EP0824047B1

EP0824047B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen einer verhältnismässig scharfkantigen Einsenkung an einem Werkstück bei der Innenhochdruckumformung

Info

Publication number: EP0824047B1
Application number: EP97113478A
Authority: EP
Inventors: Panagiotis Prof. Dr. Adamis; Alfred Beier; Anton Bauer
Original assignee: ANTON BAUER WERKZEUG und MASCH; Anton Bauer Werkzeug- und Maschinenbau & Co KG GmbH; Volkswagen AG
Current assignee: Anton Bauer Wekzeug- und Maschinenbau & Co K GmbH; Volkswagen AG
Priority date: 1996-08-14
Filing date: 1997-08-05
Publication date: 2002-11-20
Anticipated expiration: 2017-08-05
Also published as: DE59708752D1; DE19644401A1; EP0824047A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Hohlkörpers durch Innenhochdruckumformen, bei dem ein eine Einsenkung ausbildendes Formwerkzeugteil nach Beaufschlagen des Werkstückes mit einem hydraulischen Druck aus der Formwerkzeugwand vorgeschoben wird.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren beziehungsweise eine Vorrichtung sind aus EP-0588528A1 bekannt, gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Die Verfahrensweise des Innenhochdruckumformens, bei der ein in ein Formwerkzeug eingelegter rohrförmiger Rohling in seinem Inneren mit hohem hydraulischem Druck beaufschlagt wird und sich dadurch aufweitet und an die Wandung des Formwerkzeuges anlegt, wird auch für geringfügige Verformungen benutzt, die in erster Linie oder nur zum Kalibrieren dienen, beispielsweise einer Hohlwelle.
Während sich Ansätze an dem Werkstück in Form von Ausstülpungen recht gut erzeugen lassen, machen Einsenkungen gewisse Schwierigkeiten. Einstülpungen in den ursprünglichen Hohlquerschnitt des Rohlings hinein können nicht primär durch den Innenhochdruck erzeugt werden. Es ist grundsätzlich in irgendeiner Weise ein Prägestempel erforderlich. Die Alternative, von einem Rohling eines so geringen Durchmessers auszugehen, daß er ohne stellenweise eingedrückt zu werden in das Formwerkzeug paßt, ist unter anderen Gesichtspunkten nicht gerechtfertigt.
Es erweist sich, daß auch ein in das Formwerkzeug eingebauter, vorschiebbarer Prägestempel das Problem nicht ohne weiteres löst. Bei Eindrücken des Prägestempels vor der hydraulischen Verformung wird eine Einwölbung geschaffen, die nur noch mit extrem hohem hydraulischen Druck bis zur Anlage an der Werkzeugwandung herausgetrieben werden kann. Das Eindrücken eines Stempels bei dem hydraulischen Druck erzeugt bekanntlich Lochung.

Aus der EP 0 588 528 A1 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Herstellung eines rohrförmigen Rahmenteils bekannt. Das genannte Formwerkzeugteil schließt in der Endstellung erst bündig an die Formwerkzeugwand an und springt dann schräg vor.

Die DE 195 18 252 A1 beschreibt ein Verfahren der eingangs genannten Art, das insbesondere der Herstellung eines Hosenrohres dient. Das genannte Formwerkzeugteil ist zweifach vorhanden, die beiden Teile bewegen sich aufeinander zu und drücken das, durch den hydraulischen Druck aufgeweitete hohle Werkstück in der Mitte zusammen. Die genannten Formwerkzeugteile schließen in der Endstellung auf beiden Seiten eine Rundung fortsetzend an die Formwerkzeugwand an und biegen sich zur Mitte hin heraus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit vertretbarem Aufwand im Rahmen der Innenhochdruckumformung eine möglichst scharfkantige Einsenkung zu erzeugen, insbesondere eine Passfeder- oder Scheibenfeder-Nut, insbesondere an einer hohlen Welle.

Gemäß der Erfindung wird dieser Zweck ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren in der Weise erfüllt, daß zum Erzeugen einer verhältnismäßig scharfen Kante in einem Winkel zwischen der Formwerkzeugwand und dem aus ihr vorgeschobenen Formwerkzeugteil der hydraulische Druck vor dem Vorschieben des Formwerkzeugteils bis zu 40% unter dem Enddruck liegt und nach dem Vorschieben auf den Enddruck erhöht wird.

