EP1005930B1 - Verfahren und Vorrichtung zum hydraulischen Umformen von Werkstücken - Google Patents

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EP1005930B1
EP1005930B1 EP99123764A EP99123764A EP1005930B1 EP 1005930 B1 EP1005930 B1 EP 1005930B1 EP 99123764 A EP99123764 A EP 99123764A EP 99123764 A EP99123764 A EP 99123764A EP 1005930 B1 EP1005930 B1 EP 1005930B1
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EP
European Patent Office
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pressure
mould
workpiece
spacer ring
casing
Prior art date
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Application number
EP99123764A
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English (en)
French (fr)
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EP1005930A1 (de
Inventor
Lonka Bürgel
Frank Schieck
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KUKA Systems GmbH
Original Assignee
KUKA Werkzeugbau Schwarzenberg GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by KUKA Werkzeugbau Schwarzenberg GmbH filed Critical KUKA Werkzeugbau Schwarzenberg GmbH
Publication of EP1005930A1 publication Critical patent/EP1005930A1/de
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    • 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
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    • B21D26/021—Deforming sheet bodies
    • B21D26/031—Mould construction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49805—Shaping by direct application of fluent pressure

Definitions

  • the invention relates at least to a method for forming a workpiece under high pressure liquid after Preamble of claim 1 and a device for forming at least one workpiece under high pressure liquid by means of a forming tool according to the preamble of claim 3.
  • DE 44 17 460 A1 shows a method for producing Sheet metal parts by loading sheet metal semi-finished products with a print medium.
  • the additional material requirement the deformation is not caused by weakening the material in this area but by flowing from another Area, i.e. plastic stretching of the material in the frame area were made.
  • the deformed workpiece in the outermost area still to be clamped so that the material requirement in the forming area just by reflow and not by moving material areas.
  • this requires a weakening of the material over the Afterflow area.
  • US 2 728 317 shows a device for hydraulic Forming with a pressure housing surrounding the mold.
  • the invention has for its object, while avoiding of the above-mentioned disadvantages a device for forming creating workpieces such as sheet metal blanks in particular, by means of which an optimal forming of a workpiece is possible.
  • the stated object is achieved using a method of the type mentioned at the beginning by the characteristic of Claim 1 solved.
  • the solution according to the invention ensures that initially when pressurized on one side of a workpiece (or between two workpieces) the required Flow of the workpieces is ensured on the other hand in the final shaping (calibration) the workpieces on the edge exposed and no longer have to be held, ' so that the complete workpiece shape the calibration process can be subjected. Because consciously to a maximum high-pressure tightness in the clamping area of the tools is waived, the tightness is replaced by a pressure-tight encapsulation of the tool, in particular by one that is separate from the forming tool and completely encloses it Pressure housing reached.
  • the Closing force of the tool is adjustable.
  • the closing force the forming tool can be set in this way become; that they are slightly below the opening force of the for final forming or calibration of the respective workpieces required calibration pressure. So that a controlled
  • the invention provides in further refinements before that drive device for moving tool parts and housing parts are separate facilities and that a small vertical play with the tool closed, including also spacer rings and plates as well Workpieces within the pressure housing is given and that the drive device (pressing device) for the housing a greater closing force has, as the drive device for the tool, so that the workpieces in the edge area through Tool can be clamped with a closing force that acts below the closing force with which the housing parts be kept closed.
  • both workpieces initially with an intermediate layer of a spacer clamped at the edge are.
  • the device provides that a part (lower part) of the Pressure housing on the inside a circumferential recess has and that another part (upper part) of the pressure housing a projection engaging in the recess has limited strength. This creates a high pressure seal created.
  • the lead is under on him liquid high pressure acting within the pressure housing radially outwards against the wall or shoulder the recess on the other part of the pressure housing, which means that the internal pressure increases Tightness is increased.
  • a low pressure seal can be provided. This is done by facing a seal between each other End faces of the parts of the pressure housing reached.
  • a low pressure seal can come in different Be trained. Either such that the seal is a seal made of solid, elastic material or that the seal is a fillable with pressure medium Hose seal is.
  • a further preferred embodiment of the invention provides before that between the upper and lower part of the forming tool a spacer ring is arranged so that a workpiece between part of the tool and the spacer ring can be clamped and possibly another workpiece between the spacer ring and the other part of the tool can be clamped is.
  • a spacer ring that the workpieces are also clamped in their tools
  • Edge areas mechanically in a desired manner can be deformed and, if two at the same time Workpieces are not deformed in their edge areas are deformed in the same or complementary manner have to.
  • the top and bottom of the spacer ring at least sometimes not parallel to each other and / or is not even.
  • the Spacer ring has a filling inlet. This will achieved that not between immediately one another lying sheet metal blanks an inlet for the hydraulic fluid in the space between the sheet metal blanks must be provided, the sheet metal blanks in this Inlet area in a shape not corresponding to its final shape but due to the need for admission Are shaped. With an inlet immediately between the edges of sheet metal blanks - as is the case with the Technology is the case - arise here, too Leakage problems. These disadvantages are compounded by the essentially radially or laterally through the spacer ring guided entry avoided.
