EP1648631A1 - Verfahren zum herstellen eines längsgeschlitzten hohlprofils mit mehreren, im querschnitt verschiedenen längsabschnitten aus einer ebenen blechplatine - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines längsgeschlitzten hohlprofils mit mehreren, im querschnitt verschiedenen längsabschnitten aus einer ebenen blechplatine

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EP1648631A1
EP1648631A1 EP04740154A EP04740154A EP1648631A1 EP 1648631 A1 EP1648631 A1 EP 1648631A1 EP 04740154 A EP04740154 A EP 04740154A EP 04740154 A EP04740154 A EP 04740154A EP 1648631 A1 EP1648631 A1 EP 1648631A1
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hollow profile
blank
longitudinal
die
transition area
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    • B21C37/185—Making tubes with varying diameter in longitudinal direction conical tubes starting from sheet material

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a longitudinally slotted hollow profile, in particular as a preliminary product of a longitudinally welded hollow profile - from a flat sheet metal plate which consists of several longitudinal sections with different cross sections, of which at least one section increases or decreases over its length.
  • Hollow sections of this type can be produced in various ways.
  • the hollow profile is welded together from individual blanks.
  • a hollow profile with a small cylindrical longitudinal section, a subsequent conical longitudinal section and an adjoining cylindrical longitudinal section with a larger diameter has an overall constant wall thickness, but its production is complex because of the longitudinal sections which can be individually cut, then shaped and then welded together ,
  • the weld seams form locations of inhomogeneities, which are necessary for further processing
  • Example of high-pressure forming which are disadvantageous and are the starting points for crack formation during further forming and during later operational use.
  • the hollow profile is made from a one-piece blank.
  • the hollow profile can be widened by internal high pressure forming. If you wanted to produce a hollow profile shape of the example described, the cross-sectional expansion would be at the expense of the wall thickness. Therefore, this manufacturing process is of limited use.
  • the invention is based on the issue of developing a less complex manufacturing process for hollow profiles with longitudinally different cross sections from sheet metal blanks, in which there is at most only a small amount of undesirable local thinning of the material and practically none Wrinkling is coming.
  • the hollow profile should be as homogeneous as possible over its entire surface in order to be able to be reshaped without damage.
  • the blank is deformed in a U-shape in its longitudinally extending central area, shifting from the material to compensate for material deficiency or excess material in each transition area.
  • the U-shaped blank is inserted with its closed area into a first die half of a die corresponding to the hollow profile.
  • the U-shaped deformation preferably takes place in the first half of the die, in particular using a correspondingly profiled core.
  • the invention is based on the idea that in the transition areas, where due to the development of the hollow profile material shortage or
  • the blank can be bent inwards on its longitudinal edges before the forming in the die.
  • the bending radius of the bent longitudinal edges should at most be equal to the smallest radius of curvature of the hollow profile.
  • FIG. 1 shows a blank of a sheet metal blank
  • FIG. 2 shows the blank according to FIG. 1 with bent longitudinal edges
  • FIG. 3 shows a first forming step of the blank according to FIGS. 1 and 2 in a die with a core in a perspective view
  • Figure 4 shows a second forming step of the blank according to Figures 1 and 2 in the die of Figure 3 in a perspective view
  • Figure 5 shows the hollow profile after removal from the mold in a perspective view.
  • a hollow profile 1 corresponding to FIG. 5 is formed from a one-piece blank of a sheet metal blank, which is composed of three longitudinal sections 2, 3, 4, namely a cylindrical longitudinal section 2 with a small diameter, a conically widening longitudinal section 3 and a cylindrical longitudinal section 4 larger diameters.
  • the cutting of the sheet metal blank can be divided into three areas 5, 6, 7.
  • the areas 5 and 7 have a substantially rectangular cross section, while the area 6 between them has a substantially trapezoidal cross section.
  • a special feature at This blank 5, 6, 7 consists in that the otherwise straight cut edges are rounded in the transition areas 8, 9 between the areas 5, 6, 7, namely the cut edges 8a, 8b are rounded from the smaller rectangular area 5 to the trapezoidal area 6 , while the cut edges 9a, 9b are rounded from the trapezoidal area 6 to the larger rectangular area 7.
  • additional material is made available for the transition area 8, while material is removed for the transition area 9.
  • a lack of material in the areas 8c, 8d of the transition area 8 and an excess of material in the areas 9c, 9d of the transition area 9, which would result if the hollow profile to be formed were developed in the plane, are compensated for.
  • the blank according to FIG. 1 is formed into the hollow profile of FIG. 5 step by step.
  • the longitudinal edges ⁇ a, ⁇ b, 7a, 7b, 5a, 5b are preferably first bent inwards, in particular with a bending radius which is at most equal to the smallest radius of curvature of the later hollow profile.
  • FIG. 2 shows the blank prepared for the actual forming.
  • This blank 5, 6, 7 is then shaped according to FIG. 3 with its central region extending in the longitudinal direction in a first die half 10a of a die 10a, 10b adapted to the later hollow profile with the aid of a core 11, so that a U-shaped molded part with upright Legs 12a, 12b are formed.
  • material is shifted in the transition areas 8, 9, so that at most there is only a very small amount of compression and material thickening or thinning in the transition areas.
  • the legs 12a, 12b are bent toward one another with a second die half 10b, if appropriate after removal of the core 11, by resting against the second die half 10b until the die 10a, 10b is complete closed is.
  • a sword 13 carried by the core 11 serves as a centering for the longitudinal cutting edges.
  • this second forming step too, there is a material shift in the transition areas 8, 9, so that material thinning or thickening essentially does not occur.
  • the longitudinal cut edges meet and form a linear weldable edge joint.
  • the preformed hollow profile produced in this way stands for further forming processes after the longitudinal seam welding, for example

