EP0785036A1

EP0785036A1 - Method and apparatus for forming profiled hollow workpieces

Info

Publication number: EP0785036A1
Application number: EP97100768A
Authority: EP
Inventors: Hermann A. Bartels
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-01-22
Filing date: 1997-01-20
Publication date: 1997-07-23
Also published as: DE29601019U1

Abstract

A hollow workpiece (11) is deformed in a mould (12) having inner contours (13,14) which corresponds to the required final shape of the workpiece. Particulate material (43) is fed through the central channel in a mandrel (18) which can move vertically down into the material (43). The end of the mandrel is cone-shaped with outlets (46) directly behind the cone tip.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Vorrichtung ist bekannt aus EP-A-0 616 858.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1. Such a device is known from EP-A-0 616 858.

Es ist bekannt, Hohlprofil-Werkstücke umzuformen, indem die Werkstücke in eine Preßform mit einer Innenkontur eingelegt werden, die der zu erzeugenden Form des Werkstücks entspricht. Mit einem Druck erzeugenden System, beispielsweise einem Druckzylinder, wird dann Öl oder eine Wasser-Öl-Emulsion unter hohem Druck in das Werkstück eingepreßt. Bei ausreichend hohem Druck erreicht man dann durch Anlegen der Werkstoffwandung an die Innenkontur der Preßform die gewünschte Umformung. Die Verwendung flüssiger oder auch gasförmiger Druckmedien bringt jedoch Abdichtungsprobleme mit sich, weil die Hohlprofil-Werkstücke, beispielsweise Aluminium-Hohlprofile, Toleranzen haben, so daß eine ständige Anpassung des Dichtbereichs zur Preßform erforderlich ist. Flexible Dichtungen sind bei sehr hohen Drücken kaum brauchbar, insbesondere dann, wenn höhere Temperaturen auftreten. Darüber hinaus fordert der offene Umgang mit Öl auch aus umweltrechtlicher Sicht hohe Aufwendungen.It is known to shape hollow profile workpieces by inserting the workpieces into a press mold with an inner contour which corresponds to the shape of the workpiece to be produced. With a pressure generating system, for example a pressure cylinder, oil or a water-oil emulsion is then pressed into the workpiece under high pressure. If the pressure is sufficiently high, the desired deformation can be achieved by applying the material wall to the inner contour of the mold. However, the use of liquid or gaseous pressure media brings with it sealing problems because the hollow profile workpieces, for example aluminum hollow profiles, have tolerances, so that a constant adaptation of the sealing area to the press mold is necessary. Flexible seals are hardly usable at very high pressures, especially when higher temperatures occur. In addition, the open handling of oil also requires high expenses from an environmental law perspective.

Aus der obengenannten EP-A-0 616 858 ist es bekannt, als Druckmedium, nachfolgend auch Umformmaterial genannt, Feststoffteile, beispielsweise Sand oder kleine Kugeln zu verwenden. Damit wird es möglich, die Umformung der Werkstücke bei wesentlich höheren Temperaturen als bei Verwendung von Öl durchzuführen und mit niedrigeren Drücken zu arbeiten. Bei der bekannten Vorrichtung erfolgt die Zufuhr des Umformmaterials mittels eines Druckzylinders oder auch unter Schwerkrafteinfluß, wobei das Material von der dem Dorn gegenüberliegenden Seite in das Werkstück eingeführt wird.From the above-mentioned EP-A-0 616 858 it is known to use solid parts, for example sand or small balls, as the printing medium, hereinafter also referred to as forming material. This makes it possible to carry out the forming of the workpieces at significantly higher temperatures than when using oil and to work with lower pressures. In the known device, the forming material is supplied by means of a pressure cylinder or also under the influence of gravity, the material being introduced into the workpiece from the side opposite the mandrel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung im Hinblick auf bessere Verformungsergebnisse bei den Werkstücken sowie eine einfachere und weniger aufwendige Konstruktion der Vorrichtung sowie kürzere Taktzeiten weiterzubilden. Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben.The invention has for its object to develop the known device with a view to better deformation results in the workpieces as well as a simpler and less complex construction of the device and shorter cycle times. The solution to the problem is specified in claim 1.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. So hat zweckmäßig das Einpreßende des Dorns die Form eines Kegels, wobei die Auslauföffnungen für das Umformmaterial dicht vor dem Kegel angeordnet sind. Sie liegen daher außerhalb des Verformungsbereichs des Werkstücks, so daß kein Verstopfen der Öffnungen auftreten kann.Developments of the invention are the subject of the dependent claims. The press-in end of the mandrel is expediently in the form of a cone, the outlet openings for the forming material being arranged close to the cone. They are therefore outside the deformation range of the workpiece, so that the openings cannot be blocked.