  • the inlet can either with the interior of the pressure housing surrounding the forming tool communicate directly or else it can be provided that the filling inlet of the spacer ring with a filling passage of the pressure housing when closed Pressure housing and tool are aligned, in particular through a tight connection between the inlet of the Spacer ring and passage of the pressure housing Is marked.
  • the connection between Passage in the pressure housing and inlet in the spacer ring The socket is preferably fixed to the Spacer ring connected or integrally formed on this and engages with her the passage of the housing End, which is preferably formed as a circumferential collar is in an annular groove of the housing by two semicircular ring grooves in the upper and lower part of the Interfaces of the two parts can be formed.
  • a further preferred embodiment of the invention provides an extending, closable emptying outlet in front (through the wall of the pressure housing). Furthermore can the tool with spacer plates in between Pressure housing can be arranged.
  • the inventive device 1 for hydraulic Forming sheet metal blanks using High pressure has a pressure housing 2 consisting of a lower housing part 3 and an upper housing part 4 on. Between lower and upper housing parts 3 and 4 is a low pressure seal 6 made of one circumferentially closed sealing ring or a Sealing hose arranged which is suitable in two Trained grooves 7,7a of the lower and lower tool Upper part 3.4 is inserted. When training the Low-pressure seal 6 can be used as a sealing hose pressurized fluid inside.
  • a high pressure seal is formed, because when the high pressure is applied to the inside of the Housing 2 facing wall portion 9a of the projection 9 this against the inner paragraph 8 limiting Vertical wall of the lower housing part 3 is pressed tightly.
  • the upper housing part 4 has bushings 11 for Push pin on (Figure 1) or quick fill inlets for the pressure housing. Furthermore, it points a hydraulic fluid inlet 13 ( Figures 2.5) and one or more pressure relief outlets 12 ( Figure 1).
  • the former is by two corresponding ones semicircular grooves in each other closed end faces of housing lower and Upper part 3.4 created and forms when closed Housing a tubular passage.
  • the inside of the pressure housing 2 can through this also against extremely high pressure be reliably sealed.
  • the actual molding tool 21 for Forming sheet metal blanks 22,23 being in the Figure 1 by the compared to the sheet metal blank 22nd increased thickness of the sheet metal blank 23 and the Paragraphs in the marginal areas indicated is that the sheet metal blank 23 is a multilayer or sandwich sheet is concerned, the individual layers are at least partially welded can.
  • the tool 21 consists of a lower tool part 24 with a die formation 24a and one Tool upper part 26 with a die formation 26a, the form of the matrix in each case the shape of the device according to the invention High pressure forming sheet metal blanks determine.
  • the upper part of the housing spacer elements such as the spacer element 29 in the form of flat metal cuboids be arranged.
  • spacers can also be used on the bottom of the lower housing part 3 lie between this and the tool part 24.
  • the upper tool part 26 is via pressure bolts 31, through the openings 11 of the upper housing part 4 protrude through with a first press device (not shown) connected.
  • the upper part of the tool 4 is with a second press device (also not shown) connected, the higher one Can apply pressure than that the tool 21st press acting.
  • the Spacer ring 27 with a filling passage 32 as Filling ring formed ( Figure 5).
  • the inlet 32 in Spacer ring 27 is aligned with the passage 13 in Housing 2 and is with this via a socket 33rd connected so that the cavity between the sheets 24.26 directly with the hydraulic pressure filling device (not shown) is connected and not across the side gap 34 between Tool 21 and housing 2 - to flow the Sheet metal blanks 22, 23 in the edge clamping area to enable - this according to the invention not be clamped so much that a pressure-tight Closure of the interior of the tool outer, the space 34, can be effected a controlled in the illustrated embodiment Pressure difference between the high pressure interior, limited by sheet metal blanks to be deformed and spacer ring and the intermediate space 34, are shown, the pressure outlet 12th checked for example by means of a valve becomes.
  • passage can also 13 and inlet 32 only in the intermediate space 34 lead.
  • the device have or do not have an outlet 12 locked during operation of the device his.
  • the sheet metal blanks are formed according to the invention in the following way:
  • the housing 2 of the invention Device 1 in an open State as it can be seen in Figures 3 and 6 is.
  • the lower sheet metal blank 22 inserted.
  • the spacer ring 27 which is at a vertical distance from the Lower tool part 24 is located and is against Tool 24 driven.
  • the upper sheet metal blank 23 inserted.
  • the tool 21 is then closed by the tool upper part 26 is moved down. This is done if necessary - in the embodiment shown not level and not perpendicular to the closing direction End faces of tools and spacer ring - A mechanical free forming of the sheet metal blanks according to the contours of the tool parts and the spacer ring.
  • the tool 21 is filled, more precisely the space between sheet metal blanks 22,23 and spacer ring 27 with the working medium (Pressure fluid). Even the tubular low pressure seal is pressurized, so that it fulfills its function.
  • the working medium Pressure fluid
  • the hold-down force acts on the drawing flanges the sheet metal blanks 22.23 regardless of the Closing force of the housing 2 and is less than this.
