EP0824047B1 - Process and device for creating a relatively sharpedged depression in a workpiece during internal pression forming - Google Patents
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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.
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
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
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
The shaping of the tube wall into the angle indicated by the
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
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.
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.
Claims (7)
- 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.
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