Zur Verformung eines rohrförmigen Werkstücks mit Kreisquerschnitt oder auch einem anderen Querschnitt, beispielsweise ovalem Querschnitt, wird zweckmäßig zum Verschließen des Werkstücks am unteren Ende von unten ein dichtend in das Werkstück passendes stabförmiges Teil oder Stab, der auch ein am Ende verschlossenes Rohr sein kann, so weit eingeführt, daß sich das vordere Ende des stabfömigen Teils am Ende des Verformungsbereichs befindet. Das Umformmaterial erhält dadurch ein sicheres Widerlager und kann nicht aus dem Werkstück austreten. Eine andere Möglichkeit zum Verschließen eines rohrförmigen Werkstücks besteht darin, am unteren Ende von unten her einen Stab in das Werkstück einzuführen, der am oberen Ende zwischen zwei beabstandeten Platten einen abgedichtet angeordneten Kragen aus elastischem Material aufweist. Der Kragen liegt dichtend an der Innenwand des Werkstücks am Ende des Werkstück-Verformungsbereichs an. Zweckmäßig kann der Kragen über eine durch den Stab führende Bohrung oder das Innere eines rohrförmigen Stabs mittels eines Fluids aufgeweitet werden. Als Fluid verwendet man vorzugsweise Druckluft.To deform a tubular workpiece with a circular cross-section or another cross-section, for example an oval cross-section, a rod-shaped part or rod sealingly fitting into the workpiece at the lower end, which can also be a tube which is closed at the end, is expediently used to close the workpiece at the lower end widely introduced that the front end of the rod-shaped part is at the end of the deformation region. The forming material is thus given a secure abutment and cannot escape from the workpiece. Another possibility for closing a tubular workpiece is to insert a rod into the workpiece from below at the lower end, which rod has a collar of elastic material arranged in a sealed manner between two spaced plates at the upper end. The collar lies sealingly against the inner wall of the workpiece at the end of the workpiece deformation area. The collar can expediently be expanded by means of a fluid through a bore leading through the rod or the interior of a tubular rod. Compressed air is preferably used as the fluid.

Um zu vermeiden, daß bei der Verformung des Werkstücks eine Wanddickenverringerung auftritt, wird mit Vorteil eine Vorrichtung zum Stauchen des Werkstücks während des Preßvorgangs vorgesehen. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, daß das Werkstück von oben her während des Preßvorgangs in Richtung der Dornbewegung in die Form eingepreßt wird.In order to avoid that a reduction in wall thickness occurs when the workpiece is deformed, a device for upsetting the workpiece during the pressing process is advantageously provided. This can be done, for example happen that the workpiece is pressed into the mold from above during the pressing process in the direction of the mandrel movement.

Das Umformmaterial ist zweckmäßig ein feinkörniger Sand.The forming material is expediently a fine-grained sand.