Insoweit ähnlich wie nach der EP 0 588 528 A1 und der DE 195 18 252 A1, biegt bei dieser Verfahrensweise das als Stempel vorschiebbare Formwerkzeugteil das Rohr nicht einfach nur ein. Die Hydraulikflüssigkeit läßt für eine solche Verformung nicht den freien Raum. Der Stempelhub wird vielmehr genutzt, das Material über der Hydraulikflüssigkeit als Gegenlager auszuziehen; die Verformungsenergie wird weitgehend durch den Stempel eingebracht.
In dem nach der Erfindung vorhandenen Winkel zwischen der Formwerkzeugwand und dem Formwerkzeugteil entsteht im Anschluß an die Umfangswand des rohrförmigen Rohlings nur eine kleine Biegung, die aber erfindungsgemäß anschließend durch den vollen hydraulischen Druck noch ausreichend herausgedrückt und genügend scharfkantig gemacht werden kann.

Die günstigsten Parameter im einzelnen müssen je nach Werkstück durch Routineversuche ermittelt werden. In der Regel wird das genannte Formwerkzeugteil am besten bei 75 bis 98% des Enddruckes vorgeschoben werden.

Vorzugsweise wird während des Vorschubs des genannten Formwerkzeugteils der hydraulische Druck weiter erhöht.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung geht aus von einer Vorrichtung zum Herstellen eines metallischen Hohlkörpers durch Innenhochdruckumformen mit einem Formwerkzeug, in dem ein eine Einsenkung in dem Werkstück ausbildendes Formwerkzeugteil als Stempel gesteuert vorschiebbar angeordnet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens das vorgeschobene Formwerkzeugteil mit der Formwerkzeugwand unmittelbar im Anschluß an diese einen Winkel bildet und die Steuerung derart vorgesehen ist, dass sie den Vorschub bei einem bis zu 40% unter dem Enddruck liegenden Druck bewirkt.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in dem Formwerkzeug, vorzugsweise in einem Werkzeugoberteil, eine verschiebbare Halterung für das genannte Formwerkzeug geführt.

Dies ist eine stabile Konstruktion, vor allem in der weiteren Ausgestaltung, daß die Halterung als Kolben in einem prismischen oder zylindrischen, vorzugsweise mit einer Buchse aus einem Gleitmaterial ausgekleideten, Hohlraum angeordnet ist.

Im Anschluß an den Hohlraum kann in zweckmäßiger Weise eine, vorzugsweise mit einem Wegmesser versehene, Hydraulikzylindereinheit an der Außenseite des Formwerkzeuges angesetzt sein, an deren Kolbenstange der genannte Kolben sitzt.

Die Zeichnungen geben ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder.

Fig. 1 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch ein Formwerkzeug,

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 1 in größerem Maßstab und

Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 2.

Das mit 1 bezeichnete Formwerkzeug ist in seiner waagerechten Mittelebene geteilt; es setzt sich zusammen aus einem Werkzeugunterteil 2 und einem Werkzeugoberteil 3.

In dem Formhohlraum ist ein bereits verformtes Werkstück 4 dargestellt.
Zwei in das Formwerkzeug 1 und die Enden des rohrförmigen Werkstückes 4 eingreifende Druckmittelanschlüsse 5 sind von bekannter Art.

In dem Werkzeugoberteil 3 ist ein zylindrischer Hohlraum 6 ausgefräst und mit einer Buchse 7 aus Gleitmaterial ausgekleidet.
Der Hohlraum 6 mit der Buchse 7 dient als Führung für einen Kolben 8, der eine Halterung für ein in dem Formwerkzeug 1 bewegliches Formwerkzeugteil 9 darstellt: Das Formwerkzeugteil 9 wird an einem Bund 10 von einer an der Unterseite des Kolbens 8 angeschraubten, ringförmigen Halteplatte 11 übergriffen. Ein unterer Abschnitt des Formwerkzeugteils 9 ragt in der Form eines länglichen Quaders durch einen diesem angepaßten Ausschnitt im Boden 12 des Hohlraums 6. In zurückgezogener Stellung liegt die Unterseite des Formwerkzeugteils 9 annähernd bündig in der Wand des Formhohlraums.

Der Kolben 8 ist verschiebbar durch einen auf der Außenseite des Formwerkzeugs 1 aufgesetzten Hydraulikzylinder 13, dessen Kolbenstange 14 mit einem aufgeschraubten Bundring 15 versehen ist, der wiederum durch eine ringförmige, den Bund übergreifende, mit dem Kolben 8 verschraubte Halteplatte 16 mit dem Kolben 8 verbunden ist. Bei 17 ist ein Wegmesser für den Kolbenhub des Hydraulikzylinders 16 dargestellt.

