EP1107837B1 - Internal high pressure forming method for a workpiece - Google Patents
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- EP1107837B1 EP1107837B1 EP99932866A EP99932866A EP1107837B1 EP 1107837 B1 EP1107837 B1 EP 1107837B1 EP 99932866 A EP99932866 A EP 99932866A EP 99932866 A EP99932866 A EP 99932866A EP 1107837 B1 EP1107837 B1 EP 1107837B1
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Definitions
- the invention relates to a method for hydroforming a workpiece according to the preamble of the claim 1 and a device for performing the same according to the preamble of claim 11.
- a device according to the preamble of claim 11 is from CH-A-334 023 known.
- a generic method or a generic device is also known from DE 94 07 812.2 U1.
- a hollow profile forming the workpiece in a longitudinal the extension of the hollow profile divided internal high pressure forming tool inserted, after which this is closed.
- the hollow profile is then axially punched at both ends sealed.
- the axial punch are fluidly connected to a pressure generator.
- internal pressure is generated by means of the pressure generator of the hollow profile applied, whereby this expanded until it lies against the wall of the tool engraving.
- the tool engraving shows one of the hollow profile extension radially discharging branch into which the hollow profile material due to the high pressure inside Formation of a neck is pushed into it. Here too the material attaches itself to the branch wall.
- the expansion process within the branch is by one in the branch slidably guided counter slide stabilized, which supports the necking in the end area.
- the expansion process within the branch is by one in the branch slidably guided counter slide stabilized, which supports the necking in the end area.
- the invention has for its object a generic Method and a generic device to that effect to further develop that process reliability in hydroforming of workpieces is improved.
- a thinning of material in the molding area is thus counteracted, one for the Forming more favorable material distribution, especially one achieved more uniform wall thickness distribution and / or the Degree of deformation can be increased.
- a Branch from the engraving i.e. in the formation of a neck this can mean an increase in the extension length.
- the process limits are e.g. with respect to the production of secondary form elements can be expanded. Of more can due to the increased material replenishment also narrower radii on the workpiece without the occurrence of a Cracks can be trained reliably.
- Overall will by the invention an improved forming of Workpieces made of materials with low deformability reached. By partially decoupling the process parameters from the tribological conditions achieved higher process stability.
- the vibration in its amplitude and frequency with regard to the workpiece material and the degree of deformation of the shape to be achieved that is Geometry of the finished workpiece or other relevant Adapt process parameters accordingly.
- the body vibration of the friction partners also leads when using lubricants on the surface of the workpiece for a more even distribution of lubricants, which leads to a further reduction in friction. Due to the vibrating relative movement of the friction partners to each other and the activation of the brought Lubricant becomes an adhesive contact with a simultaneous reduction sliding friction largely avoided, or the transition from static to sliding friction (stick-slip effect) significantly reduced. This makes it a less demanding one Lubricant choice and / or a lower lubricant application or even a waiver of lubricant with warranty an improved forming possible.
- Fig. 1 is a device 1 for expanding internal high pressure forming of a workpiece 2 shown in this embodiment formed by a hollow profile but also from two superimposed boards may exist for the purpose of expanding the boards.
- the device 1 includes a hydroforming tool 3, which in a Upper tool 4 and a lower tool 5 is divided, which with their engravings 6 the mold space 7 for the to be expanded Form hollow profile 2.
- the upper tool 4 has a radial branch 8 protruding from the main direction of the molding space 7 in which a the internal high pressure within the hollow profile 2 counteracting stamp 9 of the device 1 is guided.
- the controlled controllable Counter stamp 9 serves to stabilize the material flow of the workpiece material when the branch is formed 8 true-to-contour neckline 10 and thus serves one reliable molding at this point of the hollow profile 2, the counter-punch 9 receding as the neck length increases.
- the upper tool 4 has several tool parts 11, 12 and 13, the tool part 11 having a housing forms to the hollow profile 2 open upper receiving space 14, in which the other two tool parts 12 and 13, which for the widening forming essential section of the engraving 6 include, held movable relative to the hollow profile 2 are.
- Fig. 1 it can be seen that the tool parts 12 and 13 radially to the rectilinear section of the Hollow profile 2 are movable.
- the tool part 13 alone, the area of the branch 8 limited, radial to itself when subjected to internal high pressure forming neck 10 is movable.
- the tool part 13 is on a side wall 15 of the receiving space 14 is slidably supported.
- the lower tool 5 has a lower one which is open at the top Recording space 17 in which a tool part 18 of the lower tool 5, which essentially includes the lower engraving, is guided for lifting.
