EP0858848B1 - Umformvorrichtung - Google Patents

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EP0858848B1
EP0858848B1 EP98102248A EP98102248A EP0858848B1 EP 0858848 B1 EP0858848 B1 EP 0858848B1 EP 98102248 A EP98102248 A EP 98102248A EP 98102248 A EP98102248 A EP 98102248A EP 0858848 B1 EP0858848 B1 EP 0858848B1
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EP
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pressure
counter
forming apparatus
internal high
tool
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Anton Bauer Werkzeug- und Maschinenbau & Co KG GmbH
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Anton Bauer Werkzeug- und Maschinenbau & Co KG GmbH
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    • 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
    • B21D26/021—Deforming sheet bodies
    • B21D26/025—Means for controlling the clamping or opening of the moulds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • 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
    • B21D26/039—Means for controlling the clamping or opening of the moulds

Definitions

  • the invention relates to a hydroforming device with a multi-part Mold and one of the parts of the mold against the deformation holding clamping device.
  • DE-A-4 432 692 describes a generic high pressure forming device described a pot-like clamping device. A forming tool is put through the pot and a placed on it, braced against the pot and the forming tool Lid held together. A lifting cylinder is available for lifting and lowering the lid Available.
  • the shaping device according to the invention which achieves this object is characterized in that that the clamping device and / or the mold at least one, deformations of the mold cavity at least partially compensating during forming Counter-tensioning device.
  • a certain deformation of the tensioning device is taken or / and tool in purchase, but generated by applying clamping force one or more provided in the clamping device and / or the tool Counter clamping devices for compensating deformations, so that the mold cavity largely maintains its shape.
  • clamping and tool parts are less stable with less effort Material are made. This advantageously also reduces the mass and weight of the Total forming device.
  • counter-tensioning devices can be used are, in a preferred embodiment of the invention, the counter-tensioning device a back pressure chamber.
  • the back pressure chamber can be subjected to the working pressure, which is advantageous a device used for pressurizing the workpiece also for the Back pressure chamber can be used.
  • the back pressure chamber is in one against the Forming tool adjacent clamping jaws provided, e.g. between the back pressure chamber and the tool provided a relatively thin clamping jaw wall can be, which is under the influence of the back pressure against the tool bulges and thus counteracts yielding of the clamping jaw or / and tool.
  • a short-stroke cylinder in which the back pressure chamber is formed, engage the jaws.
  • the clamping jaw lies against the mold with one by pressurizing the back pressure chamber against the rest of the jaws movable part of the jaw, this movable part in particular in the manner of a guided in the jaw Pressure piston is formed.
  • the clamping piston moves Maintaining a suitable pressure in the back pressure chamber accordingly, so that the tool part against it remains in place.
  • This embodiment with a movable jaw part is particularly advantageous in an internal high-pressure forming device, in which the clamping jaws via a bayonet ring can be brought into the clamping system against the tool, one being a Tool holder for the bayonet ring and a counter bearing forms. Due to the possibility of compensation via the jaws with the back pressure chamber Above all, defuse the strength requirements for the locking parts the bayonet lock, which therefore need to be less solid.
  • the back pressure chamber is including a pressure connection channel, provided with a sealing lining, which, in particular, through a plastic membrane that fills the counter-pressure chamber like a balloon can be formed.
  • a sealing liner is mainly used for the embodiment mentioned with a pressure piston-like jaw part is advantageous, because then the pressure piston is not particularly sealed in its guidance needs.
  • the drawing shows a hydroforming device in a sectional view.
  • a pot-shaped tool holder 1 with a bottom wall 2 and a vertical cylinder wall 3 drawn.
  • the bottom wall 2 is one over one Large part of the wall surface extending opening 4 is provided.
  • the cylinder wall 3 opposite openings 5 and 6 are formed.
  • a clamping jaw 7 is on the other hand rotatable via a hydraulic cylinder 8 Bayonet ring 9 in engagement.
  • a clamping jaw counter plate 10 is arranged opposite the clamping jaw 7, which rests on a shoulder formed by the remaining part of the base plate 2.
  • a mold is between the clamping jaw 7 and the clamping counter plate 10 arranged with an upper part 11 and a lower part 12.
  • a workpiece 13 formed by reshaping a tube.
  • the clamping jaw 7 has an upper part 14 with an annular recess into which one of the Bayonet ring engages inwardly projecting ring web 15. Below the ring web 14 is the jaws 7 slightly expanded in diameter.