Ein Verfahren zum Verformen von Hohlprofil-Werkstücken aus Metall ist Gegenstand des Anspruchs 8 mit seinen Unteransprüchen.A method for deforming hollow profile workpieces made of metal is the subject of claim 8 with its subclaims.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Es zeigen:

Fig. 1: die Schnittansicht einer Verformungseinrichtung nach der Erfindung mit eingelegtem Hohlprofil-Werkstück vor Beginn der Verformung,
Fig. 2: die Schnittansicht entsprechend Fig. 1 nach Einfüllen des Verformungsmaterials und vor Beginn der Verformung,
Fig. 3: die Schnittansicht entsprechend Fig. 1 und 2 nach teilweiser Verformung des Werkstücks,
Fig. 4: die Schnittansicht entsprechend Fig. 3 nach Zurückziehen des Dorns und Auffüllen des Verformmaterials,
Fig. 5: die Schnittansicht gemäß Fig. 4 nach vollständiger Verformung des Werkstücks und
Fig. 6: die Schnittansicht entsprechend Fig. 5 nach Zurückziehen des Dorns,
Fig. 7: die Schnittansicht entsprechend Fig. 2 nach Einfüllen des Verformungsmaterials und vor Beginn der Verformung.

The invention is described below with reference to an embodiment shown in the drawings.
Show it:

Fig. 1: the sectional view of a deformation device according to the invention with inserted hollow profile workpiece before the start of the deformation,
Fig. 2: the sectional view corresponding to FIG. 1 after filling the deformation material and before the start of the deformation,
Fig. 3: 1 and 2 after partial deformation of the workpiece,
Fig. 4: 3 after retracting the mandrel and filling the deformation material,
Fig. 5: 4 after complete deformation of the workpiece and
Fig. 6: 5 after retracting the mandrel,
Fig. 7: the sectional view corresponding to FIG. 2 after filling the deformation material and before the start of the deformation.

Das zu verformende Werkstück, das bei dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel ein Aluminiumrohr 11 mit Kreisquerschnitt ist, liegt in einer geteilten Preßform 12 mit zwei Kavitäten 13, 14, die der zu erzeugenden Form des Werkstücks 11 entsprechen. Heizplatten oder -bänder 16 erzeugen und halten die gewünschte Preßformtemperatur, um das Werkstück 11 zu erwärmen bzw. die Temperatur des vorher erwärmten Werkstücks zu halten. Bei der Verformung von Aluminium liegt die Temperatur zweckmäßig oberhalb von 200°C. Von oben ragt ein Dorn 18 durch eine Hülse 20 und ein Drückelement 22 in das Werkstück 11 hinein. Der Dorn ist verdrehungssicher in der Hülse 20 gelagert. Weitere Führungen für den Dorn 18, beispielsweise in Form eines Führungsrohrs im Werkstück 11, sind zur Vereinfachung nicht dargestellt. Der Dorn 18 kann mittels eines nicht dargestellten Hydraulikantriebs in das Werkstück 11 hineingeführt und zurückgezogen werden. Dabei kann die Position des Dorns 18 mittels einer elektronischen Steuerung (nicht gezeigt) der Hydraulikvorrichtung genau eingestellt werden. Gleiches gilt für die Geschwindigkeit beim Vorschub des Dorns sowie beim Zurückziehen.The workpiece to be deformed, which in the exemplary embodiment shown in the drawings is an aluminum tube 11 with a circular cross section, lies in a split mold 12 with two cavities 13, 14 which correspond to the shape of the workpiece 11 to be produced. Heating plates or belts 16 generate and maintain the desired mold temperature in order to heat the workpiece 11 or the Maintain the temperature of the previously heated workpiece. When aluminum is deformed, the temperature is expediently above 200 ° C. A mandrel 18 projects from above through a sleeve 20 and a pressing element 22 into the workpiece 11. The mandrel is mounted in the sleeve 20 so that it cannot twist. Further guides for the mandrel 18, for example in the form of a guide tube in the workpiece 11, are not shown for simplicity. The mandrel 18 can be inserted and withdrawn into the workpiece 11 by means of a hydraulic drive, not shown. The position of the mandrel 18 can be precisely adjusted by means of an electronic control (not shown) of the hydraulic device. The same applies to the speed when advancing the mandrel and when retracting.