- the hollow profile 2 is the further sealed at both ends by a sealing stamp 19, which during the forming process is either rigid at one time assumed position of use while ensuring a tight metallic clamp connection between the hollow profile 2 and the sealing cone 20 of the sealing plunger 19 remains or the one corresponding to the expansion of the Hollow section 2 resulting axial shortening of the hollow section 2 is trackable.
- the seal can also be used instead of the sealing cone 20 via a suitable radial seal.
- the counter-stamp 9 gradually becomes retracted, the hollow profile material as a bubble in the free by the withdrawal of the counter-stamp 9 Expansion space displaced by means of the internal high pressure becomes. This bubble lengthens the further the counter-stamp 9 is moved back and lies on the wall of the branch 8 to form the neck 10.
- the device 1 contains at least one body vibration exciter, at least during the forming process vibrates a friction partner in such a way that a radial relative movement of the friction partners to each other reveals that their placement between the maxima 22nd the body vibration is canceled (Fig. 3 and 4).
- the tool parts 11, 12, 13 and 18 oscillating together or independently of one another Vibration frequency in the Hertz or Kilohertz range, but preferably in the range of 0 ⁇ ⁇ 200 Hz mechanically by means of a reciprocating piston as vibration exciter, which can be moved back and forth via an eccentric drive is to be moved.
- the body vibration is thereby in the form of a longitudinal wave directed towards the hollow profile 2 is initiated.
- the vibration exciter can too a piezo element or a pulsed electromagnet.
- the vibration exciter can save space in the forming tool 3 be integrated.
- An acoustic is also conceivable Excitation of the tool parts 11, 12, 13 and 18.
- Des the counter-stamp 9 can also be equipped with such Vibration exciter is provided, where the system of Cap 24 of the neck 10 on the end face 21 of the counter-punch 9 is reduced by the vibration. includes the device 1 additionally punch for punching of holes on the circumference of the hollow profile 2 or shaping Stamps, for example, when forming blanks, can these can also be coupled with a vibration exciter.
- vibration can be damped by means of of a spring-damper system 25, which are in the lower tool 5 on the one hand on the floor 26 of its receiving space 17 and on the other hand on the side facing the bottom 26 27 of the tool part 18 supports.
- this system 25 In the upper tool 4 supports this system 25 on the ceiling 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 the tool parts 11, 12, 13 and 18 swing into their respective Normal position back during the forming process. in this connection it is conceivable that the locking force increases until the end of the process (Fig. 3) or throughout the process remains constant (Fig. 4).
- the vibration can be a pure sine wave 23 run with flat amplitudes (FIG.
- the sawtooth shape and the Rectangular pulses are advantageous for the process in that that due to the very steep flanks of the Vibration patterns periodically a spontaneous complete cancellation the system of the two friction partners can be achieved, which reduces the overall friction particularly strongly becomes. It is also conceivable that the entire upper tool 4 or / and the entire lower tool 5 for swinging is excited.
- the vibration excitation can also be rotary by initiation of a torsional vibration if - as in FIG. 2 is shown - the friction partner, the hollow profile 2 and a the engraving 6 includes two half-shells Tool part 34 of the forming tool 3, rotationally symmetrical are trained.
- the half shells are in the upper tool 4 or in the lower tool 5 in short circumferential grooves held. While the tool part 34 directly in Circumferential direction by a few degrees of angle or even only fractions of which can be driven back and forth quickly, the torsional vibration must be introduced into the hollow section 2 be conveyed by the sealing stamp 19, the one the rotary actuator forming the vibration exciter accordingly the direction of the arrow is driven.
- Tool part 34 favored by a torsional vibration in tool-technically simple way of feeding Hollow profile material from the end region of the hollow profile 2, since the end area of the remaining hollow profile 2 of the excitation point is closest and therefore most intensely recorded becomes. It is due to the relatively small size too actuating mass of the tool part no high travel and Bearing forces required. It is also an education of the tool part 34 possible as a closed sleeve, which in corresponding recesses of the lower tool 5 in front of the Forming is inserted and then by the not yet formed, straight hollow profile 2 is passed through. Then the upper tool 4 is on the lower tool 5 is lowered and thus the forming tool 3 closed to the sequence of the forming.