  • the pressure builds up in the forming area the sheet metal blanks 22, 23 after the overcoming the yield point begins the forming process and as long as the sheet metal blanks 22, 23 still have none Have contact with the drawing dies 24a, 26a there is even stress distribution in the sheet on.
  • the material flow may also be separated adjustable between both sheet metal cuts, in which he controlled via hold-down forces can be, on the other hand pull beads and / or Barrier edges, possibly also locally, may be provided can, depending on the geometry of the sheet metal part are trainable.
  • the gap is filled in a controlled manner 34 being initially - with the pressure build-up in Inside of the tool - also a separate filling of the gap 34 possible in the initial stage is. Since, as I said, the hold-down force of the Tool 21 is always less than the sealing force of the housing 2, can also be used to a small extent Working medium over the contact surfaces of the sheet metal blanks 22,23 get into the space 34, what by the lubricating effect of the hydraulic fluid the flow of the material of the sheet metal blanks favored.
  • the hold-down force is in the end area of the pressure build-up of the tool 21 no longer via the plunger 31 of the press device acting on it causes: With the increased pressure build-up and if the sheet metal blanks on the die formations 24, 26, the tool parts 24, 26 due to the high internal pressure against the housing parts 3, 4 pressed so that the final or calibration pressure the maximum locking force of the device corresponds to which of the housing 1 on the in shown execution area on the spacer plate 29 is transferred to the tool 21.
  • the tool parts 24, 26, albeit minimally, apart from each other, so that they in the sheet metal blanks 22, 23 not in their edge regions hold on more. But at this point, it is Post-flow process completed.
  • another Extension level of the device can be adjusted by appropriate Dimensioning of housing, spacer plates and Tool parts or by a vertical length compensation the lifting of the tool parts is reduced if the forming process requires it.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen mindestens eines Werkstücks unter Flüssigkeits-Hochdruck nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung zum Umformen mindestens eines Werkstücks unter Flüssigkeits-Hochdruck mittels eines Umformwerkzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
Das hydraulische oder Hochdruck-Umformen wurde an geschlossenen Werkstücken, wie Rohren, entwickelt. Es wurde auch schon vorgeschlagen, Blechzuschnitte durch eine umlaufende dichte Schweißnaht zu doppeln und durch Druckbeaufschlagung im Zwischenraum hydraulisch umzuformen. Wenn die Blechzuschnitte nicht gemeinsam verwendet werden sollen, so müssen sie nachträglich aufwendig wieder getrennt werden. Ein weiterer Nachteil ergibt sich durch das eingeschränkte Werkstofffließverhalten, bedingt durch die Schweißnaht und damit verbunden den nahezu gleichen Werkstofffluß für das obere und untere Werkstück, was wiederum die Auswahl von Teilepaarungen für Teile mit unterschiedlicher Geometrie bzw. auch die mögliche Teilekomplexität wesentlich eingeschränkt. Es wurde daher auch schon vorgeschlagen, gedoppelte Blechzuschnitte ohne feste (Schweiß-)Verbindung zu verformen, wobei die Dichtigkeit im Randbereich nicht durch eine Verschweißung, sondern durch Beaufschlagung der Randbereiche der beiden Blechzuschnitte durch ein kombiniertes Spann- und Umformwerkzeug bewirkt wird, auf DE 195 35 170 A1. Hierbei ergibt sich zunächst das Problem, daß bei einem zur erforderlichen Dichtigkeit hinreichend festen Einspannen das erforderliche Fließen, das gerade durch die fehlende Schweißverbindung ermöglicht werden soll, nicht in hinreichender Weise gegeben ist. Wird ein solches Fließen durch Reduzieren der Spannkraft ermöglicht, so wird hierdurch die Dichtigkeit zwischen den Randbereichen der Blechteile vermindert.
Die DE 44 17 460 A1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Blechformteilen durch die Beaufschlagung von Blechhalbzeugen mit einem Druckmedium. Bei diesem Verfahren soll das Material bei Bedarf in einem Zargenbereich nachfließen, also in einem Verformungsbereich der zusätzliche Materialbedarf die Verformung nicht durch Schwächung des Materials in diesem Bereichs sondern durch Nachfließen aus einem anderen Bereich, also plastische Streckung des Material im Zargenbereich erfolgten. Hierzu muss das verformte Werkstück im äußersten Bereich weiterhin eingespannt sein, damit der Materialbedarf im Umformungsbereich eben durch Nachfließen und nicht durch Verschieben von Materialbereichen erfolgt. Dies bedingt aber einer Schwächung der Materials über den Nachfließbereich hin.
Die US 2 728 317 zeigt eine Vorrichtung zum hydraulischen Umformen mit einem die Form umgebenden Druckgehäuse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der oben genannten Nachteile eine Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken wie insbesondere Blechzuschnitten zu schaffen, mittels derer eine optimale Umformung eines Werkstücks möglich ist.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.
