EP1283754B1 - Verfahren und vorrichtung zur hochdruckumformung - Google Patents

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EP1283754B1
EP1283754B1 EP01949337A EP01949337A EP1283754B1 EP 1283754 B1 EP1283754 B1 EP 1283754B1 EP 01949337 A EP01949337 A EP 01949337A EP 01949337 A EP01949337 A EP 01949337A EP 1283754 B1 EP1283754 B1 EP 1283754B1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
punch
force
hollow body
workpiece
transmitting means
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP01949337A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP1283754A1 (de
Inventor
Klaus Klee
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.)
Interforge Klee GmbH
Original Assignee
Interforge Klee GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE20008635U external-priority patent/DE20008635U1/de
Priority claimed from DE2000158521 external-priority patent/DE10058521A1/de
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Application granted granted Critical
Publication of EP1283754B1 publication Critical patent/EP1283754B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • 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
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/10—Stamping using yieldable or resilient pads
    • B21D22/105—Stamping using yieldable or resilient pads of tubular products

Definitions

  • the invention relates to a method for high pressure forming according to the preamble of claim 1. Such a method is known from FR-A-1 154 610.
  • both the stamp and the counter pressure have one of the corresponding shape of the finished part.
  • the manufacturing effort such stamps and counterprints are very high and the tools are accordingly expensive.
  • the pipe end is expanded with a dome.
  • the widened end of the tube is axial in a forming tool Compressed direction, whereby it takes on the contour of the forming tool.
  • the object of the invention is therefore a simple method to provide the type mentioned, which is inexpensive and At the same time, reliable process forming, especially of metal workpieces and made possible by cylindrical hollow bodies.
  • the device for hydroforming according to the embodiment according to Fig. 1 consists of a radially symmetrical embossing mold 10, which consists of two half-shells 12, 13 is composed, which is a common in the axial direction have oriented contact surface 14.
  • the two half-shells close one Cavity and form the embossing contour, not shown, with its inner surface.
  • stamp guide 18 Above the two half-shells 12, 13 there is also an embossing mold 10 belonging stamp guide 18, which has a lower base 20 and sits on the half-shells 12, 13 with this base. Through a bore 24 in the stamp guide 18, a first stamp 26 projects into the embossing mold 10.
  • the punch is essentially a cylinder that has a central coaxial bore 28 has.
  • the hole is used to hold one up to the upper edge of the Plunger guide 18 reaching plunger 30, which cannot be seen in this illustration with the appropriate diameter.
  • the embossing shape can also consist of several others Shell parts must be assembled.
  • Fig. 2 shows the interior details of the same embodiment.
  • the section runs perpendicular to the contact surface 14 between the assembled half-shells 12, 13. All other elements shown in the The devices are rotationally symmetrical about the axis 15.
  • this includes the punch guide 18 into which the first stamp 26 is introduced above.
  • 2 also shows one in the Embossed inlaid cylindrical shape and protruding downward from the embossing mold Hollow body in the form of a tubular blank 36.
  • the blank 36 is surrounded radially by the contour 40 of the embossing mold 10 and closes together with this a cavity 42.
  • a first deformable plastic element 34 is preformed in a cylindrical shape and has an inside diameter of the blank 36 corresponding cross section. It projects in with its lower axial section the cavity inside the blank 36 and fills it in the axial direction in the area of the embossing contour surrounding it.
  • the stamp guide 18 Above in hole 24 the stamp guide 18 is a second elastically deformable plastic element 32, which is tapered in the shape of a truncated cone at its lower end. It lies with its lower end face on a first deformable plastic element 34 on.
  • a plunger 30 which is attached to one on its suspended upper end, not shown, and can thus be fixed in the axial direction.
  • the plunger 30 has at the lower end an integrally formed thickened centering piece 31.
  • the centering piece 31 is embedded in an axial section 44 of the blank 36 which is not to be formed, to center the blank 36 before and during the deformation and in to fix its radial position.
  • the upper end face of the centering piece 31 forms an annular bearing surface 33 for the first elastically deformable Plastic element 34.
  • Both the first and the second deformable plastic element 34, 32 and the punch 26 have a central, coaxial bore on, which serves to accommodate the plunger 30.
  • the plunger 30 takes over when lowering the first punch 26 during the forming process in addition to the centering of the blank 36 or workpiece, the guidance of the Stamp and both plastic elements 32, 34th
  • a ring 46 On the upper end face 37 of the blank 36 is a ring 46, which is in the axial Direction is movable coaxially to the stamp guide and radially on its circumference is guided by a guide bush 48.
  • the guide bush 48 is in one Appropriate fit of the half-shells 12 and 13 inserted and closes with its upper face flush with the half shells, so that between them and the stamp guide 18 does not form a gap in the assembled state.
  • the ring 46 and the guide bush 48 form a taper from top to bottom Funnel, the radius of the bore 24 at its upper end Stamp guide 18 and at its lower end the inner radius of the blank 36 has.
  • the second deformable plastic element 32 projects so far into the funnel that it has a common contact surface with the ring 46.
  • the forming of the workpiece is carried out by lowering the first punch 26 effected by means of a press.
  • This causes pressure on the second plastic element 32 exercised, which transfers the pressure vertically downwards and thereby deformed at the same time so that its circumference grows until it passes between the cavity fills its outside and the bore inner wall of the stamp guide 18.
  • the pressure can then only be increased by expanding downwards in the direction of the first plastic element 34 are further derived.
  • the first plastic element lies on the support surface 33 of the with its suspension device in the Press suspended and thus axially fixed stopper 30.
  • the first Plastic element 34 is transferred by the second plastic element Pressure is also initially compressed in the axial direction and expands at the same time in the radial direction. With increasing pressure, it deforms it Workpiece in the radial direction outwards.
  • An increase in the circumference of the workpiece also causes a shortening in the axial direction.
  • the axial pressure that the second plastic element 32 partly frictionally and partly positively on the axially movable ring 46 transferred to the upper end 37 of the workpiece so that the workpiece during the forming in the direction of the lower opening of the embossing mold 10 pressed and wall material of the workpiece is tracked.
  • a not shown, located outside of the embossing mold 10 and compared to this Fixed support for the workpiece 36 prevents the workpiece from moving downward.
  • the ring 46 thus forms the hold-down device for the workpiece and thus a second stamp.
  • the ring 46 fulfills a sealing function: Due to the precise guidance of the ring 46 in the guide bushing 48 and due to the flat bearing of the ring on the workpiece, the cavity 42 between the blank 36 and the contour 40 of the embossing die 10 against penetration of the plastic sealed under high pressure during the deformation.
  • the inner diameter of the ring 46 is smaller than or equal to that Inner diameter of the blank, and its outer diameter, the larger or equal to the cross section of the embossing contour 40, ensures that the ring 46 rests on the workpiece at every stage of deformation.
  • the for pressing the workpiece 36 or for tracking Wall material required pressure can be selected by an appropriately selected Size of the contact surface of the second plastic element 32 on the movable Ring 46 can be chosen freely. If a larger contact pressure is required, then the outer diameter of the ring 46 and the second plastic element 32 can only be chosen correspondingly larger with the same stamping force.
  • the ring 46 is also in the area of the outer diameter of it on the workpiece on the end face so that it is radially inward Flanging of the workpiece is avoided.
  • FIG. 3 shows the final state of the forming process, in which both elastic plastic elements 32 ', 34' - still under pressure - in radial Have experienced an expansion and contracted in the axial direction are.