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Abstract
Description
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.The invention relates to a method for hydroforming
a workpiece according to the preamble of the claim
1 and a device for performing the same
according to the preamble of
Eine Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist
der GB-A-2 240 944 zu entnehmen. Eine Vorrichtung
gemäß Oberbegriff von Anspruch 11 ist aus der
CH-A-334 023 bekannt.A method according to the preamble of claim 1
GB-A-2 240 944. A device
according to the preamble of
Ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine gattungsgemäße Vorrichtung ist ebenfalls aus dem DE 94 07 812.2 U1 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 Versagensgrenzen 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, Hohlprofilmaterial 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.A generic method or a generic device is also known from DE 94 07 812.2 U1. in this connection is a hollow profile forming the workpiece in a longitudinal the extension of the hollow profile divided internal high pressure forming tool inserted, after which this is closed. The hollow profile is then axially punched at both ends sealed. About the axial punch the interior of the hollow profile is filled. The axial punch are fluidly connected to a pressure generator. thereupon internal pressure is generated by means of the pressure generator of the hollow profile applied, whereby this expanded until it lies against the wall of the tool engraving. The tool engraving shows one of the hollow profile extension radially discharging branch into which the hollow profile material due to the high pressure inside Formation of a neck is pushed into it. Here too the material attaches itself to the branch wall. The expansion process within the branch is by one in the branch slidably guided counter slide stabilized, which supports the necking in the end area. Around the limits of failure with regard to bursting during the pure expansion, in which the length of the hollow profile shortens and thus a larger flare length of the neck is obtained by an additional axial force that is applied by retracting the axial punch, hollow profile material pushed to the junction, causing the Material thinning in the branch area responsible for bursting is at least partially compensated. Nevertheless limited when the hollow profile material is applied to the engraving wall, especially in the branch between the Tool and the hollow profile emerging and with increasing Internal high pressure, increasing friction - even if that Hollow profile on the outside with a lubricant is provided - the formability of the material is considerable This is especially true for materials with little Forming ability very problematic.
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.The invention has for its object a generic Method and a generic device to that effect to further develop that process reliability in hydroforming of workpieces is improved.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches
1 hinsichtlich des Verfahrens und durch die
Merkmale des Patentanspruches 11 hinsichtlich der Vorrichtung
gelöst.The task is according to the invention by the features of the claim
1 regarding the procedure and by the
Features of
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 Ausformbereich 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. Due to the vibration excitation on one of the friction partners Workpiece - forming tool becomes the friction of the workpiece on the engraving wall between the maxima of the Vibration is reduced in the meantime, since there the investment power of the workpiece is lowered on the forming tool. That is, it takes place periodically during the forming process partial relief of the normal contact voltage between the workpiece and the tool. In drastic cases this can be such that the workpiece separates itself completely from the tool at short notice. Due to the associated reduction in friction however also the resistance for a flow or tracking the workpiece material is smaller towards the shaping point, so that more material moves to this location without failure can be. A thinning of material in the molding area is thus counteracted, one for the Forming more favorable material distribution, especially one achieved more uniform wall thickness distribution and / or the Degree of deformation can be increased. For example with a Branch from the engraving, i.e. in the formation of a neck this can mean an increase in the extension length. The process limits are e.g. with respect to the production of secondary form elements can be expanded. Of more can due to the increased material replenishment also narrower radii on the workpiece without the occurrence of a Cracks can be trained reliably. Overall will by the invention an improved forming of Workpieces made of materials with low deformability reached. By partially decoupling the process parameters from the tribological conditions achieved higher process stability. For an optimal Interpretation of the process with the greatest possible benefit for the the respective transformation is the vibration in its amplitude and frequency with regard to the workpiece material and the degree of deformation of the shape to be achieved, that is Geometry of the finished workpiece or other relevant Adapt process parameters accordingly. About that the body vibration of the friction partners also leads when using lubricants on the surface of the workpiece for a more even distribution of lubricants, which leads to a further reduction in friction. Due to the vibrating relative movement of the friction partners to each other and the activation of the brought Lubricant becomes an adhesive contact with a simultaneous reduction sliding friction largely avoided, or the transition from static to sliding friction (stick-slip effect) significantly reduced. This makes it a less demanding one Lubricant choice and / or a lower lubricant application or even a waiver of lubricant with warranty an improved forming possible.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen
entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung
anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele
nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:
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 Innenhochdruckumformwerkzeug 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 Abzweig 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.In Fig. 1 is a device 1 for expanding internal high pressure forming
of a
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 Innenhochdruckbeaufschlagung
sich ausbildenden Aushalsung 10 bewegbar ist.