Zur Lösung der genannten Aufgabe weist eine gattungsgemäße Vorrichtung die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 3 auf.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird erreicht, daß zunächst bei Druckbeaufschlagung auf einer Seite eines Werkstücks (oder zwischen zwei Werkstücken) das erforderliche Fließen der Werkstücke sichergestellt ist, daß andererseits bei der Endausformung (Kalibrierung) die Werkstücke randseitig freiliegen und nicht mehr festgehalten werden müssen,' so daß die komplette Werkstückform dem Kalibriervorgang unterzogen werden kann. Da bewußt auf eine maximale hochdrucksichere Dichtigkeit im Einspannbereich der Werkzeuge verzichtet wird, wird die Dichtigkeit durch eine druckdichte Einkapselung des Werkzeugs, insbesondere durch ein vom Umformwerkzeug getrenntes, dieses vollständig umschließendes Druckgehäuse erreicht.
In bevorzugter Ausgestaltung ist dabei vorgesehen, daß die Schließkraft des Werkzeugs einstellbar ist. Die Schließkraft des Umformwerkzeugs kann dabei derart eingestellt werden; daß sie geringfügig unterhalb der Öffnungskraft des zum Endumformen bzw. Kalibrieren der jeweiligen Werkstücke erforderlichen Kalibrierdrucks liegt. Damit ein gesteuertes
Freigeben der Einspannung möglich ist, sieht die Erfindung in weiteren Ausgestaltungen vor, daß Antriebseinrichtung zum Bewegen von Werkzeugteilen einerseits und Gehäuseteilen voneinander getrennte Einrichtungen sind und daß ein geringes vertikales Spiel bei geschlossenem Werkzeug, einschließlich ebenfalls Distanzringen-und -platten sowie Werkstücken innerhalb des Druckgehäuses gegeben ist und daß die Antriebseinrichtung (Presseinrichtung) für das Gehäuse eine größere Schließkraft aufweist, als die Antriebseinrichtung für das Werkzeug, so daß also die Werkstücke im Randbereich durch das Werkzeug mit einer Schließkraft eingespannt werden, die unterhalb der Schließkraft wirkt, mit der die Gehäuseteile geschlossen gehalten werden.
In weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß beide Werkstücke zunächst unter Zwischenlage eines Distanzelementes randseitig verspannt sind.
Eine äußerst bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß ein Teil (Unterteil) des Druckgehäuses an der Innenseite eine umlaufende Ausnehmung aufweist und daß ein anderes Teil (Oberteil) des Druckgehäuses einen in die Ausnehmung eingreifenden Vorsprung begrenzter Stärke aufweist. Hierdurch wird eine Hochdruckdichtung geschaffen. Der Vorsprung wird unter auf ihn einwirkenden Flüssigkeitshochdruck innerhalb des Druckgehäuses radial nach außen gegen die Wandung oder Schulter der Ausnehmung am anderen Teil des Druckgehäuses gedrückt, wodurch gerade bei sich verstärkendem Innendruck die Dichtigkeit erhöht wird.
Zusätzlich kann eine Niederdruckdichtung vorgesehen sein. Dies wird durch eine Dichtung zwischen einander zugewandten Stirnflächen der Teile des Druckgehäuses erreicht. In konkreter Ausgestaltung kann dabei vorgesehen sein, daß in einander zugewandten Stirnflächen der Teile des Druckgehäuses nun Nuten ausgebildet sind, in die die Dichtung eingreift. Die Niederdruckdichtung kann in verschiedene Weise ausgebildet sein. Entweder derart, daß die Dichtung eine Dichtung aus massivem, elastischem Material ist oder daß die Dichtung eine mit Druckmittel auffüllbare Schlauchdichtung ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß zwischen Ober- und Unterteil des Umformwerkzeugs ein Distanzring angeordnet ist, so daß ein Werkstück zwischen einem Teil des Werkzeugs und dem Distanzring einspannbar ist und ggf. ein weiteres Werkstück zwischen dem Distanzring und dem anderen Teil des Werkzeugs einspannbar ist. Durch einen solchen Distanzring wird erreicht, daß die Werkstücke auch in ihren werkzeugeingespannten Randbereichen in einer gewünschten Weise mechanisch verformt werden können und, soweit gleichzeitig zwei Werkstücke verformt werden, in ihren Randbereichen nicht in gleicher bzw. komplementärer Weise verformt werden müssen. Demgemäß ist in bevorzugter Weiterbildung vorgesehen, daß Ober- und Unterseite des Distanzringes zumindest teilweise nicht parallel zueinander verlaufen und/oder nicht eben ist. Desweiteren kann durch gezieltes Einbringen von Ziehsicken bzw. Absperrkanten zwischen Distanzring und den Werkzeugteilen der Werkstofffluß unterschiedlich zwischen oberem und unterem Werkstück gesteuert werden.
