bilden eine obere Formhöhlung 15 und eine untere Formhöhlung 16, welche sich insgesamt zu einer gemeinsamen Formhöhlung 17 ergänzen. Die Gravur 18 der Formhöhlung 17 bestimmt die Oberflächenkontur eines rohrförmigen Hohlkörpers 19, sobald dieser innerhalb der Formhöhlung 17 durch Aufweitung hydrostatisch umgeformt ist.
  • Der Innenraum des Hohlkörpers 19 ist mit 20 bezeichnet.
  • Während das Untergesenk 14 unverschieblich auf dem Pressentisch 11 lösbar befestigt ist, kann das Obergesenk 13 entsprechend dem mit y bezeichneten Bewegungspfeil auf- und abbewegt werden. Hierzu ist das Obergesenk 13 an einem nicht dargestellten Pressen-Oberteil lösbar befestigt.
  • Links von der in Fig. 1 gestrichelt dargestellten Trennlinie T befinden sich der Umformungsbereich 21 und rechts der Trennlinie T der Haltebereich bzw. Stütz- oder Anschlußbereich 22 des rohrförmigen Hohlkörpers 19. Der Querschnitt des Stütz- oder Anschlußbereichs 22 ist in etwa kreisringförmig.
  • Eine Einspeisungsmuffe 23 ist endseitig eines strichpunktiert dargestellten Kolbenstangenendes 24 einer hydraulisch angetriebenen Kolben-Zylinder-Einheit koaxial angeordnet. Die gesamte Einspeisungsmuffe 23 ist im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet, ebenso wie das Kolbenstangenende 24.
  • Die Einspeisungsmuffe 23 weist einen Muffenkörper 25 auf, dessen nach rechts weisender Fortsatz 26 ein Außengewinde 27 aufweist, welches in ein korrespondierendes Innengewinde des Kolbenstangenendes 24 flüssigkeits- und druckdicht eingeschraubt ist.
  • Die Einspeisungsmuffe 23 besitzt einen beidendig offenen koaxial zu ihr verlaufenden Innen-Kanal 28 für die Fortleitung von hydraulischer Druckflüssigkeit (z.B. eine für hydraulische Zwecke geeignete Emulsion). In den Kanal 28 mündet ein innerhalb des Kolbenstangenendes 24 vorgesehener winkelförmiger Kanal 29. An den kolbenstangenseitigen Anschluß 30 des Kanals 29 schließt sich eine rohrförmige Hochdruckleitung 31 an, welche zu einem nicht dargestellten Hochdruck-Erzeuger für die Druckflüssigkeit führt.
  • Eine Überwurfmutter 32 ist bei 33 auf ein Außengewinde des Muffenkörpers 25 aufgeschraubt. Die radiale Innenfläche 34 der Überwurfmutter 32 und der vordere Endbereich des Kanals 28 des Muffenkörpers 25 bilden eine kreisringförmige Innennut 35, in welcher eine Manschettendichtung, und zwar eine Nutringmanschette 36, formschlüssig aufgenommen ist.
  • Die Nutringmanschette 36 weist einen kreisringförmigen Grundkörper 37 auf, an welchen sich stoffschlüssig zwei Dichtungslippen 38, 39 anschließen, welche zwischen sich eine kreisringförmige Nut 40 bilden, welche rückwärts, d.h. zum Flüssigkeitsanschluß 30 hin, offen ist.
  • Die sich radial erstreckende scheibenförmige Wand 41 der Überwurfmutter 32 bildet eine Einführöffnung 42, welche aus einer kegelstumpfförmigen Innenmantelfläche 43 und aus einer sich daran anschließenden kreiszylindrischen Innenmantelfläche 44 zusammengesetzt ist.
  • Die Flächen 43 und 44 sind jeweils mit einer körnigen Hartmetallschicht 49 und 48 versehen, welche aus Wolfram-Karbid-Partikeln besteht und eine Härte von etwa 82 HRc aufweist. Die Wolfram-Karbid-Partikel sind funkenerosiv aufgetragen und innig mit der aus gehärtetem Stahl bestehenden Überwurfmutter 32 verbunden.
  • Die Funktion der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung ist folgende:
  • Die Einspeisungsmuffe 23 mit dem Kolbenstangenende 24 ist entlang dem mit x bezeichneten Bewegungs-Doppelpfeil translatorisch hin- und herbeweglich.
  • Die Einspeisungsmuffe 23 wird entlang x nach links verschoben und gelangt zunächst in die strichpunktiert dargestellte Zwischenstellung, gemäß welcher das bei 45 offene Stirnende des rohrförmigen Hohlkörpers 19 überfahren wird. Die Einspeisungsmuffe 23 wird weiterhin entlang x nach links verschoben, bis die Überwurfmutter 32 satt in der gesenkseitigen Aufnahmeöffnung 46 einliegt. Kolbenstangenende 24 mit Einspeisungsmuffe 23 werden sodann in dieser nicht dargestellten Einspeisungsposition gegen eine Verschiebung entlang der Richtung x arretiert. Dieses geschieht in einfacher Weise dadurch, daß der hydraulische Arbeitsdruck im Hydro-Zylinder, von dem nur das Kolbenstangenende 24 gezeigt ist, stehenbleibt. Schließlich wird Druckflüssigkeit über den Leitungsweg 31, 30, 28 in den Innenraum 20 des rohrförmigen Hohlkörpers 19 hineingegeben. Der hydrostatische Innendruck baut sich über einen Fülldruck von etwa 65-80 Bar auf einen Umformungsdruck bis zu etwa 1500 Bar auf, bei welchem im vorliegenden Anwendungsfall die hydrostatische Umformung beendet sein soll.