  • the workpiece is deformed into the finished part 36 'and follows the contour of the embossing mold.
  • the cavity 42 in FIG. 1 is between blank 36 and embossed contour 40 now completely through the finished part 36 'or the correspondingly deformed plastic element 34 'filled out.
  • the cavity is the second plastic element 32 surrounded radially in the interior of the punch guide before the forming, filled by the second plastic element 32 '.
  • the ring 46 is due to the vertically downward pressure shifted so far down in the axial direction, as the contraction in length of the workpiece due to its radial Expansion requires.
  • the plastic elements After the shaping, the first stamp 26, the plastic elements, is released again 32 ', 34' relax and get due to their Elastic properties back to their initial state 32, 34.
  • the plastic elements can now, for example, with the aid of the plunger 30 on which they rest, be lifted out of the finished part 36 'or the embossing die 10.
  • the two half-shells 12, 13 of the Embossing mold can be opened.
  • the embossing mold 10 ' only consists of the two half-shells 12 ', 13', which, as in the first embodiment, a have common interface 14 '.
  • the guidance of the first stamp 26 ' is arranged by a cylindrically symmetrical moving axis arranged along the axis 15 ' Bushing or sleeve 50 with a central bore 51 and analogous to the first Embodiment adopted by a plunger 30 '.
  • the moving sleeve 50 is in turn in a central fit 54 in the composite embossing shape 10 'performed. It has a tapered, cylindrical at its lower end Approach 52 with which it rests on the workpiece 56 to be deformed.
  • the Approach 52 has the exact same outer cross-section as the contour 40 'of Embossing shape in the corresponding upper section and also an inner diameter, approximately the inside diameter of the undeformed workpiece 56 equivalent.
  • the workpiece 56 in turn protrudes below from the embossing mold 10 ' and sits with its lower end on a not shown, outside the Embossing mold 10 'located and compared to this fixed edition.
  • the Workpiece closes with its upper end face in the still undeformed state flush with the bottom 55 of the central fit 54.
  • the plunger 30 ′ cannot be moved shown hanging device hung at its upper end and thus be fixed in the axial direction. It also has a centering piece 31 ' whose upper support surface 33 'rests on the deformable plastic element 58.
  • the plastic element 58 becomes axial Direction compresses and thereby expands in the radial direction.
  • the Plastic element 58 is thereby on the wall of the bore 51 in the moving Sleeve 50 pressed, causing a frictional connection between the plastic element 58 'and the moving sleeve is generated, which is a transmission of the vertical Force component on the moving sleeve and thus on the upper face End blank 56 causes.
  • the rotating sleeve 50 acts as a second stamp and hold down the workpiece 56 to wall material of the blank 56 track while widening.
  • the basic difference from the previous one is that the rotating sleeve 50 also serves as the stamp guide 18 and the ring 46 from Fig. 2 and Fig. 3 replaced.
  • the moving sleeve further seals the cavity between the still undeformed blank and the contour of the embossing mold against the penetration of the plastic during the deformation and also takes over the management of the stamp.
  • FIG. 5 represents a variant of a device which is not according to the invention for hydroforming.
  • This consists of two half-shells 62 and 63, which are assembled along the interface 64 into an embossing mold 60 are.
  • the composite embossing shape is again rotationally symmetrical and has a closed on its underside by a support surface 66 Recording with a radial embossed contour 68 and a cylindrical section 69 on.
  • the workpiece protrudes 70, which rests with its lower end face on the support surface 66, over the upper edge of the embossing mold 60.
  • the elastically deformable plastic element 72 is completely embedded in the workpiece 70 and also sits on the Contact surface 66.
  • the part of the workpiece protruding beyond the embossing mold 60 70 also serves as a guide for the stamp 74.
  • the principle of operation differs also differs essentially from that of the other exemplary embodiments in that the radial expansion when the plunger 74 is lowered the elastic plastic element 72 a frictional entrainment of the workpiece effected in the direction of the support surface 66.
  • On an additional hold-down device can be here due to the length of the contact surface between the plastic element 72 and workpiece 70 are dispensed with.
  • the tool shown in FIG. 5 is characterized in that it also dispenses with a plunger was and as a result the plastic element 72 and the stamp 74 none have a central bore.
  • the tappet is not in this embodiment necessary because the workpiece in the upper cylindrical portion 69 of the receptacle is sufficiently centered.
  • the workpiece 70 has one each in the arrangement shown extended sleeve shape at each of its ends.
  • This result comes with the tool 60 shown in Fig. 5 by reshaping in two steps interim turning of the workpiece achieved. It is also possible to use a To produce a tool that the molding of appropriate ends in one step allows. To do this, the embossing mold only needs two corresponding radial ones Contours at the desired distance at the opposite ends of the embossing contour exhibit.
  • FIG. 6 shows a device not according to the invention with one composed of two half-shells 82, 83 Embossing die 80, which has a central bore open at the top and bottom, shown.
  • the contact surface of both half shells is perpendicular to Image plane through the central axis 85 and is not in the section shown recognizable.
  • the embossing contour of the embossing mold 80 is in the area of the central bore in contrast to that of the previous exemplary embodiments, not cylindrically symmetrical about the central axis 85, but has a one-sided bulge 86 on.
  • the tool is for molding a tube-like side neck provided on a tubular workpiece 88. The workpiece can then processed into a T-piece in further operations.
  • the tool also has two stamps 90, 96, of which the first stamp 90 a first cylindrical section 91 with the diameter of the central bore in the embossing mold 80 and a second cylindrical section 92 with a Has diameter equal to the inside diameter of the workpiece.
  • the ring-shaped Transition surface 93 between the two sections of the first stamp 91 serves as a support for the workpiece 88, the second section 92 as a centering piece.
  • the first stamp 94 closes with its outer end face 94 flush with the underside 87 from the embossing mold 80. The position of the workpiece is therefore relative to the Position of the bulge 86 defined.
  • the second stamp 96 has on all of it Length is an outside diameter that is the inside diameter of the workpiece equivalent.
  • workpiece 88 can in principle also are formed by a corresponding gradation of the embossing die 80 by the central bore is tapered downward so that it is in the area of the first Stamp 90 has the inner diameter of the workpiece 88.
  • the first stamp Consequently, like the second stamp 96, it must then run along its entire length an outer diameter corresponding to the inner diameter of the workpiece 88 exhibit.
  • the first stamp will also be in the axial direction extended so that it protrudes downward from the embossing die 80, the result is Advantage that both stamps for axial compression of the plastic element Contribute, whereby the radial pressure distribution on the workpiece 88 over the entire axial area is uniform.
  • each show half on the left a device for executing the patented method with an inserted Hollow body before the forming and right the same device after the Forming the hollow body.
  • the device according to FIG. 7 consists of a radially symmetrical embossing mold or die 110, which is composed of two half-shells 112, 113, which a common one in the axial direction and perpendicular to the cutting plane have oriented contact surface 114. Both half shells close one A cavity 116, which is arranged rotationally symmetrically about an axis 18 and has an embossed contour 120 with a bead 121 on one side.
  • the Cavity 116 is at its front lower end through one of the two Half shells 112, 113 formed base 122 completed.
  • the cavity 116 does not necessarily have to be rotationally symmetrical, but rather can, for example, also have an embossing contour with one or more have multi-sided branches into which the bulges of a hollow body extend during the forming. Such branches can also also be provided with a counter stamp to make the forming process more controllable to design.