In weiterer Ausbildung kann vorgesehen sein, daß der Distanzring einen Einfülleinlaß aufweist. Hierdurch wird erreicht, daß nicht zwischen unmittelbar aufeinander liegenden Blechzuschnitten ein Einlaß für die Druckflüssigkeit in den Zwischenraum zwischen den Blechzuschnitten vorgesehen sein muß, wobei die Blechzuschnitte in diesem Einlaßbereich in einer nicht ihrer Endform entsprechenden, sondern durch die Notwendigkeit des Einlasses bedingten Weise geformt sind. Bei einem Einlaß unmittelbar zwischen den Rändern von Blechzuschnitten - wie es beim Stand der Technik der Fall ist - ergeben sich auch gerade hier Dichtigkeitsprobleme. Diese Nachteile werden durch den im wesentlichen radial oder seitlich durch den Distanzring geführten Einlaß vermieden. Der Einlaß kann dabei entweder mit dem das Umformwerkzeug umgebenden Innenraum des Druckgehäuses direkt in Verbindung stehen oder aber es kann vorgesehen sein, daß der Einfülleinlaß des Distanzringes mit einem Einfülldurchlaß des Druckgehäuses bei geschlossenem Druckgehäuse und Werkzeug fluchtet, wobei insbesondere durch eine dichte Verbindung zwischen Einlaß des Distanzringes und Durchlaß des Druckgehäuses herstellende Buchse gekennzeichnet ist. Die die Verbindung zwischen Durchlaß im Druckgehäuse und Einlaß im Distanzring herstellende Buchse ist dabei vorzugsweise fest mit dem Distanzring verbunden oder einstückig an diesem ausgebildet und greift mit ihrem den Durchlaß des Gehäuses zugewandten Ende, der vorzugsweise als umlaufender Bund ausgebildet ist, in eine Ringnut des Gehäuses, die durch zwei halbkreisförmige Ringnuten im Ober- und Unterteil an den Grenzflächen der beiden Teile gebildet sein kann.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht einen sich erstreckenden, verschließbaren Entleerauslaß vor (durch die Wandung des Druckgehäuses). Weiterhin kann das Werkzeug unter Zwischenlage von Distanzplatten im Druckgehäuse angeordnet sein.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung erheben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:
Figur 1
ein vertikalen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mit eingelegten Blechzuschnitten;
Figur 2
eine Aufsicht entsprechend II - II der Figur 1 auf die Unterteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 3
die erfindungsgemäße Vorrichtung in geöffnetem Zustand mit gestrichelt dargestellten Innenstrukturen;
Figur 4
eine Detaildarstellung der Hochdruckdichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 5
eine Detaildarstellung des Einlasses für die Druckflüssigkeit in das Umformwerkzeug der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 6
eine Explosionsdarstellung der wesentlichen Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum hydraulischen Umformen von Blechzuschnitten mittels Hochdruck weist ein Druckgehäuse 2 bestehend aus einem Gehäuseunterteil 3 und einem Gehäuseoberteil 4 auf. Zwischen Gehäuseunter- und Gehäuseoberteil 3 und 4 ist eine Niederdruckdichtung 6 aus einem umfangsmäßig geschlossenen Dichtring oder einem Dichtschlauch angeordnet, der in zwei geeignet ausgebildeten Nuten 7,7a von Werkzeugunter- und Oberteil 3,4 eingelegt ist. Bei der Ausbildung der Niederdruckdichtung 6 als Dichtschlauch kann dieser im Inneren mit einem Druckfluid beaufschlagt werden.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Gehäuseunterteil 3 am Innenumfang im Bereich des dem Gehäuseoberteil 4 zugewandten Stirnfläche einen umlaufenden Absatz 8 auf. Mit diesem korrespondiert ein an der Unterseite des Werkzeugoberteiles 4 im Bereich der Innenwandung desselben ausgebildeter nach unten ragender Vorsprung 9, der relativ zur Gesamtstärke der Gehäuseteile 3,4 lediglich eine sehr geringe Stärke d aufweist. Der aussenseitig des Vorsprungs 8 zwischen diesem und dem Gehäuseunterteil 3 in der Figur 4 sichtbare Spalt muss lediglich Toleranzbreite haben, so daß beim vertikalen Zusammenfahren der beiden Gehäuseteile der Vorsprung 9 nicht beschädigt wird. Durch Absatz und Vorsprung 9 wird eine Hochdruckdichtung gebildet, da bei Hochdruckbeaufschlagung des zum Inneren des Gehäuses 2 gerichteten Wandbereiches 9a des Vorsprungs 9 dieser gegen die Innenabsatz 8 begrenzende Vertikalwandung des Gehäuseunterteils 3 dichtend angedrückt wird.
Das Gehäuseoberteil 4 weist Durchführungen 11 für Druckbolzen auf (Figur 1) bzw. Schnellbefüllungseinlässe für das Druckgehäuse. Weiterhin weist es einen Druckflüssigkeitseinlass 13 (Figuren 2,5) auf und ein oder mehrere Druckentlastungsauslässe 12 (Figur 1). Ersterer ist durch zwei korrespondierende halbkreisförmige Nuten in den aufeinander zubewegten Stirnflächen von Gehäuseunter- und Oberteil 3,4 geschaffen und bildet bei geschlossenem Gehäuse einen rohrförmigen Durchlaß.
