EP1107837A1 - Verfahren zum innenhochdruckumformen eines werkstückes - Google Patents

Verfahren zum innenhochdruckumformen eines werkstückes

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EP1107837A1
EP1107837A1 EP99932866A EP99932866A EP1107837A1 EP 1107837 A1 EP1107837 A1 EP 1107837A1 EP 99932866 A EP99932866 A EP 99932866A EP 99932866 A EP99932866 A EP 99932866A EP 1107837 A1 EP1107837 A1 EP 1107837A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
workpiece
vibration
forming
tool
internal high
Prior art date
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Granted
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EP99932866A
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English (en)
French (fr)
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EP1107837B1 (de
Inventor
Pierre Bonny
Matthias Schröder
Stefan Schwarz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daimler AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
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Application granted granted Critical
Publication of EP1107837B1 publication Critical patent/EP1107837B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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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
    • B21D26/033—Deforming tubular bodies
    • B21D26/047—Mould construction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/15—Making tubes of special shape; Making tube fittings
    • B21C37/28—Making tube fittings for connecting pipes, e.g. U-pieces
    • B21C37/29—Making branched pieces, e.g. T-pieces
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D26/033—Deforming tubular bodies
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    • 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
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S72/00—Metal deforming
    • Y10S72/71—Vibrating

Definitions

  • the invention relates to a method for hydroforming a workpiece according to the preamble of patent claim 1 and a device for carrying it out according to the preamble of patent claim 11.
  • a generic method or a generic device is known from DE 94 07 812.2 U1.
  • a hollow profile forming the workpiece is inserted into an internal high-pressure forming tool that is divided along the extent of the hollow profile, after which it is closed.
  • the hollow profile is then sealed at both ends by an axial ram.
  • the interior of the hollow profile is filled using the axial plunger.
  • the axial rams are fluidly connected to a pressure generator.
  • An internal high pressure is then applied within the hollow profile by means of the pressure generator, as a result of which the latter is expanded until it bears against the wall of the tool engraving.
  • the tool engraving has a branch which radially leads away from the hollow profile extension and into which the hollow profile material is displaced by the application of high internal pressure to form a neck.
  • the material attaches to the branch wall.
  • the widening process within the branch is stabilized by a counter slide which is displaceably guided in the branch and supports the necking in the end region.
  • an additional axial force which is applied by retracting the axial punch, film material pushed to the branch point, whereby the thinning of the material responsible for the bursting in the branch area is at least partially compensated.
  • the invention is based on the object of developing a generic method and a generic device in such a way that the process reliability in the internal high pressure forming of workpieces is improved.
  • Thinning of material in the Form region is thus counteracted, a more favorable material distribution for the forming, in particular a more uniform wall thickness distribution being achieved and / or the degree of deformation being increased.
  • a branch from the engraving ie when a neck is formed, this can mean an increase in the length of the pull.
  • the process limits can thus be expanded, for example with regard to the production of secondary shaped elements.
  • even narrower radii on the workpiece can be formed reliably without a crack occurring. All in all, the invention achieves an improved shaping of workpieces made of materials with low deformability. By partially decoupling the process parameters from the tribological conditions, higher process stability is achieved.
  • the amplitude and frequency of the vibration must be adjusted accordingly, taking into account the workpiece material and the degree of forming of the shape to be achieved, i.e. the geometry of the finished formed workpiece or other relevant process parameters.
  • the body vibration of the friction partners leads to a more even distribution of the lubricants when using lubricants on the surface of the workpiece, which leads to a further reduction in the friction. Due to the oscillating relative movement of the friction partners to one another and the activation of the introduced lubricant, static contact with simultaneous reduction of sliding friction is largely avoided, or the transition from static to sliding friction (stick-slip effect) is considerably reduced.
  • FIG. 2 shows a device in accordance with the invention in a lateral longitudinal section, with a vibration exciter which is coupled to the workpiece,
  • FIG. 4 shows a force-time diagram for the vibration-stimulating control of one of the friction partners with an average constant force curve.
  • the device 1 shows a device 1 for expanding internal high pressure forming of a workpiece 2, which in this exemplary embodiment is formed by a hollow profile, but can also consist of two superimposed boards for the purpose of expanding the boards.
  • the device 1 includes an réellehoch horru mold 3, which is divided into an upper tool 4 and a lower tool 5, which with their engravings 6 form the mold space 7 for the hollow profile 2 to be expanded.
  • the upper tool 4 has a radial branch 8 which projects radially from the main direction of the molding space 7 and in which a counter-punch 9 of the device 1 which counteracts the internal high pressure within the hollow profile 2 is guided.
  • the counter-punch 9 which is guided in a controllably controllable manner, serves to stabilize the material flow of the workpiece material when forming a neck 10 that conforms to the branch 8, and thus serves one Reliable molding at this point of the hollow profile 2, with the counter-punch 9 receding with increasing neck length.