  • FIG. 7 also shows one inserted into the two half-shells 112, 113 of the die 110 Hollow body 124 which in a lower cylindrical portion 126 of the Embossing contour 120 is centered.
  • the hollow body 124 a piece of pipe cut to length.
  • the force transmission means can be, for example, an elastic one Plastic element with resilience, a kneadable, viscous paste or also a plastically deformable wax-containing stopper as a physical component be or contain another plastically deformable carrier substance.
  • the power transmission medium 128 lies with its lower end on the base 122, it almost completely fills the cavity inside the hollow body 124 and protrudes from the hollow body in the axial direction, so that it is in front of the Widening of the hollow body over the front upper end 130 of the hollow body 124 protrudes.
  • the second stamp 132 On the top of the upwardly open side of the die 110 is a second stamp 132.
  • the second stamp 132 has a pressure plate 133 and a pressure sleeve 134 embedded therein.
  • the pressure sleeve 134 sits with her frontal lower end on the frontal upper end 130 of the hollow body 124 on.
  • a first punch 138 In a bore penetrating the second punch 132 centrally is a first punch 138 coaxial with the central axis 118 of the die 110 aligned and managed.
  • the first stamp protrudes so far into the die, that its lower front end 140 is on the power transmission means 128 rests.
  • the contact area between the first stamp 138 and the Power transmission means can, depending on the volume required for the power transmission means also outside the die, for example in the area of the stamp guide, i.e. lie in the hole.
  • the pressure plate 133 or the second stamp 132 can even be used with a cylindrical for the purpose of volume increase Approach extended upwards.
  • the device according to FIG. 7 also has two dowel pins 142, 143 which are used for Guide the second punch 132 and serve the pressure sleeve 134 with respect possible attacking shear or buckling forces during the downward movement relieve the second stamp 132.
  • the guide bushing 134 fulfills various in the exemplary embodiment shown Tasks. Firstly, it is in the initial state before the forming of the Hollow body 124 with its tapered lower section 36 in the upper section the embossed contour 120 is inserted and thus forms by means of the outer circumference additional centering and axial guidance for the movement of the second Stamp. Furthermore, the frontal contact surface between the guide bush 134 and the upper end 130 of the hollow body 124 on the one hand the axial force for tracking wall material during expansion of the hollow body 124 initiated and at the same time the cavity between the Outer circumference of the hollow body 114 and the embossed contour 120 by positive locking of the two face-side contact surfaces 130 with respect to the cavity inside of the hollow body sealed. It is also the job of the guide bush 134, the first punch 138 coaxial to the direction of movement of the second Stamp 132 to guide and at the same time the cavity inside the hollow body 124 sufficiently to seal against the environment to escape the To prevent power transmission means 128.
  • both punches 132, 138 are in a predetermined one End position shown after the forming process.
  • the end position of the first stamp 132 is due to the support of the pressure plate 133 on the Die 110 specified.
  • the pressure sleeve 134 protrudes so far into the interior the die 10, such as the change in length of the hollow body caused by the widening 124 ideally while maintaining its original wall thickness requires.
  • the first punch 38 is lowered into the die 110 as far as it is Volume of the fully expanded hollow body 124 taking into account the Power transmission means 128 compressibility required.
  • a piece of pipe cut to length into the two half-shells 112, 113 124 inserted For example, a prefabricated one is inserted into the pipe section 124 elastically deformable plastic plug with resilience 128 introduced.
  • the second Move the punch 132 in the direction of the die 110 until the pressure sleeve 134 is open the front upper end 130 of the pipe section 124 hits and with a small but sufficient pressure is applied to the cavity inside the pipe section 124 to seal.
  • the first punch 138 is then moved until it opens hits the inserted plastic stopper.
  • Both stamps 132, 138 are then proceed hydraulically controlled in such a way that the upper end End 130 of the pipe section 124 during the expansion acting pressure equal to that Pressure is that of the first stamp 138 on the plastic plug acts.
  • the pressing process is carried out in this form until a defined one maximum pressure is reached, which is determined by the outer circumference of the pipe section 124 lies completely against the embossing contour 120 of the die 110.
  • the first and the second stamp move 138, 132 hydraulically back, and at the same time the two half-shells 112, 113 of the die 110 opened.
  • the finished pressed pipe section 124 can then one of the half shells 112, 113 removed and the plastic filling out the pipe section 124 are removed.
  • the second embodiment of a tool for performing the patented 8 has a die 110 ', which in turn consists of two Half shells 112 ', 113' is composed and a central continuous Cavity 116 'encloses in a ring.
  • the cavity 116 ' is rotationally symmetrical arranged around an axis 118 'and has an embossed contour on the inside 120 'with two beads 121', 121 ".
  • This die is suitable for one operation the two ends of an inserted hollow body 124 'at the same time wide.
  • first punch at both axial ends of the die 138 ', 138 "and coaxially a second punch 132', 132" consisting of a pressure plate 133 ', 133 "and a pressure sleeve 134', 134" are provided.
  • a second punch 132', 132 consisting of a pressure plate 133 ', 133 "and a pressure sleeve 134', 134" are provided.
  • an inherently stable, deformable force transmission element 128' is inserted, the axially on the hollow body 124 'in the initial state before the forming protrudes from both ends 130 ', 131'.
  • the two second stamps 132 ', 132 are therefore the beginning the forming process hydraulically controlled axially moving up the hollow body 124 'has assumed a position defined relative to the die 110' and its inner cavity at both ends 130 ', 131' by means of the pressure sleeves is sealed.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hochdruckumformung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist aus der FR-A-1 154 610 bekannt.
Bei Blechumformungsverfahren werden je nach gewünschter Formgebung des Fertigteils unterschiedliche Werkstückrohlinge und unterschiedliche Werkzeuge verwandt. Beispiele hierfür sind das Ziehen oder das Biegen ebener Blechzuschnitte zu Rohteilen. Bekannte Werkzeuge für das Ziehen bestehen bei einfachen Konturen im Wesentlichen aus einem Stempel und einem Ziehring oder bei aufwändigeren Konturen aus einem Stempel und einem entsprechenden Gegendruck.
In letzterem Fall besitzen sowohl der Stempel als auch der Gegendruck eine der gewünschten Form des Fertigteils entsprechende Prägekontur. Der Herstellungsaufwand solcher Prägestempel und Gegendrucke ist sehr hoch und die Werkzeuge sind dementsprechend teuer.
Beim Weiten zylindrischer Hohlkörper, insbesondere beim Herausformen von ringförmigen Sicken an deren Umfang, wie es beispielsweise bei der Verarbeitung metallischer Rohre zu Muffen für Press-Fittings geschieht, werden meist Verfahren der Fluid-Innenhochdruckumformung, oder der Rohrendumformtechnik, wie z.B. Pressen, Aufweiten, Walzen verwendet, vgl. DE 44 10 146 A1, DE 43 36 261 A1.
Bei einem solchen bekannten Verfahren werden mehrere Arbeitsschritte benötigt. Im ersten Schritt wird das Rohrende mit einem Dom aufgeweitet. In einem zweiten Schritt wird das aufgeweitete Ende des Rohres in einem Umformwerkzeug in axialer Richtung gestaucht, wodurch es die Kontur des Umformwerkzeuges annimmt.