Das Innere des Druckgehäuses 2 kann durch dieses auch gegenüber äußerst hohem einwirkenden Druck zuverlässig abgedichtet werden. In diesem Inneren befindet sich das eigentliche Formwerkzeug 21 zum Umformen von Blechzuschnitten 22,23 wobei in der Figur 1 durch die gegenüber dem Blechzuschnitt 22 vergrößerte Stärke des Blechzuschnittes 23 und die Absätze in den Randbereichen desselben angedeutet ist, daß es sich beim Blechzuschnitt 23 um ein mehrlagiges oder SandwichBlech handelt, wobei die einzelnen Lagen zumindest partiell verschweißt sein können.
Das Werkzeug 21 besteht aus einem Werkzeugunterteil 24 mit einer Matrizenausbildung 24a und einem Werkzeugoberteil 26 mit einer Matrizenausbildung 26a, wobei die Matrizenausbildung jeweils die Form der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung unter Hochdruckumformung umgeformten Blechzuschnitte bestimmen.
Bei der dargestellten Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Formen zweier Blechzuschnitte findet sich zwischen diesen ein Distanzring 27.
Die an den Rändern der Blechzuschnitte 22,23 angreifenden Stirnseiten der Werkzeugteile 24 und 26 sowie der Distanzring 27 können grundsätzlich eben sein und sich ggf. senkrecht zu den einwirkenden Schließkräften (Pfeil D) erstrecken. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist ersichtlich, daß die fraglichen Stirnseiten aber zum einen nicht senkrecht zu den einwirkenden mechanischen Kräften entsprechend dem Pfeil D ausgerichtet sein müssen, sondern hierzu eine Neigung aufweisen können und darüberhinaus selbst nicht eben ausgestaltet sein müssen, sondern gekrümmt ausgebildet sein können, so daß auch die zwischen den Werkzeugteilen 23,24 - und im dargestellten Ausführungsbeispiel im Distanzring 27 erhaltenen Randbereiche der Blechzuschnitte 22, 23 in beliebiger Weise geformt werden können.
Auf der Oberseite des Werkzeugteils 26 können zwischen diesem und der horizontalen Innenwandung des Gehäuseoberteils Distanzelemente wie das Distanzelement 29 in Form von flachen Metallquadern angeordnet sein. Grundsätzlich können auch Distanzelemente auf dem Boden des Gehäuseunterteils 3 zwischen diesem und dem Werkzeugteil 24 einliegen.
Das Werkzeugoberteil 26 ist über Druckbolzen 31, die durch die Öffnungen 11 des Gehäuseoberteils 4 hindurchragen, mit einer ersten Presseneinrichtung (nicht dargestellt) verbunden. Das Werkzeugoberteil 4 ist mit einer zweiten Presseneinrichtung (ebenfalls nicht dargestellt) verbunden, die eine höhere Druckkraft aufbringen kann, als die das Werkzeug 21 beaufschlagende Presse.
Zum Einbringen der Druck- oder Hydraulikflüssigkeit in das Innere des Werkzeugs 21 zwischen die beiden zu verformenden Blechzuschnitte 22,23 ist der Distanzring 27 mit einem Einfülldurchlass 32 als Befüllring ausgebildet (Figur 5). Der Einlaß 32 im Distanzring 27 fluchtet mit dem Durchlaß 13 im Gehäuse 2 und ist mit diesem über eine Buchse 33 verbunden, so daß der Hohlraum zwischen den Blechen 24,26 direkt mit der Hydraulikdruck-Befülleinrichtung (nicht dargestellt) verbunden ist und nicht über den seitlichen Zwischenraum 34 zwischen Werkzeug 21 und Gehäuse 2 - um ein Fließen der Blechzuschnitte 22,23 im randseitigen Einspannbereich zu ermöglichen - diese erfindungsgemäß nicht so stark eingespannt werden, daß ein druckdichter Verschluß des Werkzeuginneren zu dessen äußeren, dem Zwischenraum 34, bewirkt wird, kann beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine kontrollierte Druckdifferenz zwischen dem Hochdruckinneren, begrenzt durch zu verformende Blechzuschnitte und Distanzring sowie dem Zwischenraum 34, dargestellt werden, der über den Druckauslaß 12 beispielsweise mittels eines Ventils kontrolliert wird.
In alternativer Ausgestaltung können auch Durchlaß 13 und Einlaß 32 lediglich in den Zwischenraum 34 münden. In einem solchen Falle wird die Vorrichtung keinen Auslaß 12 aufweisen oder ein solcher wird während des Arbeitens der Vorrichtung verschlossen sein. In diesem Falle herrschen im Zwischenraum und im Inneren zwischen den zu verformenden Blechzuschnitten im wesentlichen die gleichen Druckverhältnisse.