  • the upper tool 4 has a plurality of tool parts 11, 12 and 13, the tool part 11 forming a housing with an upper receiving space 14 open to the hollow profile 2, in which the two other tool parts 12 and 13, which are the sections of the section which are essential for the widening Engraving 6 include, are held movable relative to the hollow profile 2.
  • the tool parts 12 and 13 are movable radially to the rectilinear section of the hollow profile 2.
  • the tool part 13 which delimits the region of the branch 8 can be moved radially with respect to the neck 10 which is formed when internal high pressure is applied.
  • the tool part 13 is slidably supported on a side wall 15 of the receiving space 14.
  • the tool parts 12 and 13 are integrally connected to one another and can be displaced both radially to the straight part of the hollow profile 2 inserted into the forming tool 3 and axially to the latter and thus radially to the neck 10 of the hollow profile 2.
  • the device 1 is shown in the drawing, its complete formation is to be presented mirror-symmetrically on the central axis 16.
  • the lower tool 5 has a lower receiving space 17 which is open at the top and in which a tool part 18 of the lower tool 5, which essentially contains the lower engraving, is guided so that it can be moved.
  • the hollow profile 2 is also sealed at both ends by a sealing stamp 19, which either remains rigid during its forming in its in-use position once it has been used, ensuring a tight metallic clamping connection between the hollow profile 2 and the sealing cone 20 of the sealing stamp 19, or which corresponds to that caused by the expansion of Hollow section 2 resulting axial shortening of the hollow section 2 is trackable. Sealing can also take place using a suitable radial seal instead of the sealing cone 20.
  • the branch 8 of the forming tool 3 from the ends of the hollow profile 2 by additional application of an axial force to the hollow profile 2 by means of the sealing plunger 19, so that the process reliability the formation of the neck 10 can be further increased.
  • the tool parts 11, 12, 13 and 18 can all be moved. Depending on requirements, these can also be arranged rigidly or only one or two tool parts can be moved.
  • the tool parts 11, 12 and 13 all vibrate during the forming, but the tool part 11 which is guided along the tool parts 12 and 13 and oscillates radially to the hollow profile 2 is excited with a higher amplitude.
  • This has the advantage that the frictional relief has a particularly strong effect on the re-pushing area located at the end of the hollow profile, so that the re-pushing of material there is made considerably easier and the areas of higher degrees of deformation such as the area of the necking 10 can be formed in a particularly reliable manner due to the increased material supply .
  • the frictional relief for the remaining area of the engraving 6 is maintained due to the also vibrating tool parts 12 and 13.
  • the hollow profile 2 After the hollow profile 2 has been inserted into the forming tool 3, the latter is closed, after which the sealing plungers 19 are moved into their sealing position of use.
  • the counter-punch 9 is in its starting position with its end face 21 flush with the engraving 6 of the upper tool 4.
  • a Sealing plunger 19 pressure fluid introduced into the hollow profile 2, after which the pressure fluid is stretched high by means of a high-pressure generation system which is fluidly connected to the feed bore. Due to the development of the internal high pressure, the hollow profile 2 expands, the walls of which lie against the engraving 6 of both the upper tool 4 and the lower tool 5.
  • the counter-punch 9 is gradually retracted, the hollow profile material being displaced as a bubble into the expansion space which is released by the withdrawal of the counter-punch 9 by means of the internal high pressure. This bubble lengthens the further the counter-punch 9 is moved back, and lies against the wall of the branch 8 to form the neck 10.
  • the hollow profile 2 When the hollow profile 2 rests on the engraving 6 or in the neck 10 on the wall of the branch 8, the hollow profile 2 forms a friction partner for the further shaping process with the shaping tool 3, since the hollow profile material for further shaping, i.e. for further flow to the forming point, the static friction on the forming tool to which it is pressed by the internal high pressure must be overcome. Since this frictional resistance runs counter to a reliable forming due to the thinning of the material on the hollow profile 2, it is the intention of the invention to reduce the friction and thus to increase the process reliability during the forming. At the same time, the process limits of internal high-pressure forming can also be extended without damage.
  • the device 1 contains at least one body vibration exciter, which sets at least one friction partner in vibration during the forming process in such a way that a radial relative movement of the friction partners results in relation to one another, after which their abutment between the maxima 22 of the body vibration is canceled (FIGS. 3 and 4).
  • the tool parts 11, 12, 13 and 18 can oscillate together or independently of one another with an oscillation frequency that is in the hertz or kilohertz range, but preferably in the range of 0 ⁇ v ⁇ 200 Hz, mechanically by means of a reciprocating piston as a vibration exciter that has a Eccentric drive is movable back and forth to be moved.