Für die Fluid-Innenhochdruckumformung sind Vorrichtungen bekannt, die eine Zuleitung für die Hydraulikflüssigkeit und einen Stempel zum Abdichten des Hohlraums im Inneren des Hohlkörpers aufweisen. Der Stempel wird außerdem dazu verwendet, Wandungsmaterial des Hohlkörpers durch bezüglich der Zylinderachse axiale Krafteinleitung in Richtung der Stelle der Aufweitung nachzuschieben, um eine Verjüngung des Wandquerschnitts zu vermeiden. Da die Hydraulikflüssigkeit unter sehr hohem Druck eingebracht wird und eine hohe Viskosität aufweist, ist der zur Abdichtung notwendige Aufwand insbesondere bei der Umformung von Werkstücken aus Edelstahl oder Kupfer auf Grund hoher erforderlicher Drücke bis zu 10000 bar sehr groß. Dies und die für dieses Verfahren erforderliche Fluidhochdruck-Erzeugungsanlage macht ein entsprechendes Werkzeug sehr teuer. Ein anderes Problem bei der Fluid-Innenhochdruckumformung ist, dass der Wandquerschnitt des Hohlkörpers an der Stelle der Aufweitung abnimmt und somit eine Schwächung des Materials bildet.
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein einfaches Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, das kostengünstig ist und zugleich eine prozesssichere Umformung insbesondere von Werkstücken aus Metall und von zylindrischen Hohlkörpern ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Hochdruckumformung werden anhand verschiedener Ausführungsbeispiele aus den im Folgenden beschriebenen Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1
eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung;
Fig.2
einen Vollschnitt derselben Ausführungsform mit eingelegtem Rohling vor der Umformung;
Fig. 3
einen Vollschnitt derselben Ausführungsform mit umgeformtem Werkstück nach der Umformung;
Fig. 4
einen Vollschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung mit eingelegtem Rohling vor der Umformung;
Fig. 5
einen Vollschnitt eines nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung ohne Stempelführung;
Fig. 6
einen Vollschnitt eines nicht erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung;
Fig. 7
zwei zusammengefügte Halbschnitte eines fünften Beispiels einer Vorrichtung zur Ausführung des patentgemäßen Verfahrens, jeweils vor und nach Beendigung der Umformung, mit einer einseitigen Stempelmimik;
Fig. 8
zwei zusammengefügte Halbschnitte einer sechsten Vorrichtung zur Ausführung des patentgemäßen Verfahrens mit einer doppelseitigen Stempelmimik.
Die Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung nach der Ausführungsform gemäß Fig. 1 besteht aus einer radialsymmetrischen Prägeform 10, die aus zwei Halbschalen 12, 13 zusammengesetzt ist, welche eine gemeinsame in axialer Richtung orientierte Berührungsfläche 14 aufweisen. Die beiden Halbschalen schließen einen Hohlraum ein und bilden mit ihrer Innenfläche die nicht dargestellte Prägekontur. Oberhalb der beiden Halbschalen 12, 13 befindet sich eine ebenfalls zur Prägeform 10 gehörende Stempelführung 18, die einen unteren Sockel 20 aufweist und mit diesem Sockel auf den Halbschalen 12, 13 aufsitzt. Durch eine Bohrung 24 in der Stempelführung 18 ragt ein erster Stempel 26 in die Prägeform 10 hinein. Der Stempel ist im Wesentlichen ein Zylinder, der eine zentrische koaxiale Bohrung 28 aufweist. Die Bohrung dient zur Aufnahme eines bis zur Oberkante der Stempelführung 18 reichenden, in dieser Darstellung nicht erkennbaren Stößels 30 mit entsprechendem Durchmesser. Anstelle zweier in Umfangsrichtung einander ergänzender Halbschalen 12, 13 kann die Prägeform auch aus mehreren weiteren Schalenteile zusammengesetzt sein.
Der Vollschnitt in Fig. 2 zeigt die innen liegenden Details desselben Ausführungsbeispiels. Der Schnitt verläuft senkrecht zu der Berührungsfläche 14 zwischen den zusammengefügten Halbschalen 12, 13. Alle übrigen dargestellten Elemente der Vorrichtung sind rotationssymmetrisch um die Achse 15.
Hierzu gehören oberhalb der Halbschalen 12, 13 die Stempelführung 18, in die von oben der erste Stempel 26 eingeführt ist. Die Fig. 2 zeigt weiterhin einen in die Prägeform eingelegten und nach unten aus der Prägeform herausragenden zylindrischen Hohlkörper in Form eines rohrförmigen Rohlings 36. Der Rohling 36 ist radial von der Kontur 40 der Prägeform 10 umgeben und schließt zusammen mit dieser einen Hohlraum 42 ein. Ein erstes verformbares Kunststoffelement 34 ist zylinderförmig vorgeformt und weist einen dem Innendurchmesser des Rohlings 36 entsprechenden Querschnitt auf. Es ragt mit seinem unteren axialen Abschnitt in den Hohlraum im Inneren des Rohlings 36 hinein und füllt diesen in axialer Richtung im Bereich der ihn umgebenden Prägekontur aus. Darüber in der Bohrung 24 der Stempelführung 18 befindet sich ein zweites elastisch verformbares Kunststoffelement 32, das an seinem unteren Ende kegelstumpfförmig angeschrägt ist. Es liegt mit seiner unteren Stirnfläche auf einem ersten verformbaren Kunststoffelement 34 auf.
Im Zentrum der Vorrichtung befindet sich ein Stößel 30, der an einer an seinem oberen Ende befindlichen, nicht dargestellten Aufhängevorrichtung aufgehängt und somit in axialer Richtung fixiert werden kann. Am unteren Ende weist der Stößel 30 ein einstückig angeformtes verdicktes Zentrierstück 31 auf. Das Zentrierstück 31 ist in einen nicht umzuformenden axialen Abschnitt 44 des Rohlings 36 eingelassen, um den Rohling 36 vor und während der Verformung zu zentrieren und in seiner radialen Position zu fixieren. Die obere Stirnfläche des Zentrierstücks 31 bildet eine ringförmige Auflagefläche 33 für das erstes elastisch verformbare Kunststoffelement 34. Sowohl das erste und das zweite verformbare Kunststoffelement 34, 32 als auch der Stempel 26 weisen eine zentrische, koaxiale Bohrung auf, die der Aufnahme des Stößels 30 dient. Der Stößel 30 übernimmt dadurch beim Herabsenken des ersten Stempels 26 während des Umformungsvorgangs neben der Zentrierung des Rohlings 36 bzw. Werkstücks auch die Führung des Stempels sowie beider Kunststoffelemente 32, 34.
Auf der oberen Stirnfläche 37 des Rohlings 36 liegt ein Ring 46 auf, der in axialer Richtung koaxial zur Stempelführung beweglich ist und radial an seinem Umfang durch eine Führungsbuchse 48 geführt wird. Die Führungsbuchse 48 ist in eine entsprechende Passung der Halbschalen 12 und 13 eingelassen und schließt mit ihrer oberen Stirnfläche bündig mit den Halbschalen ab, so dass sich zwischen ihr und der Stempelführung 18 im montierten Zustand kein Spalt bildet. Der Ring 46 und die Führungsbuchse 48 bilden einen von oben nach unten gesehen sich verjüngenden Trichter, der an seinem oberen Ende den Radius der Bohrung 24 der Stempelführung 18 und an seinem unteren Ende den inneren Radius des Rohlings 36 aufweist. Das zweite verformbare Kunststoffelement 32 ragt soweit in den Trichter hinein, dass es mit dem Ring 46 eine gemeinsame Berührungsfläche aufweist.