Das Umformen von Blechzuschnitten geschieht erfindungsgemäß in der folgenden Weise:
Zunächst befindet sich das Gehäuse 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einem geöffneten Zustand, wie er in den Figuren 3 und 6 entnehmbar ist. Zunächst wird der untere Blechzuschnitt 22 eingelegt. Anschließend wird der Distanzring 27, der sich hierbei mit einem vertikalen Abstand zum Werkzeugunterteil 24 befindet und wird gegen das Werkzeug 24 gefahren. Weiterhin wird dann ggf. der obere Blechzuschnitt 23 eingelegt. Das Werkzeug 21 wird dann geschlossen, indem das Werkzeugoberteil 26 nach unten verfahren wird. Hierbei erfolgt ggf. - bei der dargestellten Ausführungsform mit nicht ebenen und nicht zur Schließrichtung senkrechten Stirnseiten von Werkzeugen und Distanzring - ein mechanisches freies Umformen der Blechzuschnitte entsprechend der Konturen der Werkzeugteile und des Distanzringes.
Mit dem Schließen des Werkzeuges 21 oder unmittelbar im Anschluß hieran wird das Gehäuse 2 geschlossen.
Anschließend erfolgt das Befüllen des Werkzeugs 21, genauer des Zwischenraums zwischen Blechzuschnitten 22,23 und Distanzring 27 mit dem Arbeitsmedium (Druckflüssigkeit). Auch die schlauchförmige Niederdruckdichtung wird mit Druck beaufschlagt, so daß sie ihre Funktion erfüllt.
Die Niederhalterkraft wirkt auf die Ziehflansche der Blechzuschnitte 22,23 unabhängig von der Schließkraft des Gehäuses 2 und ist geringer als diese.
Im weiteren erfolgt der Druckaufbau im Umformbereich der Blechzuschnitte 22,23 nach der Überwindung der Streckgrenze beginnt der Umformvorgang und so lange die Blechzuschnitte 22,23 noch keinen Kontakt mit den Ziehmatrizen 24a,26a haben, stellt sich eine gleichmäßige Spannungsverteilung im Blech ein. Dabei ist der Werkstoffluss ggf. auch getrennt zwischen beiden Blechzuschnitten einstellbar, in dem er einerseits über Niederhalterkräfte gesteuert werden kann, andererseits auch Ziehsicken und/oder Absperrkanten, ggf. auch lokal, vorgesehen sein können, die je nach Geometrie des Blechformteils ausbildbar sind.
Über die Differenzdruckventile 30 im Distanzring 27 erfolgt eine kontrollierte Befüllung des Zwischenraums 34 wobei zunächst - mit dem Druckaufbau im Inneren des Werkzeugs - auch eine separate Befüllung des Zwischenraums 34 im Anfangstadium möglich ist. Da, wie gesagt, die Niederhaltekraft des Werkzeugs 21 immer kleiner ist als die Dichtkraft des Gehäuses 2, kann in geringem Umfange auch Arbeitsmedium über die Anlageflächen der Blechzuschnitte 22,23 in den Zwischenraum 34 gelangen, was durch den Schmiereffekt der Hydraulikflüssigkeit das Nachfließen des Werkstoffes der Blechzuschnitte begünstigt.
Durch den Druckaufbau im Zwischenraum 34 wird, wie weiter oben gesagt, die durch Absatz 28 und Vorsprung 29 gebildete Hochdruckdichtung zunehmend wirksamer, da derartig der elastische Vorsprung 9 stärker gegen die Dichtfläche 8a gedrückt wird, was so die Dichtwirkung mit dem anliegenden Innendruck erhöht. Hierdurch wird die Niederdruckdichtung 6 entlastet.
Im Endbereich des Druckaufbaus wird die Niederhaltekraft des Werkzeugs 21 nicht mehr über die Stößel 31 von der diese beaufschlagenden Presseneinrichtung bewirkt: Bei dem erhöhten Druckaufbau und wenn die Blechzuschnitte an dem Matrizenausformungen 24, 26 anliegen, werden vielmehr die Werkzeugteile 24, 26 aufgrund des hohen Innendruckes gegen die Gehäuseteile 3, 4 gedrückt, so daß der End- oder Kalibrierdruck der maximalen Zuhaltekraft der Vorrichtung entspricht, welche vom Gehäuse 1 über die im dargestellten Ausführungsbereich über die Distanzplatte 29 auf das Werkzeug 21 übertragen wird. Hierbei werden die Werkzeugteile 24,26, wenn auch minimalst, voneinander abgehoben, so daß sie in ihren Randbereichen die Blechzuschnitte 22,23 nicht mehr festhalten. Aber zu diesem Zeitpunkt ist der Nachfließvorgang abgeschlossen. In einer weiteren Ausbaustufe der Vorichtung kann durch entsprechende Dimensionierung von Gehäuse, Distanzplatten und Werkzeugteilen bzw. durch einen vertikalen Längenausgleich das Abheben der Werkzeugteile vermindert werden, falls es der Umformprozeß erfordert.
Nach dem so durchgeführten Kalibrieren erfolgt ein Druckabbau ggf. durch Öffnen von Ventilen. Die Dichtungen werden entlastet. Anschließend wird das Gehäuse 2 geöffnet, wobei eine Entleerung des Zwischenraums 34 von der Druckflüssigkeit erfolgt. Gleichzeitig oder anschließend wird das Werkzeug 21 geöffnet, wobei ebenfalls eine Entleerung des Umformbereiches bewirkt wird. Die beiden Blechteile können unter Verfahren oder Verschwenken des Distanzringes entfernt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zu einer erneuten Befüllung für weitere Umformvorgänge bereit.