  • the body vibration is initiated in the form of a longitudinal wave directed towards the hollow profile 2.
  • the vibration exciter can also be a piezo element or a clocked electromagnet.
  • the vibration exciter can be integrated into the forming tool 3 to save space.
  • An acoustic excitation of the tool parts 11, 12, 13 and 18 is also conceivable.
  • the counter-punch 9 can also be provided with such a vibration exciter, where the cap 24 of the neck 10 rests on the end face 21 of the counter-punch 9 due to the vibration is reduced.
  • the device 1 additionally contains punch punches for punching holes on the circumference of the hollow profile 2 or shaping punches, for example when forming blanks, these can also be coupled to a vibration exciter.
  • the vibration can be damped by means of a spring-damper system 25, which is supported in the lower tool 5 on the one hand on the bottom 26 of its receiving space 17 and on the other hand on the side 27 of the tool part 18 facing the bottom 26.
  • this system 25 is supported on the top wall 28 of the receiving space 14 on the one hand and on the other hand on the facing sides 29, 30 of the tool parts 12 and 13.
  • the locking force of the tool parts 11, 12, 13 and 18 swings back into their normal position during the forming process. It is conceivable that the locking force increases until the end of the process (FIG. 3) or remains constant during the entire process (FIG. 4).
  • the oscillation can run as a pure sine oscillation 23 with flat amplitudes (FIG.
  • the sawtooth shape and the rectangular pulses are advantageous for the method in that, because of the very steep flanks of the oscillation profiles, a spontaneous complete abolition of the system of the two friction partners can periodically be achieved, as a result of which the overall friction is reduced particularly strongly. It is also conceivable that the entire upper tool 4 and / or the entire lower tool 5 is excited to vibrate.
  • a vibration to the friction partners is to excite the hollow profile 2 itself. This can be achieved via the sealing plunger 19, which is coupled to the vibration exciter on the one hand and in the sealing position of use to the workpiece, that is to say to the hollow profile 2.
  • a reciprocating piston 32 with an eccentric drive 33 serves as the vibration exciter, the reciprocating piston 32 being coupled in a radial direction with the sealing plunger 19 so as to vibrate.
  • a transverse wave thereby propagates in the hollow profile 2 along its shape, which also results in radially oscillating relative movements of the hollow profile 2 with the surrounding tool 3.
  • a combination of the introduction of transverse waves into the hollow profile 2 and longitudinal waves into a tool part 12, 13 and 18 is also conceivable for a particularly strong lifting of the hollow profile 2 from the adjacent forming tool 3.
  • the vibration excitation can also take place rotationally by introducing a torsional vibration if, as shown in FIG. 2, the friction partners, the hollow profile 2 and a tool part 34 of the forming tool 3, which comprises two half-shells, are rotationally symmetrical.
  • the half-shells are held in the upper tool 4 and in the lower tool 5 in short circumferential grooves. While the tool part 34 directly in the circumferential direction by a few degrees of angle or even only parts of it can be driven back and forth quickly, the torsional vibration when introduced into the hollow profile 2 must be conveyed by the sealing stamp 19, which is driven by a rotary actuator forming the vibration exciter in accordance with the directions of the arrows.
  • the excitation of the tool part 34 by a torsional vibration favors the pushing of hollow profile material out of the end region of the hollow profile 2 in a tool-technically simple manner, since the end region is closest to the excitation point of the remaining hollow profile 2 and is therefore detected most intensively. Due to the relatively small mass of the tool part to be actuated, no high travel and bearing forces are required. It is also possible to design the tool part 34 as a closed sleeve, which is inserted into corresponding recesses in the lower tool 5 before the shaping and through which the not yet deformed, straight hollow profile 2 is then passed. Then the upper tool 4 is lowered onto the lower tool 5 and thus the forming tool 3 is closed in order to follow the forming.
  • vibration excitation of the friction partners can also take place through a combination of translational and rotary excitations.

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Description

Verfahren zum Innenhochdruckumfor en eines Werkstückes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Innenhochdruckumformen eines Werkstückes gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung desselben nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 11.
Ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus dem DE 94 07 812.2 Ul bekannt. Hierbei wird ein das Werkstück bildendes Hohlprofil in ein längs der Erstreckung des Hohlprofiles geteiltes Innenhochdruck- Umformwerkzeug eingelegt, wonach dieses geschlossen wird. Anschließend wird das Hohlprofil beiderends durch Axialstempel dichtend verschlossen. Über die Axialstempel wird der Innenraum des Hohlprofiles befüllt. Die Axialstempel sind mit einem Druckerzeuger fluidisch verbunden. Sodann wird mittels des Druckerzeugers ein Innenhochdruck innerhalb des Hohlprofiles aufgebracht, wodurch dieses aufgeweitet wird, bis es sich an die Wandung der Werkzeuggravur anlegt. Die Werkzeuggravur weist einen von der Hohlprofilerstreckung radial abführenden Abzweig auf, in den das Hohlprofilmaterial durch die Innenhochdruckbeaufschlagung unter Ausbildung einer Aushalsung hineinverdrängt wird. Auch hier legt sich das Material an der Abzweigwandung an. Der Aufweitvorgang innerhalb des Abzweiges wird durch einen im Abzweig verschieblich geführten Gegenschieber stabilisiert, der die Aushalsung im Endbereich abstützt. Um die Versa- gensgrenzen hinsichtlich Bersten bei der reinen Aufweitung, bei der sich die Länge des Hohlprofiles verkürzt, hinauszuschieben und somit eine größere Aufweitlänge der Aushalsung zu erhalten, wird durch eine zusätzliche Axialkraft, die durch Einfahren der Axialstempel aufgebracht wird, Hohlpro- filmaterial zur Abzweigstelle nachgeschoben, wodurch die für das Bersten verantwortliche Materialausdünnung im Abzweigbereich zumindest teilweise kompensiert wird. Trotzdem begrenzt bei Anlage des Hohlprofilmaterials an der Gravurwandung, insbesondere auch im Abzweig die zwischen dem Werkzeug und dem Hohlprofil entstehende und bei steigendem Innenhochdruck größer werdende Reibung - auch wenn das Hohlprofil an seiner Außenseite mit einem Schmiermittel versehen ist - die Ausformbarkeit des Werkstoffes erheblich. Dies ist ganz besonders bei Werkstoffen mit geringem Umformvermögen sehr problematisch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und eine gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, daß die Prozeßsicherheit bei der Innenhochdruckumformung von Werkstücken verbessert wird.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 hinsichtlich des Verfahrens und durch die Merkmale des Patentanspruches 11 hinsichtlich der Vorrichtung gelöst.
Aufgrund der Schwingungsanregung an einem der Reibungspartner Werkstück - Umformwerkzeug wird die Reibung des Werkstückes an der Gravurwandung zwischen den Maxima der Schwingung zwischenzeitlich verringert, da dort die Anlagekraft des Werkstückes am Umformwerkzeug erniedrigt wird. Das heißt, es findet während des Umformvorganges eine periodisch auftretende teilweise Entlastung der Kontaktnormalspannung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug statt. Dies kann in drastischen Fällen derart sein, daß das Werkstück sich lokal kurzfristig gänzlich vom Werkzeug löst. Durch die damit verbundene Verringerung der Reibung wird jedoch auch der Widerstand für ein Nachfließen bzw. Nachführen des Werkstückmaterials zur Ausformstelle hin kleiner, so daß versagensfrei mehr Material an diese Stelle bewegt werden kann. Einer Ausdünnnung von Material im Aus- formbereich wird somit entgegengewirkt, wobei eine für die Umformung günstigere Materialverteilung, insbesondere eine gleichmäßigere Wanddickenverteilung erreicht und/oder der Umformgrad gesteigert werden kann. Beispielsweise bei einem Abzweig von der Gravur, d.h. bei der Ausbildung einer Aushalsung kann das eine Vergrößerung der Ausziehlänge bedeuten. Somit sind die Verfahrensgrenzen z.B. in Hinblick auf die Herstellung von Nebenformelementen erweiterbar. Des weiteren können aufgrund des vergrößerten Materialnachschubes auch engere Radien am Werkstück ohne Auftreten eines Risses prozeßsicher ausgebildet werden. Insgesamt wird durch die Erfindung eine verbesserte Umformung auch von Werkstücken aus Werkstoffen mit geringem Formänderungsvermögen erreicht. Durch eine teilweise Entkopplung der Verfahrensparameter von den tribologischen Bedingungen wird eine höhere Prozeßstabilität erzielt. Für