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Hohlprofilen mit über ihre Länge unterschiedlichen Querschnitten. Die Hohlprofile werden aus einem ebenen einteiligen Blechzuschnitt (5, 6, 7) im Gesenk geformt, wobei durch ausgerundete oder abgerundete Längsschnittkanten (8a, 8b, 9a, 9b) in den Übergangsbereichen (8, 9) für Materialüberschuß oder Materialmangel gesorgt wird, so daß es beim Umformen nicht zu Materialausdünnungen oder Materialverdickungen in den Übergangsbereichen (8, 9) kommt.

Description

Verfahren zum Herstellen eines längsgeschlitzten Hohlprofils mit mehreren- im Querschnitt verschiedenen Längsabschnitten aus einer ebenen Blechplatine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines längsgeschlitzten Hohlprofils, insbesondere als Vorprodukt eines längsnahtgeschweißten Hohlprofils- aus einer ebenen Blechplatine- das aus mehreren im Querschnitt verschiedenen Längsabschnitten besteht, von denen mindestens ein Abschnitt über seine Länge sich vergrößert oder verkleinert .
Hohlprofile dieser Art können auf verschiedene Art und Weise hergestellt werden. Bei einem ersten Herstellungsverfahren, von dem die Erfindung ausgeht, ist das Hohlprofil aus einzelnen Zuschnitten zusammengeschweißt. So hat ein Hohlprofil mit einem im Durchmesser kleinen zylindrischen Längsabschnitt, einem sich anschließenden konischen Längsabschnitt und einem sich daran anschließenden im Durchmesser größeren zylindrischen Längsabschnitt zwar insgesamt eine konstante Wandstärke, doch ist seine Herstellung wegen der einzeln zuzuschneidenden, dann zu formenden und anschließend zusammenzuschweißenden Längsabschnitte aufwendig. Hinzu kommt, dass die Schweißnähte Orte von Inhomogenitäten bilden, die für eine umformende Weiterverarbeitung, zum Beispiel Innenhochdruckumformen, von Nachteil und Ausgangspunkte für eine Rissbildung bei weiterer Umformung und beim späteren betrieblichen Einsatz sind.
Bei einem anderen bekannten Herstellungsverfahren wird das Hohlprofil aus einem einteiligen Zuschnitt gefertigt. Um in einzelnen Längsabschnitten unterschiedliche Querschnitte zu erhalten, kann das Hohlprofil durch Innenhochdruckumformen aufgeweitet werden. Würde man eine Hohlprofilform des beschriebenen Beispiels herstellen wollen, dann würde die Querschnittserweiterung voll zu Lasten der Wandstärke gehen. Deshalb ist dieses Herstellungsverfahren nur eingeschränkt brauchbar.
Schließlich ist ein zweistufiges Verfahren zum Herstellen eines Hohlprofils mit Flansch bekannt (DE 199 05 365 AI) , bei dem in einer ersten Stufe ein ansonsten rechteckförmiges Hohlprofil mit einem hakenförmigen Flansch und einer stufenförmigen Einbuchtung hergestellt wird. Um den Querschnitt dieses Hohlprofils zu vergrößern, wird es in einer nachfolgenden Stufe durch Innenhochdruck aufgeweitet und erhält damit seine endgültige Form. Die zuvor geschilderte Problematik der Wandstärkenveränderung beim Innenhochdruckumformen infolge unterschiedlicher Querschnitte in einzelnen Längsabschnitten des Hohlprofils ist bei diesem Stand der Technik nicht behandelt.