Die Hülse 20 und das Drückelement 22 sind in einem Gehäuse 24 mit einer Endplatte 26 verschiebbar gelagert. Dadurch kann das Werkstück 11 während des Umformens gestaucht werden, wie noch näher erläutert werden soll. Das Verschieben der Hülse 20 und damit des Druckelements 22 erfolgt ebenfalls mit Hilfe einer nicht dargestellten Hydraulikvorrichtung.The sleeve 20 and the pressing element 22 are slidably mounted in a housing 24 with an end plate 26. As a result, the workpiece 11 can be compressed during the forming, as will be explained in more detail. The displacement of the sleeve 20 and thus the pressure element 22 is also carried out with the aid of a hydraulic device, not shown.

Von unten ist in das Werkstück 11 ein mit einer Bohrung 28 versehener Stab oder vorzugsweise stabförmiges Teil 30 eingeführt, der/das am oberen, zum Dorn gerichteten Ende zwei beabstandete Platten 32, 34 besitzt. Zwischen den Platten 32, 34 ist abgedichtet ein Kragen 36 aus temperaturfestem, elastischem Material angeordnet. Durch die Bohrung 28 und Querbohrungen 38 am unteren Ende sowie 40 am oberen Ende kann der Kragen 36 mit Druckluft aufgeblasen werden, so daß er sich abdichtend an die Wand des Werkstücks 11 anlegt.A rod 28, or preferably a rod-shaped part 30, is provided in the workpiece 11 from below and has two spaced plates 32, 34 at the upper end facing the mandrel. A collar 36 made of temperature-resistant, elastic material is arranged in a sealed manner between the plates 32, 34. Through the bore 28 and transverse bores 38 at the lower end and 40 at the upper end, the collar 36 can be inflated with compressed air so that it lies sealingly against the wall of the workpiece 11.

Fig. 2 zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 1 nach dem Einfüllen eines Umformmaterials 43 in Form von Sand, der schematisch gepunktet dargestellt ist. Das Einfüllen erfolgt von einem Trichter 42 am oberen Ende des Dorns 18 durch eine zentrale Bohrung 44 des Dorns 18 und Auslauföffnungen, die in Form von Kanälen 46 von der zentralen Bohrung 44 schräg nach unten zum Außenumfang des Dorns 18 führen und dort dicht hinter einer kegeligen Spitze 48 des Dorns 18 münden. Der Raum unterhalb des Dorns wird vollständig mit Umformmaterial 43 gefüllt, wobei die Platten 32, 34 mit dem aufgeblasenen Kragen 36 das Werkstück 11 nach unten abdichten.FIG. 2 shows the device according to FIG. 1 after the filling of a forming material 43 in the form of sand, which is shown schematically with dots. The filling takes place from a funnel 42 at the upper end of the mandrel 18 through a central bore 44 of the mandrel 18 and outlet openings which are inclined in the form of channels 46 from the central bore 44 lead down to the outer circumference of the mandrel 18 and open there closely behind a conical tip 48 of the mandrel 18. The space below the mandrel is completely filled with forming material 43, the plates 32, 34 with the inflated collar 36 sealing the workpiece 11 downward.

Fig. 3 zeigt den ersten Verformungsschritt für das Werkstück 11. Der Dorn 18 ist mit seiner kegeligen Spitze 48 in das Umformmaterial 43 eingepreßt worden und hat dabei die Werkstückwände in die Kavität 13 hineingedrückt und zur Anlage gebracht. Gleichzeitig ist mittels der Hülse 20 und des Drückelements 22 das Werkstück 11 in Richtung nach unten gestaucht worden, so daß sich im Bereich der Kavität 13 praktisch keine Verringerung der Wanddicke des Werkstücks 11 ergibt.Fig. 3 shows the first deformation step for the workpiece 11. The mandrel 18 has been pressed with its tapered tip 48 into the forming material 43 and has pressed the workpiece walls into the cavity 13 and brought it into contact. At the same time, the workpiece 11 has been compressed in the downward direction by means of the sleeve 20 and the pressing element 22, so that there is practically no reduction in the wall thickness of the workpiece 11 in the region of the cavity 13.