Die Umformung des Werkstücks wird durch Herabsenken des ersten Stempels 26 mittels einer Presse bewirkt. Dadurch wird ein Druck auf das zweite Kunststoffelement 32 ausgeübt, das den Druck senkrecht nach unten überträgt und sich dabei gleichzeitig verformt, so dass sein Umfang wächst, bis es den Hohlraum zwischen seiner Außenseite und der Bohrungsinnenwand der Stempelführung 18 ausfüllt. Der Druck kann danach nur durch eine Expansion nach unten, in Richtung des ersten Kunststoffelements 34 weiter abgeleitet werden. Das erste Kunststoffelement liegt auf der Auflagefläche 33 des mit seiner Aufhängevorrichtung in der Presse aufgehängten und somit axialer Richtung fixierten Stöpels 30 auf. Das erste Kunststoffelement 34 wird durch den vom zweiten Kunststoffelement übertragenen Druck zunächst ebenfalls in axialer Richtung gestaucht und dehnt sich gleichzeitig in radialer Richtung aus. Bei wachsendem Druck verformt es dabei das Werkstück in radialer Richtung auswärts.
Eine Vergrößerung des Umfangs des Werkstückes bewirkt zugleich eine Verkürzung in axialer Richtung. Der axiale Druck, den das zweite Kunststoffelement 32 teils reib- und teils formschlüssig auf den axial beweglichen Ring 46 ausübt, wird auf das obere stirnseitige Ende 37 des Werkstücks übertragen, so dass das Werkstück während der Umformung in Richtung der unteren Öffnung der Prägeform 10 gedrückt und dabei Wandungsmaterial des Werkstücks nachgeführt wird. Eine nicht dargestellte, außerhalb der Prägeform 10 befindliche und gegenüber dieser ortsfeste Auflage für das Werkstück 36 verhindert das Verschieben des Werkstückes nach unten. Der Ring 46 bildet also den Niederhalter für das Werkstück und somit einen zweiten Stempel. Ein zusätzlicher Niederhalter, wie er bei bekannten Umformungswerkzeugen meist benötigt wird, und der damit verbundene mechanischen Aufwand zum Betätigen der Niederhaltefunktion und anschließendem Auslösen des Umformvorgangs entfällt. Des Weiteren erfüllt der Ring 46 eine Dichtfunktion: Durch die passgenaue Führung des Ringes 46 in der Führungsbuchse 48 und durch die ebene Auflage des Ringes auf dem Werkstück ist der Hohlraum 42 zwischen dem Rohling 36 und der Kontur 40 der Prägeform 10 gegen ein Eindringen des Kunststoffes während der Verformung unter hohem Druck abgedichtet. Dabei ist durch den Innendurchmesser des Rings 46, der kleiner oder gleich dem Innendurchmesser des Rohlings ist, und dessen Außendurchmesser, der größer oder gleich dem Querschnitt der Prägekontur 40 ist, sichergestellt, dass der Ring 46 in jedem Verformungsstadium auf dem Werkstück aufliegt.
Der zum Andrücken des Werkstückes 36 bzw. zum Nachführen von Wandungsmaterial erforderliche Druck kann durch eine entsprechend ausgewählte Größe der Auflagefläche des zweiten Kunststoffelements 32 auf dem beweglichen Ring 46 frei gewählt werden. lst also ein größerer Anpressdruck erforderlich, so muss der Außendurchmesser des Rings 46 und des zweiten Kunststoffelementes 32 bei gleichbleibender Stempelkraft nur entsprechend größer gewählt werden.
Der Ring 46 ist ferner im Bereich des Außendurchmessers seiner auf dem Werkstück aufliegenden Stirnfläche angefasst, damit eine radial nach innen gerichtete Bördelung des Werkstückes vermieden wird.
In Fig. 3 ist der Endzustand des Umformungsprozesses dargestellt, in dem beide elastischen Kunststoffelemente 32', 34' - noch unter Druck befindlich - in radialer Richtung eine Ausdehnung erfahren haben und in axialer Richtung kontrahiert sind. Das Werkstück ist zu dem Fertigteil 36' verformt und folgt der Kontur der Prägeform. Der Hohlraum 42 in Fig. 1 zwischen Rohling 36 und Prägekontur 40 ist nun vollständig durch das Fertigteil 36' bzw. das entsprechend verformte Kunststoffelement 34' ausgefüllt. Ebenso ist der Hohlraum, der das zweite Kunststoffelement 32 vor der Umformung im Inneren der Stempelführung radial umgab, durch das zweite Kunststoffelement 32' ausgefüllt. Der Ring 46 ist auf Grund des vertikal abwärts gerichteten Druckes in axialer Richtung so weit nach unten verschoben, wie es die Längenkontraktion des Werkstückes bedingt durch seine radiale Ausdehnung erfordert.
Nach der Umformung wird der erste Stempel 26 wieder gelöst, die Kunststoffelemente 32', 34' entspannen sich und gelangen aufgrund ihrer Elastizitätseigenschaften wieder in ihren Ausgangszustand 32, 34. Die Kunststoffelemente können nun beispielsweise mit Hilfe des Stößels 30, auf dem sie aufliegen, aus dem Fertigteil 36' bzw. der Prägeform 10 herausgehoben werden. Zum Herauslösen des Fertigteils 36' müssen die beiden Halbschalen 12,13 der Prägeform geöffnet werden.
In einer anderen Ausführungsform, siehe Fig. 4, besteht die Prägeform 10' nur aus den beiden Halbschalen 12', 13', die, wie beim ersten Ausführungsbeispiel, eine gemeinsame Grenzfläche 14' aufweisen. Die Führung des ersten Stempels 26' wird durch eine entlang der Achse 15' angeordnete, zylindersymmetrische mitlaufende Buchse oder Hülse 50 mit zentrischer Bohrung 51 und analog zum ersten Ausführungsbeispiel durch einen Stößel 30' übernommen. Die mitlaufende Hülse 50 ist ihrerseits in einer zentrischen Passung 54 in der zusammengesetzten Prägeform 10' geführt. Sie weist an ihrem unteren Ende einen verjüngten, zylindrischen Ansatz 52 auf, mit dem sie auf dem zu verformenden Werkstück 56 aufliegt. Der Ansatz 52 hat passgenau den gleichen äußeren Querschnitt wie die Kontur 40' der Prägeform in dem korrespondierenden oberen Abschnitt und ferner einen Innendurchmesser, der etwa dem Innendurchmesser des unverformten Werkstückes 56 entspricht. Das Werkstück 56 ragt wiederum unten aus der Prägeform 10' heraus und sitzt mit seinem unteren Ende auf einer nicht dargestellten, außerhalb der Prägeform 10' befindlichen und gegenüber dieser ortsfesten Auflage auf. Das Werkstück schließt im noch unverformten Zustand mit seiner oberen Stirnfläche bündig mit dem Boden 55 der zentrischen Passung 54 ab.