  • the reference numeral 16 denotes a lower part of the clamping jaw 7, which one in the type of a pressure piston in a recess in the upper part 14 of the jaw 7 has guided upper section and with an annular shoulder 18 against the bottom of the Upper jaw part 14 can be applied.
  • the ring shoulder 18 bears against the underside of the upper jaw part 14 remains through the upper jaw part 14 and the Lower jaw part 16 formed back pressure chamber 17, which via a connecting channel 19 can be acted upon by fluid pressure.
  • the back pressure chamber 17 and the connecting channel 19 are lined with a sealing plastic membrane 20.
  • the bayonet ring 9 engages with locking teeth 21 arranged on its circumference in a Ring recess 22 in the cylinder wall 3, the locking teeth in a rotational position reach behind corresponding locking teeth 23 on the cylinder wall 3.
  • the bayonet ring can be lifted upwards with the clamping jaw 7 are, the locking teeth 21 of the bayonet ring 9 between the locking teeth 23rd be passed through on the cylinder wall 3.
  • the bayonet ring 9 with the clamping jaw 7 first lowered, the locking teeth 21 of the bayonet ring 9 between the locking teeth 23 on the upper edge of the cylinder wall 3 of the tool holder 1.
  • the bayonet ring is then rotated, the Teeth 21 of the bayonet ring 9 engage behind the locking teeth 23 on the cylinder wall 3.
  • the fluid pressure supply lines 26 and 27 in the manner shown in the figure via sealing means, not shown, to the tubular Workpiece 13 attached and a fluid, in the present case water, under pressure in introduced the workpiece.
  • a fluid in the present case water
  • fluid is injected into the back pressure chamber at the same pressure 17 let in.
  • the tubular workpiece deforms and increasingly creates the mold walls of the tool parts 11 and 12, which in particular in the vertical Direction between the jaws 7 and the upper tool part 11 or the jaw counter plate 10 and the lower tool part 12 effective pressing force is increased.
  • the tool holder 1 with the jaw counter plate 10 and the clamping jaw 7 formed clamping device, in particular in the region of the bayonet ring 9 is counteracted in that the prevailing in the back pressure chamber 17 Back pressure moves the lower jaw part 18 downwards to compensate, which thus holds the workpiece parts in place while keeping the height of the mold cavity constant Job holds.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Innenhochdruckumformvorrichtung mit einem mehrteiligen Formwerkzeug und einer die Teile des Formwerkzeugs gegen die Umformbeaufschlagung zusammenhaltenden Spanneinrichtung.
Beim Innenhochdruckumformen sind an die Festigkeit der Einspannung der Formwerkzeugteile sowie des Formwerkzeuges selbst hohe Anforderungen zu stellen. Vor allem in der Endphase der Herstellung eines Formteils, in der das Formteilwerkstück weitgehend gegen die Formungswände des Werkzeugformhohlraums anliegt, überträgt sich der zur vollständigen Ausformung des Werkstücks erforderliche sehr hohe Arbeitsdruck auf Werkzeug und Spanneinrichtung. Trotz dieser hoher Beanspruchung sollte es dabei jedoch zu keiner, die Maßhaltigkeit des Formteils beeinträchtigenden Deformationen des Formhohlraums kommen, indem z.B. Werkzeugteile des Formwerkzeugs zusammenhaltende Spannbacken unter Aufweitung des Formhohlraums nachgeben. Entsprechend stabil sind Werkzeuge und Spanneinrichtungen solcher Innenhochdruckumformvorrichtungen auszulegen.
Aus der DE-A-4 432 692 ist eine gattungsbildende Innenhochdruckumformvorrichtung mit einer topfartigen Spannvorrichtung beschrieben. Ein Umformwerkzeug wird durch den Topf und einen darauf aufgesetzten, gegen den Topf und das Umformwerkzeug verspannbaren Deckel zusammen-gehalten. Zum Heben und Senken des Deckels steht ein Hubzylinder zur Verfügung.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue Umformvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die insbesondere in Bezug auf den zur Sicherung der Formstabilität des Formhohlraums erforderlichen Aufwand verbessert ist.
Die diese Aufgabe lösende Umformvorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung oder/und das Formwerkzeug mindestens eine, Deformationen des Formhohlraums beim Umformen wenigstens teilweise kompensierende Gegenspanneinrichtung aufweist.