eine optimale Auslegung des Verfahrens mit größtmöglichem Nutzen für die jeweilige Umformung ist die Schwingung in ihrer Amplitude und Frequenz mit Rücksicht auf den Werkstückwerkstoff und den Umformgrad des zu erzielenden Formverlaufes, also die Geometrie des fertigumgeformten Werkstückes oder andere relevante Verfahrensparameter entsprechend anzupassen. Darüber hinaus führt die Körperschwingung der Reibungspartner bei Einsatz von Schmierstoffen an der Oberfläche des Werkstückes zu einer gleichmäßigeren Verteilung der Schmierstoffe, was zu einer weiteren Absenkung der Reibung führt. Aufgrund der schwingenden Relativbewegung der Reibungspartner zueinander und die Aktivierung des eingebrachten Schmierstoffes wird ein Haftkontakt bei gleichzeitiger Verminderung der Gleitreibung weitestgehend vermieden, bzw. der Übergang von Haft- zur Gleitreibung (Stick-Slip-Effekt) erheblich reduziert. Dadurch ist eine weniger anspruchsvolle Schmiermittelwahl oder/und ein geringerer Schmierstoffauftrag bzw. sogar ein Verzicht auf Schmierstoff bei Gewährleistung einer verbesserten Umformung möglich. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausfüh- rungsbeispiele nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:
Fig. 1 in einem seitlichen Längsschnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die aus mehreren Umformwerkzeugteilen mit Schwingungserregern besteht,
Fig. 2 in einem seitlichen Längsschnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, mit einem Schwingungserreger, der mit dem Werkstück gekoppelt ist,
Fig. 3 ein Kraft-Zeit-Diagramm zur schwingungsanregenden Steuerung eines der Reibungspartner mit im Mittel steigendem Kraftverlauf,
Fig. 4 ein Kraft-Zeit-Diagramm zur schwingungsanregenden Steuerung eines der Reibungspartner mit im Mittel konstantem Kraftverlauf.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zur aufweitenden Innenhochdruckumformung eines Werkstückes 2 dargestellt, das in diesem Ausführungsbeispiel von einem Hohlprofil gebildet wird, jedoch auch aus zwei aufeinandergelegten Platinen zwecks Platinenaufweitens bestehen kann. Die Vorrichtung 1 beinhaltet ein Innenhochdrucku formwerkzeug 3, das in ein Oberwerkzeug 4 und ein Unterwerkzeug 5 geteilt ist, welche mit ihren Gravuren 6 den Formraum 7 für das aufzuweitende Hohlprofil 2 bilden. Das Oberwerkzeug 4 weist einen radial von der Hauptrichtung des Formraumes 7 abragenden 7Λbzweig 8 auf, in dem ein dem Innenhochdruck innerhalb des Hohlprofiles 2 entgegenwirkenden Gegenstempel 9 der Vorrichtung 1 verschiebbar geführt ist. Der kontrolliert steuerbar geführte Gegenstempel 9 dient zur Stabilisierung des Materialflusses des Werkstückmaterials bei Bildung einer dem Abzweig 8 konturgetreuen Aushalsung 10 und dient somit einer prozeßsicheren Ausformung an dieser Stelle des Hohlprofiles 2, wobei mit wachsender Halslänge der Gegenstempel 9 zurückweicht.
Des weiteren weist das Oberwerkzeug 4 mehrere Werkzeugteile 11,12 und 13 auf, wobei der Werkzeugteil 11 ein Gehäuse mit zum Hohlprofil 2 offenem oberen Aufnahmeraum 14 bildet, in dem die beiden anderen Werkzeugteile 12 und 13, die den für die aufweitende Umformung wesentlichen Abschnitt der Gravur 6 beinhalten, relativ zum Hohlprofil 2 verfahrbar gehalten sind. In der Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Werkzeugteile 12 und 13 radial zum geradlinig verlaufenden Abschnitt des Hohlprofiles 2 verfahrbar sind. Es ist jedoch auch denkbar, daß allein das Werkzeugteil 13, das den Bereich des Abzweiges 8 begrenzt, radial zur sich bei Innenhochdruckbeauf- schlagung sich ausbildenden Aushalsung 10 bewegbar ist. Hierbei ist das Werkzeugteil 13 an einer Seitenwandung 15 des Aufnähmeraumes 14 verschieblich abgestützt. Weiterhin ist es denkbar, daß die Werkzeugteile 12 und 13 miteinander einstückig verbunden sind und sowohl radial zum geradlinigen Teil des in das Umformwerkzeug 3 eingelegten Hohlprofiles 2 als auch axial zu diesem und damit radial zur Aushalsung 10 des Hohlprofiles 2 verschiebbar sind. Obwohl in der Zeichnung nur eine Halbseite der Vorrichtung 1 gezeigt ist, so ist deren vollständige Ausbildung spiegelsymme- trisch an der Mittenachse 16 vorzustellen.