Der Stößel 30' kann wie im vorherigen Ausführungsbeispiel mittels einer nicht dargestellten Aufhängevorrichtung an seinem oberen Ende aufgehängt und somit in axialer Richtung fixiert werden. Er weist ebenfalls ein Zentrierstück 31' auf, auf dessen oberer Auflagefläche 33' das verformbare Kunststoffelement 58 aufliegt. Beim Herabsenken des ersten Stempels 26' wird das Kunststoffelement 58 in axialer Richtung komprimiert und dehnt sich dadurch in radialer Richtung aus. Das Kunststoffelement 58 wird dabei an die Wandung der Bohrung 51 in der mitlaufenden Hülse 50 angedrückt, wodurch ein Reibschluss zwischen dem Kunststoffelement 58'und der mitlaufenden Hülse erzeugt wird, der eine Übertragung der vertikalen Kraftkomponente auf die mitlaufende Hülse und damit auf das obere stimseitige Ende Rohlings 56 bewirkt. Bei zunehmender Kompression des Kunststoffelements 58 wird der Rohling in radialer Richtung verformt, bis er an der Kontur 40' der Prägeform 12' anliegt. Dabei wirkt die mitlaufende Hülse 50 als zweiter Stempel und Niederhalter des Werkstücks 56, um Wandungsmaterial des Rohlings 56 während des Weitens nachzuführen. Der grundlegende Unterschied zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel ist, dass die mitlaufende Hülse 50 zugleich die Stempelführung 18 und den Ring 46 aus Fig. 2 bzw. Fig. 3 ersetzt. Die mitlaufende Hülse dichtet also femer den Hohlraum zwischen dem noch unverformten Rohling und der Kontur der Prägeform gegen das Eindringen des Kunststoffs während der Verformung ab und übernimmt gleichzeitig die Führung des Stempels.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 stellt eine nicht erfindungsgemäße Variante einer Vorrichtung zur Innenhochdruckumformung dar. Diese besteht aus zwei Halbschalen 62 und 63, die entlang der Grenzfläche 64 zu einer Prägeform 60 zusammengesetzt sind. Die zusammengesetzte Prägeform ist wiederum rotationssymmetrisch und weist eine auf ihrer Unterseite durch eine Auflagefläche 66 verschlossene Aufnahme mit einer radialen Prägekontur 68 und einem zylindrischen Abschnitt 69 auf. Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ragt das Werkstück 70, das mit seiner unteren Stirnfläche auf der Auflagefläche 66 aufsitzt, über den oberen Rand der Prägeform 60 hinaus. Das elastisch verformbare Kunststoffelement 72 ist vollständig in das Werkstück 70 eingelassen und sitzt ebenfalls auf der Auflagefläche 66 auf. Der über die Prägeform 60 hinausragende Teil des Werkstückes 70 dient zugleich als Führung für den Stempel 74 . Das Funktionsprinzip unterscheidet sich außerdem von dem der anderen Ausführungsbeispiele im Wesentlichen dadurch, dass beim Herabsenken des Stempels 74 die radiale Ausdehnung des elastischen Kunststoffelementes 72 eine reibschlüssige Mitnahme des Werkstückes in Richtung der Auflagefläche 66 bewirkt. Auf einen zusätzlichen Niederhalter kann hier auf Grund der Länge der Berührungsfläche zwischen Kunststoffelement 72 und Werkstück 70 verzichtet werden. Darüber hinaus unterscheidet sich das in Fig. 5 gezeigte Werkzeug dadurch, dass auch auf einen Stößel verzichtet wurde und infolgedessen das Kunststoffelement 72 und der Stempel 74 keine zentrische Bohrung aufweisen. Der Stößel ist bei dieser Ausführungsform nicht notwendig, da das Werkstück in dem oberen zylindrischen Abschnitt 69 der Aufnahme ausreichend zentriert ist.
Das Werkstück 70 weist nach der Umformung in der gezeigten Anordnung je eine ausgezogene Muffenform an jedem seiner Enden auf. Dieses Ergebnis wird mit dem in Fig. 5 gezeigten Werkzeug 60 durch Umformen in zwei Arbeitsschritten mit zwischenzeitlichem Umdrehen des Werkstückes erzielt. Es ist ebenso möglich, ein Werkzeug zu erzeugen, das das Ausformen entsprechender Enden in einem Arbeitsschritt ermöglicht. Hierzu muss die Prägeform nur zwei entsprechende radiale Konturen in gewünschtem Abstand an den entgegengesetzten Enden der Prägekontur aufweisen.
In Fig. 6 ist eine nicht erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer aus zwei Halbschalen 82, 83 zusammengesetzten Prägeform 80, die eine nach oben und unten offene zentrale Bohrung aufweist, dargestellt. Die Berührungsfläche beider Halbschalen verläuft senkrecht zur Bildebene durch die zentrale Achse 85 und ist in dem dargestellten Schnitt nicht erkennbar. Die Prägekontur der Prägeform 80 im Bereich der zentralen Bohrung ist im Gegensatz zu der aus den vorherigen Ausführungsbeispielen nicht zylindersymmetrisch um die zentrale Achse 85, sondern weist eine einseitige Ausbuchtung 86 auf. Das Werkzeug ist zur Aüsformung einer rohrstumpfartigen seitlichen Aushalsung an einem rohrförmigen Werkstück 88 vorgesehen. Das Werkstück kann danach in weiteren Arbeitsgängen zu einem T-Stück verarbeitet werden. Das Werkzeug weist ferner zwei Stempel 90, 96 auf, von denen der erste Stempel 90 einen ersten zylindrischen Abschnitt 91 mit dem Durchmesser der zentralen Bohrung in der Prägeform 80 und einen zweiten zylindrischen Abschnitt 92 mit einem Durchmesser gleich dem Innendurchmesser des Werkstückes aufweist. Die ringförmige Übergangsfläche 93 zwischen beiden Abschnitten des ersten Stempels 91 dient als Auflage für das Werkstück 88, der zweite Abschnitt 92 als Zentrierstück. Der erste Stempel schließt mit seiner äußeren Stirnfläche 94 bündig mit der Unterseite 87 der Prägeform 80 ab. Die Lage des Werkstücks ist hierdurch bezüglich der Position der Ausbuchtung 86 definiert. Der zweite Stempel 96 hat auf seiner gesamten Länge einen Außendurchmesser, der dem Innendurchmesser des Werkstückes entspricht. Er ist das bewegliche Element des Werkzeuges und überträgt die Kraft zur Kompression des Kunststoffelements 98, das wie in dem vorherigen Ausführungsbeispiel vollständig in dem Werkstück 88 versenkt ist, wodurch auf eine Abdichtung des auf der Außenseite des Werkstücks liegenden Hohlraumes verzichtet werden kann. Durch die radiale Ausdehnung und die in Richtung der Übergangsfläche 93 wirkende Kraft wird wie oben eine reibschlüssige Mitnahme des Werkstückes 88 bewirkt.
Die durch die ringförmige Übergangsfläche 93 gebildete Auflagefläche für das Werkstück 88 kann in einer Abwandlung dieser Ausführungsform prinzipiell auch durch eine entsprechende Stufung der Prägeform 80 gebildet werden, indem die zentrale Bohrung nach unten verjüngt wird, so dass sie im Bereich des ersten Stempels 90 den Innendurchmesser des Werkstücks 88 aufweist. Der erste Stempel muss dann folglich, wie auch der zweite Stempel 96, auf seiner gesamten Länge einen dem Innendurchmesser des Werkstücks 88 entsprechenden Außendurchmesser aufweisen. Wird der erste Stempel außerdem in axialer Richtung verlängert, so dass er aus der Prägeform 80 nach unten herausragt, ergibt sich der Vorteil, dass so beide Stempel zur axialen Kompression des Kunststoffelements beitragen, wodurch die radiale Druckverteilung auf das Werkstück 88 über den gesamten axialen Bereich gleichmäßig ist.