Entsprechend dieser Erfindungslösung nimmt man eine gewisse Verformung von Spanneinrichtung oder/und Werkzeug in Kauf, erzeugt aber durch Spannkraftbeaufschlagung über eine oder auch mehrere in der Spannvorrichtung oder/und dem Werkzeug vorgesehener Gegenspanneinrichtungen für ausgleichende Verformungen, so daß der Formhohlraum weitgehend seine Gestalt beibehält. Bei gleichbleibender Fertigungsgenauigkeit können Spann- und Werkzeugteile dementsprechend weniger stabil mit geringerem Aufwand an Material hergestellt werden. Vorteilhaft verringern sich damit auch Masse und Gewicht der Umformvorrichtung insgesamt.
Während mechanische, z.B. Keile aufweisende, Gegenspanneinrichtungen verwendbar sind, umfaßt in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Gegenspanneinrichtung eine Gegendruckkammer.
Die Gegendruckkammer kann mit dem Arbeitsdruck beaufschlagt werden, wobei vorteilhaft eine zur Druckbeaufschlagung des Werkstücks verwendete Einrichtung auch für die Gegendruckkammer mitgenutzt werden kann.
Andererseits könnte jedoch für die Druckbeaufschlagung der Gegendruckkammer eine zusätzliche Einrichtung vorgesehen sein, die es ermöglicht, in der Gegendruckkammer einen ober- oder unterhalb des Arbeitsdrucks gelegenen Gegendruck zu erzeugen, der z.B. in Abhängigkeit von der jeweiligen Gestaltung des Werkzeugs bzw. herzustellenden Formteils im Hinblick auf eine optimale Kompensation von Formhohlraumverformungen eingestellt werden könnte.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Gegendruckkammer in einem gegen das Formwerkzeug anliegenden Spannbacken vorgesehen, wobei z.B. zwischen der Gegendruckkammer und dem Werkzeug eine verhältnismäßig dünne Spannbackenwandung vorgesehen sein kann, welche sich unter dem Einfluß des Gegendrucks gegen das Werkzeug wölbt und so einem Nachgeben des Spannbackens oder/und Werkzeugs entgegenwirkt.
Alternativ könnte auf einer dem Werkzeug abgewandten Spannbackenseite ein Kurzhubzylinder, in dem die Gegendruckkammer gebildet ist, am Spannbacken angreifen.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Spannbacken gegen das Formwerkzeug mit einem durch die Druckbeaufschlagung der Gegendruckkammer gegen den übrigen Spannbacken beweglichen Teil des Spannbackens an, wobei dieser bewegliche Teil insbesondere in der Art eines in dem Spannbacken geführten Druckkolbens ausgebildet ist. Gibt der Spannbacken unter dem Einfluß der Umformungsbeaufschlagung eines Werkstücks nach, so verschiebt sich der Spannbackenkolben bei Aufrechterhaltung eines geeigneten Drucks in der Gegendruckkammer entsprechend, so daß der dagegen anliegende Werkzeugteil an Ort und Stelle verbleibt.
Diese Ausführungsform mit einem beweglichen Spannbackenteil ist besonders vorteilhaft in einer Innenhochdruckumformvorrichtung, in welcher der Spannbacken über einen Bajonettring in Spannanlage gegen das Werkzeug gebracht werden kann, wobei eine einen Gegenspannbacken umfassende Werkzeughalterung für den Bajonettring ein Gegenlager bildet. Durch die Kompensationsmöglichkeit über den Spannbacken mit der Gegendruckkammer entschärfen sich vor allem die Festigkeitsanforderungen an die Verriegelungsteile des Bajonettverschlusses, die somit weniger massiv ausgebildet zu sein brauchen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Gegendruckkammer, einschließlich eines Druckverbindungskanals, mit einer abdichtenden Auskleidung versehen, die insbesondere durch eine die Gegendruckkammer ballonartig ausfüllende Kunststoffmembran gebildet sein kann. Eine solche flexible Abdichtungsauskleidung ist vor allem bei der genannten Ausführungsform mit einem druckkolbenartigen Spannbackenteil von Vorteil, weil dann der Druckkolben in seiner Führung nicht besonders abgedichtet zu sein braucht.
Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels und der beiliegenden, sich auf dieses Ausführungsbeispiel beziehenden Zeichnung beschrieben werden.
Die Zeichnung zeigt eine Innenhochdruckumformeinrichtung in einer Schnittdarstellung.