Durch Vorschieben des Formwerkzeugteils 9 nach Beaufschlagung des Werkstücks 4 mit Druck und bei Steigerung des Druckes während des Vorschiebens sowie durch anschließende nochmalige Druckerhöhung ist in dem rohrförmigen Werkstück 4 eine Paßfedernut 18 eingeformt worden.
Die Ausformung der Rohrwandung in den in Fig. 2 und 3 durch die Pfeile 19 bezeichneten Winkel hinein ist in der Zeichnung im wesentlichen vollständig. Die verbleibende Rundung 20 ergibt sich aus der Dicke der Rohrwandung. Die Paßfedernut 18 ist insofern scharfkantig im Gegensatz zu einer in Fig. 2 bei 21 gestrichelt angedeuteten Biegung. Die Biegungstiefe, um die die Seitenwandtiefe der Nut sich - unerwünscht - verringert, ist in Fig. 2 links durch geschweifte Klammern verdeutlicht und mit 22 bezeichnet.
Das Werkstück 4 ist schematisch dargestellt. Im konkreten Fall handelt es sich beispielsweise um eine Nockenwelle zur Steuerung von Motorventilen, die in dem Formwerkzeug 1 kalibriert wird und z.B. zehn Paßfedernuten 18 erhält zur Anbringung von zehn Nocken.

Je nach Werkstück läßt sich durch Versuche ermitteln, bei welchen Parametern, wie Wanddicke, Tiefe der Einsenkungen, hydraulische Drucke usw., gearbeitet werden muß.

Beispiel:

Ein aus St. 52, NKB, nahtlos gezogenes Rohr von 20 mm Durchmesser und 3,5 mm Wanddicke wird durch Innenhochdruckumformung kalibriert und mit einer Nut versehen.

1) Das die Nut bildende Formwerkzeugteil wird, während der hydraulische Druck von 2050 auf 2100 bar gesteigert wird, um 4,7 mm vorgeschoben. Anschließend wird der Druck auf 2500 bar gesteigert. Ergebnis: Der Nutboden ist abgerissen.

2) Das Formwerkzeugteil wird bei sonst gleichen Parametern nur um 3,7 mm vorgeschoben. Ergebnis: Es ist eine Nut gebildet mit 1,4 mm Biegungstiefe an der Seitenwand.

3) Das Formwerkzeugteil wird wiederum um 3,7 mm vorgeschoben, aber bei einem von 3050 auf 3100 bar gesteigerten Druck. Anschließend wird ein Druck von 3200 bar eingestellt. Ergebnis: Es ist eine Nut gebildet mit einer Biegungstiefe an der Seitenwand von 0,9 mm. Das Ergebnis ist brauchbar.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines metallischen Hohlkörpers durch Innenhochdruckumformen, bei dem ein eine Einsenkung ausbildendes Formwerkzeugteil nach Beaufschlagen des Werkstückes mit einem hydraulischen Druck aus der Formwerkzeugwand vorgeschoben wird,
dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen einer verhältnismäßig scharfen Kante in einem Winkel zwischen der Formwerkzeugwand und dem aus ihr vorgeschobenen Formwerkzeugteil der hydraulische Druck vor dem Vorschieben des Formwerkzeugteils bis zu 40% unter dem Enddruck liegt und nach dem Vorschieben auf den Enddruck erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeugteil bei 75 bis 98% des Enddruckes vorgeschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß während des Vorschubes des Formwerkzeugteils der hydraulische Druck weiter erhöht wird.
Vorrichtung zum Herstellen eines metallischen Hohlkörpers durch Innenhochdruckumformen mit einem Formwerkzeug (1), in dem ein eine Einsenkung (18) in dem Werkstück (4) ausbildendes Formwerkzeugteil (9) als Stempel gesteuert vorschiebbar angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 das vorgeschobene Formwerkzeugteil (9) mit der Formwerkzeugwand (12) unmittelbar im Anschluß an diese einen Winkel bildet und die Steuerung derart vorgesehen ist, daß sie den Vorschub bei einem bis zu 40% unter dem Enddruck liegenden Druck bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem Formwerkzeug (1), vorzugsweise in einem Werkzeugoberteil (2), eine verschiebbare Halterung (8,11) für das genannte Formwerkzeugteil (9) geführt (6,7) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung als Kolben (8) in einem prismischen oder zylindrischen, vorzugsweise mit einer Buchse (7) aus Gleitmaterial ausgekleideten, Hohlraum (6) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Hohlraum (6) eine, vorzugsweise mit einem Wegmesser (17) versehene, Hydraulikzylindereinheit (13) an der Außenseite des Formwerkzeuges (1) angesetzt ist, an deren Kolbenstange (14) der genannte Kolben (8) sitzt.