EP0824047B1

EP0824047B1 - Process and device for creating a relatively sharpedged depression in a workpiece during internal pression forming

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; EP0824047A1; DE19644401A1

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.The invention relates to a method for producing a metallic hollow body by hydroforming, in which a mold part forming a depression is pushed out of the mold wall after the workpiece has been subjected to hydraulic pressure.
The invention further relates to a device for performing the method.

Ein derartiges Verfahren beziehungsweise eine Vorrichtung sind aus EP-0588528A1 bekannt, gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.Such a method or a device are from EP-0588528A1 known, according to the preambles of the independent claims.

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.The procedure of hydroforming, in which a tubular blank placed in a mold is acted upon by high hydraulic pressure in the interior and thereby expands and is applied to the wall of the mold, is also used for minor deformations, primarily or only for calibration serve, for example a hollow shaft.
While approaches to the workpiece in the form of protuberances can be produced quite well, depressions cause certain difficulties. Indentations into the original hollow cross section of the blank cannot primarily be produced by the internal high pressure. A stamp is generally required in some way. The alternative of starting from a blank of such a small diameter that it fits into the mold without being pressed in places is not justified in other respects.
It has been shown that even a push-in die that is built into the mold does not easily solve the problem. When the die is pressed in before the hydraulic deformation, an arch is created which can only be driven out with extremely high hydraulic pressure until it comes into contact with the tool wall. Pressing a stamp in at the hydraulic pressure is known to produce perforations.

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.EP 0 588 528 A1 describes a process of the type mentioned at the outset for the production of a tubular frame part known. Said mold part closes in the End position only flush with the mold wall and then jumps forward at an angle.

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.DE 195 18 252 A1 describes a method of the type mentioned at the outset, which in particular is used to manufacture a downpipe. The mold part mentioned is duplicated, the two parts move towards each other and push the, through the hydraulic pressure expanded hollow workpiece together in the middle. The Mold parts mentioned in the end position close a curve on both sides continuing to the mold wall and bending out towards the center.

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.The invention is based, with reasonable effort within the scope of the task Internal pressure forming to produce a depression that is as sharp as possible, in particular a feather key or washer, especially on a hollow shaft.

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.According to the invention, this purpose is based on the method mentioned in the introduction met in such a way that to produce a relatively sharp edge in one Angle between the mold wall and the mold part pushed out of it the hydraulic pressure before advancing the mold part up to 40% is below the final pressure and is increased to the final pressure after advancement.

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. As far as similar to EP 0 588 528 A1 and DE 195 18 252 A1, in this procedure the mold part that can be advanced as a stamp does not simply bend the pipe. The hydraulic fluid does not leave free space for such a deformation. The punch stroke is rather used to pull out the material above the hydraulic fluid as a counter bearing; the deformation energy is largely introduced by the stamp.
In the existing angle according to the invention between the mold wall and the mold part, there is only a small bend in connection with the peripheral wall of the tubular blank, which, however, according to the invention can then be sufficiently pushed out by the full hydraulic pressure and made sufficiently sharp.

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.Depending on the workpiece, the cheapest parameters in detail must be carried out through routine tests be determined. As a rule, the mold part mentioned is best at 75 to 98% of the final pressure are advanced.

Vorzugsweise wird während des Vorschubs des genannten Formwerkzeugteils der hydraulische Druck weiter erhöht.The hydraulic one is preferably used during the advance of the said mold part Pressure further increased.

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.A device according to the invention is based on a device for producing a metallic hollow body by hydroforming with a molding tool, in which a mold part forming a depression in the workpiece as a stamp is arranged in a controlled manner, and is characterized in that for performing the advanced mold part with the Mold wall immediately following this forms an angle and the control is provided such that the feed rate is up to 40% below the Ultimate pressure causes pressure.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in dem Formwerkzeug, vorzugsweise in einem Werkzeugoberteil, eine verschiebbare Halterung für das genannte Formwerkzeug geführt. According to an advantageous embodiment, the mold, preferably in one Tool upper part, a slidable holder for the mold mentioned.

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.This is a stable construction, especially in the further embodiment that the Holder as a piston in a prismatic or cylindrical, preferably with a Socket made of a sliding material lined, cavity is arranged.

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.Following the cavity, one can be expedient, preferably with a hydraulic cylinder unit on the outside of the molding tool be attached, on whose piston rod said piston is seated.

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.

The drawings show an embodiment of the invention.

1 shows a vertical longitudinal section through a molding tool,

Fig. 2 shows a section of Fig. 1 on a larger scale and

Fig. 3 shows a section along line III-III in Fig. 2nd

Das mit 1 bezeichnete Formwerkzeug ist in seiner waagerechten Mittelebene geteilt; es setzt sich zusammen aus einem Werkzeugunterteil 2 und einem Werkzeugoberteil 3.The molding tool designated 1 is divided in its horizontal central plane; it is composed of a lower tool part 2 and an upper tool part 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.An already deformed workpiece 4 is shown in the mold cavity.
Two pressure medium connections 5 engaging in the mold 1 and the ends of the tubular workpiece 4 are of a known type.