Fig. 4 zeigt den nächsten Bearbeitungsschritt. Der Dorn 18 ist aus seiner Position gemäß Fig. 3 nach oben zurückgeführt worden. Der dadurch entstehende freie Raum im Werkstück 11 ist mit Umformmaterial 43 ausgefüllt worden, das wiederum durch die zentrale Öffnung 44 und die Auslauföffnungen 46 zugeführt worden ist. Anschließend wird gemäß Fig. 5 der Dorn 18 wiederum nach unten gepreßt, so daß das Umformmaterial das Werkstück in die Kavität 14 preßt und dort zur Anlage bringt. Wiederum ist gleichzeitig mittels der Hülse 20 und des Drückelements 22 das Werkstück 11 gestaucht worden, um eine Verringerung der Wandstärke im Bereich der Kavität 14 zu vermeiden.4 shows the next processing step. The mandrel 18 has been returned upwards from its position according to FIG. 3. The resulting free space in the workpiece 11 has been filled with forming material 43, which in turn has been fed through the central opening 44 and the outlet openings 46. 5, the mandrel 18 is again pressed downward, so that the forming material presses the workpiece into the cavity 14 and brings it into contact there. Again, the workpiece 11 has been compressed at the same time by means of the sleeve 20 and the pressing element 22 in order to avoid a reduction in the wall thickness in the region of the cavity 14.

Fig. 6 zeigt den Endzustand der Vorrichtung nach Zurückziehen des Dorns 18. Der Kragen 36 ist entlüftet worden, und nach Zurückziehen des Stabes 30 kann kann das Umformmaterial 43 nach unten herausfallen. Anschließend wird die geteilte Form 12 geöffnet, und das Werkstück 11 kann entnommen werden.6 shows the final state of the device after the mandrel 18 has been withdrawn. The collar 36 has been vented, and after the rod 30 has been withdrawn, the forming material 43 can fall out downwards. The split mold 12 is then opened and the workpiece 11 can be removed.

Ein neues Werkstück 11 kann dann sofort eingelegt werden, und ein neuer Zyklus beginnt, nachdem alle Teile wieder in die Position gemäß Fig. 2 gebracht worden sind und neues Umformmaterial 43 eingefüllt worden ist.A new workpiece 11 can then be inserted immediately, and a new cycle begins after all parts have been brought back into the position shown in FIG. 2 and new forming material 43 has been filled in.

Fig. 7 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, bei welcher die kegelige Spitze 48 des Dorns 18 einen flacheren Winkel aufweist. In bevorzugter Ausführung weist das Einpreßende des Dorns (18) im vorderen Endbereich einen Kegelwinkel von 15 bis 165 Grad, in besonders bevorzugter Weise einen Winkel von 90 Grad auf.7 shows a further embodiment according to the invention, in which the conical tip 48 of the mandrel 18 has a flatter angle. In a preferred embodiment, the press-in end of the mandrel (18) has a cone angle of 15 to 165 degrees in the front end region, in an especially preferred manner an angle of 90 degrees.

In überraschender Weise konnte der Erfinder nachweisen, daß durch die Wahl des Kegelwinkels des Einpreßendes des Dorns (18) das Nachziehen des zu verformenden Werkstücks beeinflußt wird. Hierbei stellte sich heraus, daß durch die Wahl eines spitzeren Kegelwinkels das Nachziehen des zu verformenden Werkstücks erhöht wird.Surprisingly, the inventor was able to prove that the choice of the cone angle of the press-in end of the mandrel (18) influences the retightening of the workpiece to be deformed. It turned out that the choice of a more acute taper angle increases the retightening of the workpiece to be deformed.

Ferner liegt es im Rahmen der Erfindung, zusätzlich zu den Auslauföffnungen, die in Form von Kanälen 46 von der zentralen Bohrung 44 schräg nach unten zum Außenumfang des Dorns 18 führen und dort dicht hinter einer kegeligen Spitze 48 des Dorns 18 münden weitere Kanäle 46 entlang der axialen Erstreckung des Dorns anzuordnen und somit zu einer schnelleren Nachführung des Umformmaterials, vor dem jeweiligen Preßvorgang zu gelangen.Furthermore, it is within the scope of the invention, in addition to the outlet openings, which lead in the form of channels 46 obliquely downward from the central bore 44 to the outer circumference of the mandrel 18 and there close behind a conical tip 48 of the mandrel 18 further channels 46 open along the Arrange axial extension of the mandrel and thus for a faster tracking of the forming material to arrive before the respective pressing process.