  • Während des Aufschiebens der Einspeisungsmuffe 23 auf den Stütz- oder Anschlußbereich 22 des rohrförmigen Hohlkörpers 19 erzeugt die auf der kreiszylindrischen Innenmantelfläche 44 der Überwurfmutter 32 vorhandene körnige Hartmetallschicht 48 in der Außenmantelfläche A des Stütz- oder Anschlußbereichs 22 des Hohlkörpers 19 axiale Längsriefen. Diese axialen Längsriefen bewirken eine innige verkrallende Arretierung der Nutringmanschette 36 an der Außenmantelfläche A des Hohlkörpers 19.
  • Diese verkrallende Arretierung verhindert ein Auswandern bzw. ein Kriechen des Werkstoffes der Nutringmanschette 36 entlang der Außenmantelfläche A des rohrförmigen Hohlkörpers 19. Eine Neigung zum Kriechen träte ohne die vorbezeichnete Maßnahme bei Drücken oberhalb 800-1000 Bar auf. Derartige Drücke, welche durchaus 3000 Bar und mehr annehmen können, sind insbesondere bei der Umformung von rostfreien Stählen erforderlich. Die kegelstumpfförmige Innenmantelfläche 43 dient der Selbstzentrierung des Haltebereichs 22 innerhalb der Einführöffnung 42. Die Hartmetallschicht 49 auf der kegelstumpfförmigen Innenmantelfläche 43 wirkt daher einem Verschleiß der Überwurfmutter 32 entgegen.
  • Die Nutringmanschette 36 besteht aus einem unter dem Warenzeichen "Vulkollan" der Bayer AG, DE-5090 Leverkusen, vertriebenen elastomeren Polyurethan-Gießharz mit einer Härte von 93 Shore-A.
  • Ergänzend zu bemerken ist noch, daß in einen umzuformenden Hohlkörper 19 beidendig Druckflüssigkeit über baugleiche Einspeisungsmuffen 23 eingespeist werden kann. Bei einendiger Einspeisung wird außer der Einspeisungsmuffe 23 eine Blindmuffe 23 verwendet, die keine Druckmittel-Einspeisung besitzt, da der Kanal 28 endseitig bei 47 einen Abschluß aufweist. Der Kanal 28 dient bei der Blindmuffe 23 und bei der Einspeisungsmuffe 23 der im wesentlichen axialkraftfreien Schiebesitzaufnahme des hohlkörperseitigen Stütz- oder Anschlußbereichs 22.

Claims (7)

  1. Vorrichtung (10) zum hydrostatischen Umformen von Hohlkörpern (19) aus kaltumformbarem Metall innerhalb einer Formhöhlung (17) eines Gesenks (12), mit einer Einspeisung für die Druckflüssigkeit in den Hohlkörper (19) in Form einer relativ zu dem im Gesenk (12) aufgenommenen Hohlkörper (19) hin- und herbewegbaren, in der Einspeisungsposition arretierbaren, die Druckflüssigkeit führenden, Einspeisungsmuffe (23), welche mit einer Einführöffnung (42) voran auf einen außerhalb der Formhöhlung (17) des Gesenks (12) befindlichen zylindrischen Stütz- oder Anschlußbereich des Hohlkörpers aufschiebbar ist und den Stütz- oder Anschlußbereich (22) in der Einspeisungsposition mittels einer durch Flüssigkeitsdruck selbsttätig dichtenden Dichtung (36) umgreift, und wobei die Einführöffnung (42) der Einspeisungsmuffe (23) etwa trichterförmig ausgebildet und dabei mit einer sich axial nach außen öffnenden, etwa kegelstumpfförmigen Innenmantelfläche (43) versehen ist, an welche sich eine im wesentlichen kreiszylindrische Innenmantelfläche (44) anschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisungsmuffe (23) hin- und hergehend antreibbar ist, deren Dichtung eine Nutringmanschette (36) aus weitestgehend inkompressiblem Werkstoff bildet, welche den Stütz- oder Anschlußbereich (22) relativverschieblich zu ihr aufnimmt und daß mindestens die kreiszylindrische Innenmantelfläche (44), gegebenenfalls zusätzlich die kegelstumpfförmige Innenmantelfläche (43), der Einführöffnung (42) mit einer körnigen Hartmetallschicht (48, 49) versehen sind.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenringmanschette (36) aus einem elastomeren Polyurethan-Gießharz besteht.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte des elastomeren Polyurethan-Gießharzes mehr als 90 Shore-A, wie z.B. 93-95 Shore-A, beträgt.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführöffnung (42) Bestandteil einer einen Muffenkörper (25) übergreifenden Überwurfmutter (32) ist, wobei die Nutringmanschette (36) zwischen der Überwurfmutter (32) und dem Muffenkörper (25) gehalten ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartmetallschicht (48, 49) eine funkenerosiv aufgetragene Beschichtung mit Wolfram-Karbid-Partikeln mit einer Härte von etwa 80 - etwa 82 HRc darstellt.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspeisungsmuffe (23) hydraulisch und/oder pneumatisch translatorisch angetrieben ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die koaxial zum kreiszylindrischen Stütz- oder Anschlußbereich (22) des Hohlkörpers (19) angeordnete Einspeisungsmuffe (23) koaxial am freien Kolbenstangenende (24) einer pneumatisch und/oder hydraulisch angetriebenen Kolben-Zylinder-Einheit gehalten ist.
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