Das Unterwerkzeug 5 weist einen unteren nach oben offenen Aufnahmeraum 17 auf, in dem ein Werkzeugteil 18 des Unterwerkzeuges 5, das die untere Gravur im wesentlichen beinhaltet, hubbeweglich geführt ist. Das Hohlprofil 2 ist des weiteren beiderends von einem Dichtstempel 19 abgedichtet, der während der Umformung entweder starr in seiner einmal eingenommenen Gebrauchslage unter Gewährleistung einer dichten metallischen Klemmverbindung zwischen dem Hohlprofil 2 und dem Dichtkonus 20 des Dichtstempels 19 verharrt oder der entsprechend der sich durch die Aufweitung des Hohlprofiles 2 ergebenden axialen Verkürzung des Hohlprofiles 2 nachführbar ist. Die Abdichtung kann auch anstelle des Dichtkonus 20 über eine geeignete Radialdichtung erfolgen. Im übrigen ist auch denkbar, durch zusätzliches Aufbringen einer Axialkraft auf das Hohlprofil 2 mittels des Dichtstempels 19 Hohlprofilmaterial in den Bereich der Ausbauchung des Hohlprofiles 2, also den Abzweig 8 des Umformwerkzeuges 3, von den Enden des Hohlprofiles 2 her nachzuschieben, so daß die Prozeßsicherheit der Ausbildung der Aushalsung 10 weiter erhöht werden kann. Für das nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zur Umformung des Hohlprofiles 2 ist es nicht zwangsläufig erforderlich, daß die Werkzeugteile 11,12,13 und 18 allesamt verfahrbar sind. Je nach Bedarf können diese auch starr angeordnet sein oder nur einer oder zwei Werkzeugteile beweglich sein.
Auch ist es denkbar, daß die Werkzeugteile 11, 12 und 13 während der Umformung zwar allesamt schwingen, jedoch das an den Werkzeugteilen 12 und 13 entlang geführte und radial zum Hohlprofil 2 oszillierende Werkzeugteil 11 mit höherer Amplitude angeregt wird. Dies hat den Vorteil, daß die Reibungsentlastung sich besonders stark auf den am Hohlprofilende liegenden Nachschiebebereich auswirkt, so daß das Nachschieben von Material dort erheblich erleichtert wird und somit die Bereiche höherer Umformgrade wie der Bereich der Aushalsung 10 aufgrund des verstärkten Materialangebotes besonders prozeßsicher ausgeformt werden können. Die Reibungsentlastung für den restlichen Bereich der Gravur 6 bleibt aufgrund der ebenfalls schwingenden Werkzeugteile 12 und 13 gewahrt.
Nachdem das Hohlprofil 2 in das Umformwerkzeug 3 eingelegt wurde, wird dieses geschlossen, wonach die Dichtstempel 19 in ihre dichtende Gebrauchslage verfahren werden. Der Gegenstempel 9 befindet sich in seiner Ausgangslage mit seiner Stirnseite 21 bündig zur Gravur 6 des Oberwerkzeuges 4. Anschließend wird über eine Zuführbohrung innerhalb des Dichtstempels 19 Druckfluid in das Hohlprofil 2 eingeleitet, wonach das Druckfluid mittels einer Hochdruckerzeugungsanlage, die mit der Zuführbohrung fluidisch verbunden ist, hoch gespannt wird. Durch die Entfaltung des Innenhochdruckes weitet sich das Hohlprofil 2 auf, wobei sich dessen Wandungen an die Gravur 6 sowohl des Oberwerkzeuges 4 als auch des Unterwerkzeuges 5 anlegt.
Im Bereich des Abzweiges 8 wird der Gegenstempel 9 allmählich zurückgefahren, wobei das Hohlprofilmaterial als Blase in den durch den Rückzug des Gegenstempels 9 frei werdenden Aufweitraum mittels des Innenhochdruckes hineinverdrängt wird. Diese Blase längt sich, je weiter der Gegenstempel 9 zurückverfahren wird, und legt sich an die Wandung des Abzweiges 8 unter Bildung der Aushalsung 10 an.
Bei Anlage des Hohlprofiles 2 an der Gravur 6 bzw. in der Aushalsung 10 an der Wandung des Abzweiges 8 bildet das Hohlprofil 2 für den weiteren Umformungvorgang mit dem Umformwerkzeug 3 einen Reibungspartner, da das Hohlprofilmaterial zur weiteren Ausformung, d.h. zum weiteren Fließen zur Umformstelle hin, die Haftreibung an dem Umformwerkzeug, an das es durch den Innenhochdruck angepreßt wird, überwinden muß. Da dieser Reibungswiderstand einer prozeßsicheren Umformung aufgrund der auftretenden Materialausdünnung am Hohlprofil 2 entgegenläuft, ist es Intention der Erfindung, die Reibung zu reduzieren und damit die Prozeßsicherheit bei der Umformung zu erhöhen. Hierbei können auch gleichzeitig die Verfahrensgrenzen des Innenhochdruk- kumformens schadlos ausgeweitet werden.