In der Figur ist eine topfartig ausgebildete Werkzeughalterung 1 mit einer Bodenwand 2 und einer vertikalen Zylinderwand 3 gezeichnet. In der Bodenwand 2 ist ein sich über einen großen Teil der Wandfläche erstreckender Durchbruch 4 vorgesehen. In der Zylinderwand 3 sind einander gegenüberliegende Durchbrüche 5 und 6 gebildet.
Ein Spannbacken 7 steht mit einem dagegen über einen Hydraulikzylinder 8 drehbaren Bajonettring 9 im Eingriff.
Dem Spannbacken 7 gegenüberliegend ist eine Spannbackengegenplatte 10 angeordnet, die auf einer durch den verbliebenen Teil der Bodenplatte 2 gebildeten Schulter aufliegt.
Zwischen dem Spannbacken 7 und der Spannbackengegenplatte 10 ist ein Formwerkzeug mit einem Oberteil 11 und einem Unterteil 12 angeordnet. In dem zweiteiligen Formteilwerkzeug befindet sich ein durch Umformung eines Rohres gebildetes Werkstück 13.
Der Spannbacken 7 weist ein Oberteil 14 mit einer Ringausnehmung auf, in die ein von dem Bajonettring nach innen vorstehender Ringsteg 15 eingreift. Unterhalb des Ringstegs 14 ist der Spannbacken 7 im Durchmesser etwas aufgeweitet. Mit dem Bezugszeichen 16 ist ein unterer Teil des Spannbackens 7 bezeichnet, der einen in der Art eines Druckkolbens in einer Ausnehmung in dem oberen Teil 14 des Spannbackens 7 geführten oberen Abschnitt aufweist und mit einer Ringschulter 18 gegen die Unterseite des Spannbackenoberteils 14 anlegbar ist. Bei Anlage der Ringschulter 18 gegen die Unterseite des Spannbackenoberteils 14 verbleibt eine durch das Spannbackenoberteil 14 und das Spannbackenunterteil 16 gebildete Gegendruckkammer 17, die über einen Verbindungskanal 19 durch Fluiddruck beaufschlagbar ist. Die Gegendruckkammer 17 und der Verbindungskanal 19 sind durch eine abdichtende Kunststoffmembran 20 ausgekleidet.
Der Bajonettring 9 greift mit auf seinem Umfang angeordneten Verschlußzähnen 21 in eine Ringausnehmung 22 in der Zylinderwand 3 ein, wobei die Verschlußzähne in einer Drehstellung entsprechende Verschlußzähne 23 an der Zylinderwand 3 hintergreifen. In einer anderen Drehstellung kann der Bajonettring mit dem Spannbacken 7 nach oben abgehoben werden, wobei die Verschlußzähne 21 des Bajonettrings 9 zwischen den Verschlußzähnen 23 an der Zylinderwand 3 hindurchgeführt werden.
Mit den Bezugszahlen 24 und 25 sind bewegbare Halterungen für an das Werkstück 13 anlegbare Druckfluidzuführungsleitungen 26 und 27 bezeichnet.
Die Bewegung des Spannbackenunterteils 16 nach unten begrenzende Gegenanschläge sind in der Figur nicht gezeigt.
Im folgenden wird die Funktionsweise der vorangehend beschriebenen Vorrichtung erläutert.
In einem Zustand, in welchem der Bajonettverschluß mit dem Spannbacken 7 von dem topfartigen Werkzeughalter 1 abgehoben ist, wird eine für den gegebenen Anwendungsfall geeignete Spannbackengegenplatte 10 auf den Boden 2 des Werkzeugshalters 1 aufgelegt. Danach werden der untere Teil 12 des Werkzeugs, das Werkstück 13 und der obere Teil 11 des Werkzeugs eingesetzt.
Zur Verspannung der Werkzeugteile 11 und 12 wird der Bajonettring 9 mit dem Spannbacken 7 zunächst abgesenkt, wobei die Verschlußzähne 21 des Bajonettrings 9 zwischen den Verschlußzähnen 23 an dem oberen Rand der Zylinderwand 3 des Werkzeugshalters 1 hindurchtreten. Mit Hilfe des Hydraulikzylinders 8 wird dann der Bajonettring verdreht, wobei die Zähne 21 des Bajonettrings 9 die Verschlußzähne 23 an der Zylinderwand 3 hintergreifen. Durch geeignete Abschrägung der Zähne wird dabei ein Preßdruck des Spannbackens 7 gegen den oberen Werkzeugteil 11 und ein entsprechender Preßgegendruck über den Werkzeughalter 1 und die Spannbackengegenplatte 10 auf den Werkzeugunterteil 12 übertragen.