Hierbei ist das Werkzeugteil 13 an einer Seitenwandung 15
des Aufnahmeraumes 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 spiegelsymmetrisch
an der Mittenachse 16 vorzustellen.Furthermore, the upper tool 4 has
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.The
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.It is also conceivable that the
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.After the
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.In the area of the
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 Innenhochdrukkumformens
schadlos ausgeweitet werden.When the
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 < ν ≤ 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 Longitudinalwelle
eingeleitet wird. Der Schwingungserreger kann auch
ein Piezo-Element oder ein getakteter Elektromagnet sein.
Der Schwingungserreger 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 Aufnahmeraumes
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.For this purpose, the device 1 contains at least one body vibration exciter,
at least during the forming process
vibrates a friction partner in such a way that
a radial relative movement of the friction partners to each other
reveals that their placement between the maxima 22nd
the body vibration is canceled (Fig. 3 and 4). For this
there are several possibilities in the device 1 as required
given. The
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.Another way of getting a vibration to the friction partner
to be applied, the excitation of the
Die Schwingungsanregung 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 Bruchteile
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 Verfahrund
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.The vibration excitation can also be rotary by initiation
of a torsional vibration if - as in FIG. 2
is shown - the friction partner, the
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.Furthermore, it is also possible to excite the vibrations
take place before engaging the
Schließlich sei noch angemerkt, daß die Schwingungsanregung der Reibungspartner auch durch eine Kombination von translatorischen und rotatorischen Anregungen erfolgen kann.Finally, it should be noted that the vibration excitation the friction partner also through a combination of translational and rotational suggestions can be made.
Claims (16)
- A process for the internal high-pressure forming of a work piece (2) in a closed internal high-pressure forming tool (3), the work piece (2) being expanded by means of the fluid internal high pressure exerted by a pressure generator and coming into contact with the engraving of the forking tool (3), the work piece (2) and the forming tool (3) forming friction partners (2, 4, 5, 10, 11, 12, 13, 18, 34) in the areas in which they come into contact,
characterised in that
during forming at least one of the friction partners (2, 4, 5, 10, 11, 12, 13, 18, 34) is set oscillating (23, 31) directly by an oscillation exciter. - A process in accordance with claim 1,
characterised in that
the oscillation (23, 31) is introduced into the work piece (2) in the form of a transverse wave which spreads along its length. - A process in accordance with claim 1,
characterised in that
oscillation is excited mechanically. - A process in accordance with claim 1,
characterised in that
oscillation is excited by means of a piezo element. - A process in accordance with claim 1,
characterised in that
oscillation is excited acoustically. - A process in accordance with claim 1,
characterised in that
oscillation is excited electro-magnetically. - A process in accordance with claim 1,
characterised in that
the oscillation (23, 31) is introduced into at least one forming tool part (11, 12, 13, 18) in the form of a longitudinal wave directed towards the work piece (2). - A process in accordance with claim 1,
characterised in that
the oscillation (23, 31) has a frequency in the hertz or kilohertz range, in particular within a range of 0 < υ ≤ 200 Hz. - A process in accordance with claim 1,
characterised in that
if the friction partners (2, 34) are rotationally symmetrical the oscillation can be excited by the introduction of a rotary oscillation. - A device for the internal high-pressure forming of a work piece (2) with an internal high-pressure forming tool (3) split along the length of the work price and connected to a fluid pressure generator, the forming tool (3) and the work piece (2) forming friction partners (2, 4, 5, 10, 11, 12, 13, 18, 34) when the work piece is in the expanded state process, and with at least one sealing die (19) by means of which the work piece can be sealed axially, to carry out the process in accordance with claim 1,
characterised in that
that the device (1) contains at least one oscillation exciter which is designed in such a way that is connected to at least one of the friction partners (2, 4, 5, 10, 11, 12, 13, 18, 34) in such a way as to excite oscillation and is able to excite oscillation in it directly during the forming process. - A device in accordance with claim 10,
characterised in that
the oscillation exciter is a piezo element. - A device in accordance with claim 10,
characterised in that
the oscillation exciter is an electromagnet. - A device in accordance with claim 10,
characterised in that
the oscillation exciter is a reciprocating piston (32) which can be moved back and forth by means of an excentric drive unit (33). - A device in accordance with claim 10,
characterised in that
in the event of oscillation excitation at least one tool part (11, 12, 13, 18, 34) of the oscillation exciter is integrated in the forming tool (3). - A device in accordance with claim 10,
characterised in that
the oscillation exciter is a rotary actuator which is in active contact with a rotationally symmetrical friction partner (2, 34). - A device in accordance with claim 10,
characterised in that
the oscillation excitation is linked to the work piece (2) by means of the sealing die (19).
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