Claims

Device for deforming metal hollow profile workpieces with a press mold (12), the inner contour (13, 14) of which corresponds to the shape of the workpiece (11) to be produced, and

a pressing device with which a forming material (43) consisting of solid parts is introduced into the pressing mold after the closing of the pressing mold (12) and

the workpiece (11) is deformed while resting on the inner contour (13, 14) of the press mold (12), the press mold (12) having a mandrel (18) which can be pressed into the forming material (43) to generate pressure,
characterized,

that the device is arranged in such a way that the longitudinal axis of the mandrel (18) is not substantially horizontal,

that the mandrel (18) can be pressed into the forming material (43) in a direction that is not horizontal, and that the mandrel (18) has at least one longitudinal bore (44) with at least one outflow opening (46) for the forming material (43) .

Device according to claim 1,
characterized in that the press-in end of the mandrel (18) is substantially in the form of a cone and in that outlet openings (46) are arranged close to the cone.

Device according to claim 1 or 2,
characterized in that the press-in end of the mandrel (18) has a cone angle of 15 to 165 degrees, preferably 90 degrees, in the front end region.

Device according to claim 2 or 3,
characterized in that the tracing of the workpiece to be deformed can be adjusted by the choice of the cone angle and in particular the tracing of the workpiece to be deformed is increased by the choice of a more acute cone angle.

Apparatus according to claims 1 to 4 for deforming a tubular workpiece,
characterized in that for closing the workpiece (11) at the lower end a part (30) sealingly inserted into the workpiece is inserted so far that its front end is at the end of the workpiece deformation region.

Apparatus according to claims 1 to 4 for deforming a tubular workpiece,
characterized in that for closing the workpiece (11) at the lower end a part is inserted into the workpiece (11) which at the upper end has a collar (36) made of elastic material and sealed between two spaced plates (32, 34) has, which bears sealingly on the inner wall of the workpiece (11) at the end of the workpiece deformation region.

Apparatus according to claim 6,
characterized in that the collar (36) can be expanded by means of a fluid via a bore (28) leading through the part (30).

Device according to one of claims 1 to 8,
characterized by a device (20, 22) for upsetting the workpiece (11) during the pressing process.

Device according to one of claims 1 to 8,
characterized in that the forming material (43) sand is.

Method for deforming hollow profile workpieces (11) made of metal, in which the workpiece is placed in a press mold (12), the inner contour (13, 14) of which corresponds to the shape of the workpiece (11) to be produced, and in which after closing the Pressing mold (12), a forming material (43) consisting of solid parts is introduced into the workpiece (11) in such a way that the workpiece is deformed by contacting the inner contour (13, 14) of the pressing mold (12), with pressure being generated in the forming material ( 43) a mandrel (18) is pressed into the forming material,
characterized, that the device is arranged so that the longitudinal axis of the mandrel (18) is not substantially horizontal,

that the forming material (43) is introduced into the workpiece (11) under the influence of gravity through the mandrel (18), for which purpose the mandrel (18) has at least one longitudinal bore (44) with at least one outlet opening (48) for the forming material (43).

A method according to claim 10,
characterized in that an upset movement of the workpiece (11) is superimposed on the mandrel movement.

A method according to claim 10 or 11,
characterized in that the pressing in of the mandrel (18) takes place in two or more steps and, between the steps, in each case after the mandrel (18) has been returned, shaping material (43) is conveyed.

Method according to one of claims 10 to 12,
characterized in that the mandrel movement and the upsetting movement are controlled independently of one another.

Method according to one of claims 10 to 14,
characterized in that the workpiece (11) is heated to a temperature of at least 200 ° C.

Method according to one of claims 10 to 15,
characterized in that the heating of the workpiece (11) takes place at least in part by the press mold (12).

A method according to claim 16,
characterized in that the workpiece (11) is preheated before insertion into the press mold (12) and / or the forming material.