Die Figuren, auf die im Folgenden Bezug genommen wird, zeigen jeweils zur Hälfte links eine Vorrichtung zur Ausführung des patentgemäßen Verfahrens mit eingelegtem Hohlkörper vor der Umformung und rechts dieselbe Vorrichtung nach der Umformung des Hohlkörpers.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 7 besteht aus einer radialsymmetrischen Prägeform oder Matrize 110, die aus zwei Halbschalen 112, 113 zusammengesetzt ist, welche eine gemeinsame in axialer Richtung und senkrecht zur Schnittebene orientierte Berührungsfläche 114 aufweisen. Beide Halbschalen schließen einen Hohlraum 116 ein, der rotationssymmetrisch um eine Achse 18 angeordnet ist und innenumfänglich eine Prägekontur 120 mit einseitiger Sicke 121 aufweist. Der Hohlraum 116 ist an seinem stirnseitigen unteren Ende durch eine von beiden Halbschalen 112, 113 gebildete Grundfläche 122 abgeschlossen.
Der Hohlraum 116 muss nicht notwendigerweise rotationssymmetrisch sein, sondem kann beispielsweise auch eine Prägekontur mit einer oder mehreren ein- oder mehrseitigen Abzweigen aufweisen, in die sich die Ausbauchungen eines Hohlkörpers während der Umformung erstrecken. Solche Abzweige können zusätzlich auch mit einem Gegenhaltestempel versehen sein, um den Umformprozess kontrollierbarer zu gestalten.
Figur 7 zeigt ferner einen in die beiden Halbschalen 112, 113 der Matrize 110 eingelegten Hohlkörper 124, der in einem unteren zylindrischen Abschnitt 126 der Prägekontur 120 zentriert ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Hohlkörper 124 ein auf Länge zugeschnittenes Rohrstück. In das Innere des Hohlkörpers 124 eingebracht befindet sich ein eigenstabiles, verformbares Kraftübertragungsmittel 128. Das Kraftübertragungsmittel kann beispielsweise ein elastisches Kunststoffelement mit Rückstellvermögen, eine knetbare, zähpastöse Masse oder auch ein plastisch verformbarer wachshaltiger Stopfen als körperhaftes Bauteil sein oder eine andere plastisch verformbare Trägersubstanz enthalten. Das Kraftübertragungsmittel 128 liegt mit seinem stimseitigen unteren Ende auf der Grundfläche 122 auf, es füllt den Hohlraum im Inneren des Hohlkörpers 124 nahezu vollständig aus und überragt den Hohlkörper in axialer Richtung, so dass es vor dem Weiten des Hohlkörpers über das stirnseitige obere Ende 130 des Hohlkörpers 124 hinausragt.
Auf der Oberseite der nach oben offenen Seite der Matrize 110 befindet sich ein zweiter Stempel 132. Der zweite Stempel 132 weist eine Andrückplatte 133 und eine darin eingelassene Andrückhülse 134 auf. Die Andrückhülse 134 sitzt mit ihrem stirnseitigen unteren Ende auf dem stimseitigen oberen Ende 130 des Hohlkörpers 124 auf. In einer den zweiten Stempel 132 zentrisch durchsetzenden Bohrung ist ein erster Stempel 138 koaxial zu der zentrischen Achse 118 der Matrize 110 ausgerichtet und geführt. Der erste Stempel ragt so weit in die Matrize hinein, dass er mit seinem unteren stirnseitigen Ende 140 auf dem Kraftübertragungsmittel 128 aufliegt. Die Berührungsfläche zwischen dem ersten Stempel 138 und dem Kraftübertragungsmittel kann je nach erforderlichem Volumen für das Kraftübertagungsmittel auch außerhalb der Matrize beispielsweise im Bereich der Stempelführung, d.h. in der Bohrung liegen. Die Andrückplatte 133 bzw. der zweite Stempel 132 kann zum Zweck der Volumenvergrößerung sogar mit einem zylindrischen Ansatz nach oben verlängert sein.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 7 weist ferner zwei Passstifte 142, 143 auf, die zur Führung des zweiten Stempels 132 dienen und die Andrückhülse 134 bezüglich eventuell angreifender Scher- oder Knickkräfte während des Abwärtsbewegens des zweiten Stempels 132 entlasten.
Die Führungsbuchse 134 erfüllt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel verschiedene Aufgaben. Zum einen ist sie in dem Ausgangszustand vor der Umformung des Hohlkörpers 124 mit ihrem verjüngten unteren Abschnitt 36 in den oberen Abschnitt der Prägekontur 120 eingeführt und bildet somit mittels des äußeren Umfangs eine zusätzliche Zentrierung und axiale Führung für die Bewegung des zweiten Stempels. Des Weiteren wird über die stirnseitige Berührungsfläche zwischen der Führungsbuchse 134 und dem oberen stirnseitigen Ende 130 des Hohlkörpers 124 einerseits die axiale Kraft zum Nachführen von Wandungsmaterial beim Weiten des Hohlkörpers 124 eingeleitet und zugleich der Hohlraum zwischen dem Außenumfang des Hohlkörpers 114 und der Prägekontur 120 durch Formschluss der beiden stimseitigen Berührungsflächen 130 gegenüber dem Hohlraum im Inneren des Hohlkörpers abgedichtet. Außerdem ist es die Aufgabe der Führungsbuchse 134, den ersten Stempel 138 koaxial zur Bewegungsrichtung des zweiten Stempels 132 zu führen und zugleich den Hohlraum im Inneren des Hohlkörpers 124 gegenüber der Umgebung ausreichend abzudichten, um Ausdringen des Kraftübertragungsmittels 128 zu verhindern.
In der rechten Hälfte von Fig. 7 sind beide Stempel 132, 138 in einer vorgegebenen Endposition nach Beendigung des Umformvorgangs dargestellt. Die Endposition des ersten Stempels 132 ist durch die Auflage der Andrückplatte 133 auf der Matrize 110 vorgegeben. Dabei ragt die Andrückhülse 134 so weit in das innere der Matrize 10, wie die durch das Weiten verursachte Längenänderung des Hohlkörpers 124 idealerweise unter Beibehaltung dessen ursprünglicher Wandstärke erfordert. Der erste Stempel 38 ist so weit in die Matrize 110 abgesenkt, wie es das Volumen des fertig aufgeweiteten Hohlkörpers 124 unter Berücksichtigung der Kompressibilität des Kraftübertragungsmittels 128 erfordert.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst in die beiden Halbschalen 112, 113 ein auf Länge zugeschnittenes Rohrstück 124 eingelegt. In das Rohrstück 124 wird beispielsweise ein vorgefertigter elastisch verformbarer Kunststoffstopfen mit Rückstellvermögen 128 eingeführt. Danach wird der zweite Stempel 132 in Richtung der Matrize 110 verfahren, bis die Andrückhülse 134 auf das stirnseitige obere Ende 130 des Rohrstücks 124 trifft und mit geringem aber ausreichenden Druck darauf wirkt, um den Hohlraum im Inneren des Rohrstücks 124 abzudichten. Anschließend wird der erste Stempel 138 verfahren, bis er auf den eingelegten Kunststoffstopfen trifft. Beide Stempel 132, 138 werden danach hydraulisch gesteuert derart verfahren, dass der auf das stimseitige obere Ende 130 des Rohrstückes 124 während des Weitens wirkende Druck gleich dem Druck ist, der von dem ersten Stempel 138 auf den Kunststoffstopfen wirkt. Der Pressvorgang wird in dieser Form so weit ausgeführt, bis ein definierter maximaler Druck erreicht wird, der dadurch bestimmt ist, dass der Außenumfang des Rohrstücks 124 vollständig an der Prägekontur 120 der Matrize 110 anliegt.
In einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann abschießend, nachdem der zweite Stempel die vorgegebene Endposition erreicht hat, auf das Kraftübertragungsmittel 128 nochmals mittels des ersten Stempels 138 ein erhöhter Druck aufgebracht werden, um die gewünschte Ausformung des Rohrstückes 124 sicherzustellen. Beide Stempel können mittels einer automatischen Regelung verfahren werden.
Nach Beendigung des Pressvorgangs fahren der erste und der zweite Stempel 138, 132 hydraulisch zurück, und gleichzeitig werden die beiden Halbschalen 112, 113 der Matrize 110 geöffnet. Das fertig gepresste Rohrstück 124 kann dann aus einer der Halbschalen 112, 113 entnommen und die Kunststofffüllung aus dem Rohrstück 124 entfernt werden.
Die zweite Ausführungsform eines Werkzeugs zur Durchführung des patentgemäßen Verfahrens gemäß Fig. 8 weist eine Matrize 110' auf, die wiederum aus zwei Halbschalen 112', 113' zusammengesetzt ist und einen zentrischen durchgehenden Hohlraum 116' ringförmig umschließt. Der Hohlraum 116' ist rotationssymmetrisch um eine Achse 118' angeordnet und weist innenumfänglich eine Prägekontur 120' mit zwei Sicken 121', 121" auf. Diese Matrize ist dazu geeignet, in einem Arbeitsgang die beiden Enden eines eingelegten Hohlkörpers 124' gleichzeitig zu weiten. Hierzu sind jeweils an beiden axialen Enden der Matrize ein erster Stempel 138', 138" und koaxial ein zweiter Stempel 132', 132" bestehend aus einer Andrückplatte 133', 133" und einer Andrückhülse 134', 134" vorgesehen. In den Hohlkörper 124' ist ein eigenstabiles, verformbares Kraftübertragungselement 128' eingelegt, das den Hohlkörper 124' im Ausgangszustand vor der Umformung axial auf beiden stimseitigen Enden 130', 131' überragt.
Die Matrize 110' weist auf Grund des durchgehenden Hohlraums nunmehr keine Grundfläche auf. Die beiden zweiten Stempel 132', 132" werden deshalb zu Beginn des Umformvorgangs hydraulisch gesteuert axial Verfahren bis der Hohlkörper 124' eine relativ zu der Matrize 110' definierte Position eingenommen hat und dessen innerer Hohlraum an beiden stirnseitigen Enden 130', 131' mittels der Andrückhülsen abgedichtet ist.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Hochdruckumformung, bei dem ein erster Stempel (26, 26', 138, 138' 138') verfahren und von diesem eine axiale Kraft auf ein Kraftübertragungsmittel ausgeübt wird, welches die Kraft auf ein in eine Prägeform (10, 10', 110, 110') eingelegtes Werkstück (36, 36', 56, 124, 124') überträgt und dieses radial gegen eine Prägekontur ( 40, 40', 120) der Prägeform (10, 10', 110, 110') andrückt, während ein Druck in axialer Richtung auf das Werkstück aufgebracht wird, um Wandungsmaterial des Werkstücks während des Weitens nachzuführen, wobei
    der Druck in axialer Richtung auf das Werkstück mittels eines zweiten Stempels (46; 50,52; 132, 132', 132") aufgebrach und als Kraftübertragungsmittel wenigstens ein elastisch verformbares Kunststoffelement (32, 32', 34, 34', 58, 128, 128' ) mit Rückstellvermögen verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungsmittel zumindest partiell den zweiten Stempel durch Reibschluss in axialer Richtung mitnimmt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastisch verformbare Kunststoffelement (32, 32', 34, 34', 58, 128, 128') aus Poly-Urethan oder Vulkollan® besteht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zum Weiten von Werkstücken in Form von zylindrischen Hohlkörpern (36, 36', 56, 124, 124') oder länglichen Hohlprofilen, mittels Innenhochdruckumformung, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verfahren des ersten Stempels (26, 26', 138, 138', 138")das dem wenigstens teilweise in den Hohlkörper (36, 36', 56, 124, 124') eingebrachten Kraftübertragungsmittel zur Verfügung stehende Volumen reduziert wird, wodurch sich das Kraftübertragungsmittel im Wesentlichen radial bezüglich der Zylinderachse des Hohlkörpers (36, 36', 56, 124, 124') ausdehnt und den Hohlkörper in Richtung der diesen umgebenden Prägeform (10, 10', 110, 110') weitet.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem zweiten Stempel ausgeübte axiale Druck mindestens teilweise durch Reibschluss von dem Kraftübertragungsmittel aufgebracht wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stempel koaxial in einer durch den zweiten Stempel gebildeten Buchse geführt ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Stempel (132, 138; 132', 138'; 132", 138") hydraulisch verfahren werden und die Stempeldrucke individuell steuerbar sind.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Weitens der zweite Stempel soweit an den Hohlkörper (124,124') herangefahren wird, bis er mit geringem Druck auf das stirnseitige Ende (40) des Hohlkörpers (124, 124') wirkt, anschließend der erste Stempel soweit an das Kraftübertragungsmittel (128, 128') herangefahren wird, bis es mit geringem Druck darauf wirkt, und danach die Drücke abwechselnd sukzessive oder gleichzeitig kontinuierlich erhöht werden, bis der zweite Stempel eine vorgegebene Endposition erreicht und der Hohlkörper (124, 124') mit seinem Außenumfang vollständig an einer Prägekontur (120, 120') der Matrize (110, 110') anliegt.
  8. Verfahren mindestens nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass, nachdem der zweite Stempel die vorgegebene Endposition erreicht hat, der erste Stempel mit einem erhöhten Druck auf das Kraftübertragungsmittel (128, 128') wirkt, um die Ausformung des Hohlkörpers (124, 124') sicherzustellen.
  9. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Stempel mittels einer zu dem Werkstück (56) und dem eingebrachten Kraftübertragungsmittel (58) koaxial bewegliche, mitlaufende Hülse (50) gebildet wird, die während des Weitens durch das teilweise axial in die mitlaufende Hülse (50) hineinragende, verformbare Kraftübertragungsmittel (58) reib- und/oder formschlüssig mitgenommen wird und die eine vertikale Kraftkomponente auf das stimseitiges Ende des Hohlkörpers überträgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungsmittel ein zweites elastisch verformbares Kunststoffelement (32, 32') aufweist, das die Kraft des ersten Stempels (26) beim Weiten des Hohlkörpers (36) auf das erste Kunststoffelement (18) und auf einen den zweiten Stempel bildenden, an dem stirnseitigen Ende (37) des Hohlkörpers (36, 36') anliegenden und in axialer Richtung koaxial zur Stempelführung (34, 34') beweglichen Ring (46) überträgt.
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