Hierzu beinhaltet die Vorrichtung 1 zumindest einen Körperschwingungserreger, der während dem Umformvorgang zumindest einen Reibungspartner derart in Schwingung versetzt, daß sich eine radiale Relativbewegung der Reibungspartner zueinander ergibt, wonach deren Anlage zwischen den Maxima 22 der Körperschwingung aufgehoben wird (Fig. 3 und 4) . Hierzu sind je nach Bedarf in der Vorrichtung 1 mehrere Möglichkeiten gegeben. So können die Werkzeugteile 11,12,13 und 18 gemeinsam oder unabhängig voneinander oszillierend mit einer Schwingungsfrequenz, die im Hertz- oder Kilohertzbereich, vorzugsweise jedoch im Bereich von 0 < v < 200 Hz liegt, mechanisch mittels eines Hubkolbens als Schwingungserreger, der über einen Excenterantrieb hin und her beweglich ist, verfahren werden. Die Körperschwingung wird dabei in Form einer zum Hohlprofil 2 hin gerichteten Longitudi- nalwelle eingeleitet wird. Der Schwingungserreger kann auch ein Piezo-Element oder ein getakteter Elektromagnet sein. Der Ξchwingungserreger kann dabei platzsparend in das Umformwerkzeug 3 integriert sein. Denkbar ist auch eine akustische Anregung der Werkzeugteile 11,12,13 und 18. Des weiteren kann auch der Gegenstempel 9 mit einem derartigen Schwingungserreger versehen sein, wobei dort die Anlage der Kappe 24 der Aushalsung 10 an der Stirnseite 21 des Gegenstempels 9 durch die Schwingung vermindert wird. Beinhaltet die Vorrichtung 1 zusätzlich Lochstempel zur Ausstanzung von Löchern am Umfang des Hohlprofiles 2 oder formgebende Stempel beispielsweise beim Platinenumformen, so können auch diese mit einem Schwingungserreger gekoppelt sein. Die Schwingung kann je nach Prozeßfortschritt gedämpft mittels eines Feder-Dämpfer-Systems 25 verlaufen, das sich im Unterwerkzeug 5 einerseits am Boden 26 dessen Aufnahmeraumes 17 und andererseits an der dem Boden 26 zugewandten Seite 27 des Werkzeugteiles 18 abstützt. Im Oberwerkzeug 4 stützt sich dieses System 25 an der Deckenwand 28 des Aufnahmerau- mes 14 einerseits und andererseits an den zugewandten Seiten 29,30 der Werkzeugteile 12 und 13 ab. Die Zuhaltekraft der Werkzeugteile 11,12,13 und 18 schwingt in ihre jeweilige Normallage während des Umformprozesses zurück. Hierbei ist es denkbar, daß die Zuhaltekraft bis zum Prozeßende ansteigt (Fig. 3) oder während des ganzen Prozeßverlaufes konstant bleibt (Fig. 4) . Die Schwingung kann als reine Sinusschwingung 23 mit flachen Amplituden verlaufen (Fig. 3) oder auch als Sägezahn 31 (Fig. 4) oder als Folge von Rechtecksimpulsen gestaltet sein. Die Sägezahnform und die Rechtecksimpulse sind dahingehend für das Verfahren vorteilhaft, daß sich aufgrund der sehr steilen Flanken der Schwingungsverläufe periodisch eine spontane gänzliche Aufhebung der Anlage der beiden Reibungspartner erzielen läßt, wodurch die Gesamtreibung besonders stark heruntergesetzt wird. Denkbar ist im übrigen auch, daß das gesamte Oberwerkzeug 4 oder/und das gesamte Unterwerkzeug 5 zum Schwingen angeregt wird.
Eine weitere Möglichkeit, eine Schwingung an die Reibungspartner zu applizieren, ist die Anregung des Hohlprofiles 2 selber. Dies kann über den Dichtstempel 19 erreicht werden, der mit dem Schwingungserreger einerseits und in abdichtender Gebrauchslage mit dem Werkstück, also mit dem Hohlprofil 2 gekoppelt ist. In Fig. 1 dient dabei als Schwingungserreger ein Hubkolben 32 mit Excenterantrieb 33, wobei der Hubkolben 32 in radialer Richtung mit dem Dichtstempel 19 schwingungswirksam gekoppelt ist. Bei Anregung breitet sich dadurch eine Transversalwelle im Hohlprofil 2 entlang seines Formverlaufes aus, wodurch ebenfalls radial oszillierende Relativbewegungen des Hohlprofiles 2 zum umliegenden Werkzeug 3 entstehen. Mit dieser Möglichkeit ist auch eine Kombination der Einleitung von Transversalwellen in das Hohlprofil 2 und Longitudinalwellen in ein Werkzeugteil 12,13 und 18 für eine besonders starke Abhebung des Hohlprofiles 2 vom anliegenden Umformwerkzeug 3 denkbar.