Zum Umformen des Werkstücks werden nun die Fluiddruckzuführungsleitungen 26 und 27 in der in der Figur gezeigten Weise über nicht gezeigte Dichtungseinrichtungen an das rohrförmige Werkstück 13 angesetzt und ein Fluid, im vorliegenden Fall Wasser, unter Druck in das Werkstück eingebracht. Gleichzeitig wird Fluid unter gleichem Druck in die Gegendruckkammer 17 eingelassen.
Unter dem Fluiddruck verformt sich das rohrförmige Werkstück und legt sich zunehmend an die Formwände der Werkzeugteile 11 und 12 an, wodurch die insbesondere in vertikaler Richtung zwischen den Spannbacken 7 und dem oberen Werkzeugteil 11 bzw. der Spannbackengegenplatte 10 und dem unteren Werkzeugteil 12 wirksame Preßkraft erhöht wird. Einem Nachgeben der durch den Werkzeughalter 1 mit der Spannbackengegenplatte 10 und den Spannbacken 7 gebildeten Spannvorrichtung, insbesondere im Bereich des Bajonettrings 9, wird dadurch entgegengewirkt, daß der in der Gegendruckkammer 17 herrschende Gegendruck den Spannbackenunterteil 18 zum Ausgleich nach unten verschiebt, der so die Werkstückteile unter Konstanthaltung der Höhe des Formhohlraums an Ort und Stelle hält.

Claims (12)

  1. Innenhochdruckumformvorrichtung mit einem mehrteiligen Formwerkzeug und einer die Teile (11,12) des Formwerkzeugs gegen die Umformbeaufschlagung zusammenhaltenden Spanneinrichtung (1,7,9,10),
    dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung oder/und das Formwerkzeug mindestens eine, Deformationen des Formhohlraums beim Umformen wenigstens teilweise kompensierende Gegenspanneinrichtung (16-20) aufweist.
  2. Innenhochdruckumformvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenspanneinrichtung eine Gegendruckkammer (17) umfaßt.
  3. Innenhochdruckumformvorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Gegendruckkammer (17) zur Beaufschlagung mit dem Arbeitsdruck (Pi) der Umformvorrichtung vorgesehen ist.
  4. Innenhochdruckumformvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß für die Gegendruckkammer eine von der Arbeitsdruckerzeugung unabhängige Druckbeaufschlagungseinrichtung zur Druckbeaufschlagung mit insbesondere einstellbarem Druck vorgesehen ist.
  5. Innenhochdruckumformvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Gegendruckkammer (17) in einem gegen das Formwerkzeug (11,12) anliegenden Spannbacken (7) vorgesehen ist.
  6. Innenhochdruckumformvorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Spannbacken (7) gegen das Formwerkzeug (11,12) mit einem durch die Druckbeaufschlagung der Gegendruckkammer (17) gegen den übrigen Spannbacken beweglichen Teil (18) des Spannbackens anliegt.
  7. Innenhochdruckumformvorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Teil (18) des Spannbackens einen in der Art eines in dem Spannbacken geführten Druckzylinders gebildeten Abschnitt aufweist.
  8. Innenhochdruckumformvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Spannbacken (7) über einen Bajonettring (9) gegen das Werkzeug (11,12) anpreßbar ist, wobei eine einen Gegenspannbacken (10) aufnehmende Formwerkzeughalterung (1) für den Bajonettring ein Gegenlager bildet.
  9. Innenhochdruckumformvorrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeughalterung (1) topfartig, insbesondere mit einem gegen den Topfboden (2) anlegbaren Gegenspannbacken (10) ausgebildet ist.
  10. Innenhochdruckumformvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Gegendruckkammer (17), insbesondere einschließlich eines Druckverbindungskanals (19), mit einer abdichtenden Auskleidung (20) versehen ist.
  11. Innenhochdruckumformvorrichtung nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung durch eine die Gegendruckkammer (17) ballonartig ausfüllende Kunststoffmembran (20) gebildet ist.
  12. Innenhochdruckumformvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, daß die oder/und eine weitere Gegendruckkammer in einem auf einen Spannbacken einwirkenden Kurzhubzylinder gebildet ist.
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