Bezugszeichenliste
1
Vorrichtung
2
Druckgehäuse
3
Gehäuseunterteil
4
Gehäuseoberteil
5 6
Dichtung
7, 7a
Nuten
8
Absatz
9
Vorsprung
9a
Wandbereich
10 11
Durchführungen
12
Entleerauslaß
13
Einfülldurchlass
14 15 16 17 18 19 20 21
Formwerkzeug
22, 23
Blechzuschnitte
24
Werkzeugunterteil
24a
Ziehmatrizen
25 26
Werkzeugoberteil
26a
Ziehmatrizen
26a
Matrizenausbildung
27
Distanzring
28
Absatz
29
Distanzelement
30
Differenzdruckventile
31
Druckbolzen
32
Einfülldurchlaß
33
Buchse
34
Zwischenraum

Claims (19)

  1. Verfahren zum Umformen mindestens eines Werkstücks unter Flüssigkeits-Hochdruck mittels eines Umformwerkzeugs mit einem Werkzeug-Ober- und einem Werkzeug-Unterteil, wobei das Werkstück beim Druckaufbau zunächst randseitig eingespannt gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Endphase des Umformens zu der gewünschten Endform des Werkstücks (Kalibrieren) der Randbereich des Werkstücks freigegeben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwei Werkstücke gemeinsam mit Flüssigkeits-Hochdruck bei Aufschlag in entgegengesetzten Richtungen verformt werden, dadurch gekennzeichnet, dass beide Werkstücke zunächst unter Zwischenlage eines Distanzelementes randseitig verspannt sind.
  3. Vorrichtung zum Umformen mindestens eines Werkstücks unter Flüssigkeits-Hochdruck mittels eines Umformwerkzeugs mit einem Werkzeug-Ober- und einem Werkzeugunterteil, die das Werkstück in Randbereichen unter Zulassung eines Werkstoffflusses einspannen, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug (21) durch ein von diesem getrenntes Druckgehäuse (2) umgeben ist und dass ein Teil (Unterteil 3) des Drückgehäuses (2) an der Innenseite eine umlaufende Ausnehmung (8) aufweist und dass ein anderes Teil (Oberteil 4) des Drückgehäuses (2) einen in die Ausnehmung (8) eingreifenden Vorsprung (9) begrenzter Stärke aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Dichtung zwischen einander zugewandten. Stirnflächen der Teile (3,4) des Druckgehäuses (2).
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einander zugewandten Stirnflächen der Teile (3,4) des Druckgehäuses (2) Nuten (7,7a) ausgebildet sind, in die die Dichtung (6) eingreifen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) eine Dichtung aus massivem, elastischem Material ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (6) eine mit Druckmittel auffüllbare Schlauchdichtung ist.
  8. Vorrichtung zum Hochdruckumformen nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Ober- und Unterteil (24,26) des Umformwerkzeugs (21) ein Distanzring (27) angeordnet ist, so dass ein Werkstück zwischen einem Teil (24 oder 26) des Werkzeugs (21) und dem Distanzring (27) einspannbar ist, und ggf. ein weiteres Werkstück zwischen dem Distanzring (27) und dem anderen Teil (26 oder 24) des Werkzeugs (21) einspannbar ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Distanzring (27) einen Einfülleinlass (32) aufweist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfülleinlass (32) des Distanzringes (27) mit einem Einfülldurchlass (13) des Druckgehäuses bei geschlossenem Druckgehäuse (2) und Werkzeug (21) fluchtet.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine dichte Verbindung zwischen Einlass (32) des Distanzringes (27) und Durchlass (13) des Druckgehäuses (2) herstellende Buchse (33).
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Ober- und Unterseite des Distanzringes (27) zumindest teilweise nicht parallel zueinander verlaufen und/oder nicht eben sind.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 12, gekennzeichnet durch sich durch die Wandung des Druckgehäuses (2) erstreckenden, verschließbaren Entleerauslass (12), welches funktionell auch als zusätzliche Befülleinrichtung für das Druckgehäuse nutzbar ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (21) unter Zwischenlage von Distanzplatten (29) im Druckgehäuse (2) angeordnet ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Antriebseinrichtungen zum Bewegen von Werkzeugteilen (Werkzeugoberteil 26, ggf. Distanzplatte 29) einerseits und Gehäuseteilen (Gehäuseoberteil 4) voneinander getrennte Einrichtung'sind.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Antriebseinrichtungen für Werkzeugoberteil und Ziehsicken auf dem Distanzring auch beidseitig ein unterschiedlicher Werkstofffluss zwischen oberem und unterem Werkstück realisierbar ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (Presseinrichtung) für das Gehäuse (2) eine größere Schließkraft aufweist, als die Antriebseinrichtung für das Werkzeug (21).
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließkraft des Werkzeugs (21) einstellbar ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein geringes vertikales Spiel bei geschlossenem Werkzeug, einschließlich gegebenenfalls Distanzringen und -platten sowie Werkstücken innerhalb des Druckgehäuses (2) gegeben ist.
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