Die Ξchwingungsanregung kann auch rotatorisch durch Einleitung einer Drehschwingung erfolgen, wenn - wie in Fig. 2 gezeigt ist - die Reibungspartner, das Hohlprofil 2 und ein die Gravur 6 beinhaltendes aus zwei Halbschalen bestehendes Werkzeugteil 34 des Umformwerkzeuges 3, rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Die Halbschalen sind im Oberwerkzeug 4 bzw. im Unterwerkzeug 5 in kurzen Umfangsnuten verschiebbar gehalten. Während das Werkzeugteil 34 direkt in Umfangsrichtung um wenige Winkelgrade oder gar nur Bruch- teile davon schnell hin- und herpendelnd antreibbar ist, muß die Drehschwingung bei Einleitung in das Hohlprofil 2 durch den Dichtstempel 19 vermittelt werden, der von einem den Schwingungserreger bildenden Drehstellmotor entsprechend der Pfeilrichtungen angetrieben ist. Die Anregung des Werkzeugteils 34 durch eine Drehschwingung begünstigt in werkzeugtechnisch einfacher Weise das Nachschieben von Hohlprofilmaterial aus dem Endbereich des Hohlprofiles 2, da der Endbereich vom restlichen Hohlprofil 2 der Anregungsstelle am nächsten liegt und daher am intensivsten erfaßt wird. Es sind hierbei aufgrund der relativ kleinen zu betätigenden Masse des Werkzeugteils keine hohen Verfahr- und Lagerkräfte erforderlich. Es ist auch eine Ausbildung des Werkzeugteils 34 als geschlossene Hülse möglich, die in entsprechende Aussparungen des Unterwerkzeuges 5 vor der Umformung eingelegt wird und durch die anschließend das noch nicht umgeformte, geradlinig verlaufende Hohlprofil 2 hindurchgeführt wird. Sodann wird das Oberwerkzeug 4 auf das Unterwerkzeug 5 abgesenkt und somit das Umformwerkzeug 3 zur Abfolge der Umformung geschlossen.
Weiterhin ist es auch möglich, die Schwingungsanregung schon vor der Anlage des Hohlprofiles 2 an der Gravur 6 erfolgen zu lassen, da dann von vorneherein die Adhäsion des Hohlprofiles 2 an der Gravur geschmälert oder gar verhindert wird.
Schließlich sei noch angemerkt, daß die Schwingungsanregung der Reibungspartner auch durch eine Kombination von translatorischen und rotatorischen Anregungen erfolgen kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Innenhochdruckumformen eines Werkstückes in einem geschlossenen Innenhochdruck-Umformwerkzeug, wobei das Werkstück aufgrund des von einem Druckerzeuger ausgeübten fluidischen Innenhochdruckes aufgeweitet wird und sich an die Gravur des Umformwerkzeuges anlegt, wobei das Werkstück und das Umformwerkzeug in den Anlagebereichen Reibungspartner bilden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß während der Umformung zumindest einer der Reibungspartner (2,4,5,10,11,12,13,18,34) von einem Schwingungserreger unmittelbar in Schwingung (23,31) versetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schwingung (23,31) in das Werkstück (2) in Form einer entlang dessen Formverlaufes sich ausbreitenden Trans- versalwelle eingeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schwingungsanregung mechanisch erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schwingungsanregung mittels eine Piezoelementes erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schwingungsanregung akustisch erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schwingungsanregung elektromagnetisch erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schwingung (23,31) in zumindest ein Umformwerkzeugteil (11,12,13,18) in Form einer zum Werkstück (2) hin gerichteten Longitudinalwelle eingeleitet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schwingung (23,31) eine Frequenz im Hertz- oder Kilohertzbereich, insbesondere im Bereich von 0 < v < 200 Hz aufweist .
9. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei rotationssymmetrischer Ausbildung der Reibungspartner (2,34) die Schwingungsanregung durch Einleitung einer Drehschwingung erfolgt.
10. Vorrichtung zum Innenhochdruck-Umformen eines Werkstük- kes mit einem längs der Erstreckung des Werkstückes geteilten und mit einem Fluiddruckerzeuger verbundenen Innenhochdruck-Umformwerkzeug, wobei das Umformwerkzeug und das Werkstück im aufgeweiteten Zustand des Werkstückes Rei- bungspartner bilden, und mit zumindest einem Dichtstempel, mittels dessen das Werkstück axial abdichtbar ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Vorrichtung (1) zumindest einen Schwingungserreger beinhaltet, der mit wenigstens einem der Reibungspartner (2,4,5,10,11,12,13,18,34) schwingungswirksam gekoppelt ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schwingungserreger eine Piezo-Element ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schwingungserreger ein Elektromagnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schwingungserreger ein Hubkolben (32) ist, der über einen Excenterantrieb (33) hin und her beweglich ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Falle der Schwingungsanregung zumindest eines Werkzeugteiles (11,12,13,18,34) der Schwingungserreger in das Umformwerkzeug (3) integriert ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schwingungserreger ein Drehstellmotor ist, der mit einem rotationssymmetrisch ausgebildeten Reibungspartner (2,34) in Wirkkontakt steht.
16. Vorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Schwingungserreger über den Dichtstempel (19) mit dem Werkstück (2) gekoppelt ist.
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