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.A cylindrical cavity 6 is milled out in the upper tool part 3 and lined with a bushing 7 made of sliding material.
The cavity 6 with the bushing 7 serves as a guide for a piston 8, which is a holder for a mold part 9 movable in the mold 1: The mold part 9 is attached to a collar 10 by an annular holding plate 11 screwed to the underside of the piston 8 overlapped. A lower section of the mold part 9 protrudes in the shape of an elongated cuboid through a cutout in the bottom 12 of the cavity 6 which is adapted to it. In the retracted position, the underside of the mold part 9 lies approximately flush in the wall of the mold cavity.

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. The piston 8 is displaceable by one on the outside of the molding tool 1 mounted hydraulic cylinder 13, the piston rod 14 with a screwed Collar ring 15 is provided, which in turn is formed by an annular, holding plate 16 screwed to the piston 8 is connected to the piston 8. At 17, a distance meter for the piston stroke of the hydraulic cylinder 16 is shown.

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.A keyway 18 has been formed in the tubular workpiece 4 by pushing the mold part 9 after the workpiece 4 has been subjected to pressure and when the pressure has increased during the pushing, and by subsequently increasing the pressure again.
The shaping of the tube wall into the angle indicated by the arrows 19 in FIGS. 2 and 3 is essentially complete in the drawing. The remaining curve 20 results from the thickness of the tube wall. The parallel keyway 18 is sharp-edged in contrast to a bend indicated by dashed lines at 21 in FIG. 2. The depth of curvature by which the side wall depth of the groove is reduced — undesirably — is illustrated in FIG. 2 on the left by curly brackets and is designated by 22.
The workpiece 4 is shown schematically. In the specific case, it is, for example, a camshaft for controlling engine valves, which is calibrated in the molding tool 1 and, for example, receives ten feather key grooves 18 for the attachment of ten cams.

Je nach Werkstück läßt sich durch Versuche ermitteln, bei welchen Parametern, wie Wanddicke, Tiefe der Einsenkungen, hydraulische Drucke usw., gearbeitet werden muß.Depending on the workpiece, experiments can determine which parameters, how Wall thickness, depth of the depressions, hydraulic pressures, etc. got to.

Example:

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.

A seamlessly drawn tube of St. 52, NKB, 20 mm in diameter and 3.5 mm in wall thickness, is calibrated by internal high pressure forming and provided with a groove.

1) The mold part forming the groove is advanced by 4.7 mm while the hydraulic pressure is increased from 2050 to 2100 bar. The pressure is then increased to 2500 bar. Result: The bottom of the groove is torn off.

2) The mold part is only advanced by 3.7 mm with the same parameters. Result: A groove is formed with a 1.4 mm bending depth on the side wall.

3) The mold part is advanced again by 3.7 mm, but at a pressure increased from 3050 to 3100 bar. A pressure of 3200 bar is then set. Result: A groove is formed with a bending depth on the side wall of 0.9 mm. The result is useful.

Claims

Process for producing a metallic hollow body by internal high-pressure forming, in which a forming tool part forming a depression, after a hydraulic pressure is applied to the workpiece, is advanced from the forming tool wall, characterized in that, to produce a relatively sharp edge in an angle between the forming tool wall and the forming tool part advanced from it, the hydraulic pressure is up to 40% below the final pressure before the advance of the forming tool part and is increased to the final pressure after the advance.
Process according to Claim 1, characterized in that the forming tool part is advanced at around 75 to 98% of the final pressure.
Process according to Claim 1 or 2, characterized in that the hydraulic pressure is further increased during the advance of the forming tool part.
Device for producing a metallic hollow body by internal high-pressure forming, having a forming tool (1) in which a forming tool part (9) forming a depression (18) in the workpiece (4) is arranged in such a way that it can be advanced as a punch in a controlled manner, characterized in that, for carrying out a process according to one of Claims 1 to 3, the advanced forming tool part (9) forms an angle with the forming tool wall (12) directly following the latter, and the control is provided in such a way that it produces the advance at a pressure lying up to 40% below the final pressure.
Device according to Claim 4, characterized in that a displaceable holder (8, 11) for said forming tool part (9) is guided (6, 7) in the forming tool (1), preferably in a tool top part (2).
Device according to Claim 5, characterized in that the holder is arranged as a piston (8) in a prismatic or cylindrical cavity (6) preferably lined with a bush (7) made of a sliding material.
Device according to Claim 6, characterized in that, following the cavity (6), a hydraulic cylinder unit (13), preferably provided with a displacement sensor (17), is attached to the outside of the forming tool (1), on the piston rod (14) of which the said piston (8) sits.