Der Erfindung liegt die Ausgabe zugrunde, ein wenig aufwendiges Herstellungsverfahren für Hohlprofile mit in Längsrichtung unterschiedlichen Querschnitten aus Blechzuschnitten zu entwickeln, bei dem es allenfalls nur in geringem Umfang zu unerwünschten örtlichen Materialausdünnungen und praktisch zu keiner Faltenbildung kommt. Das Hohlprofil soll über seine gesamte Oberfläche möglichst homogen sein, um schadlos weiter umgeformt werden zu können.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch folgende Merkmale gelöst:
• Es wird von einem einteiligen Zuschnitt der Blechplatine ausgegangen, die an jedem Übergangsbereich von einem kleinen Querschnitt auf einen größeren Querschnitt des späteren Hohlprofils beziehungsweise umgekehrt ausgerundete beziehungsweise abgerundete Längsschnittkanten zur Bereitstellung von Ausgleichsmaterial für einen Materialmangel beziehungsweise Materialüberschuss in jedem Übergangsbereich beim späteren Umformen aufweist.
• Der Zuschnitt wird in seinem sich in Längsrichtung erstreckenden mittleren Bereich unter Verlagerung vom Material zum Ausgleich von Materialmangel beziehungsweise Materialüberschuss in jedem Übergangsbereich U-förmig verformt.
• Der U-förmig verformte Zuschnitt wird mit seinem geschlossenen Bereich in eine erste Gesenkhälfte eines dem Hohlprofil entsprechenden Gesenks eingesetzt.
• Die Schenkel des U-förmig verformten Zuschnittes werden mit einer zweiten Hälfte des Gesenks unter Einsatz eines Führungsschwertes für die Längsschnittkanten zusammengeführt, wobei Material in jedem Übergangsbereich zum Ausgleich von Materialmangel beziehungsweise Materialüberschuss verlagert wird. • Entformen des Hohlprofils.
Vorzugsweise erfolgt die U-förmige Verformung bereits in der ersten Gesenkhälfte insbesondere unter Verwendung eines entsprechend profilierten Kerns.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass in den Übergangsbereichen, wo aufgrund der Abwicklung des Hohlprofils Materialmangel beziehungsweise
Materialüberschuss besteht, der beim Formen des Hohlprofils durch Strecken (Ausdünnen) oder Stauchen (Verdicken) der Wandung ausgeglichen werden könnte, dieser Materialmangel beziehungsweise dieser Materialüberschuss durch die ausgerundeten beziehungsweise abgerundeten Randbereiche bei entsprechender Materialverlagerung ausgeglichen wird, so dass im Gesenk ein Hohlprofil auch mit im Durchmesser unterschiedlichen Längsabschnitten ohne nennenswerte Ausdünnung und Verdickung auch in den kritischen Übergangsbereichen aus einem einzigen Zuschnitt hergestellt wird. Es versteht sich, dass von „abgerundet und „ausgerundet" nicht streng kreisbogenförmige Schnittkanten, sondern alle Schnittkanten erfasst werden, die nicht die sonst scharfen Ecken an den Übergängen haben, insbesondere Kanten, die einem polynomischen, stetigen Kurvenverlauf folgen.
Um das Umformen im Gesenk zu erleichtern, kann der Zuschnitt vor dem Umformen im Gesenk an seinen Längsrändern nach innen umgebogen werden. Dabei sollte der Biegeradius der umgebogenen Längsränder höchstens gleich dem kleinsten Krümmungsradius des Hohlprofils sein. Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Figur 1 einen Zuschnitt einer Blechplatine,
Figur 2 den Zuschnitt gemäß Figur 1 mit umgebogenen Längsrändern,
Figur 3 einen ersten Umformschritt des Zuschnittes gemäß Figur 1 und 2 in einem Gesenk mit einem Kern in perspektivischer Darstellung,
Figur 4 einen zweiten Umformschritt des Zuschnittes gemäß Figur 1 und 2 in dem Gesenk der Figur 3 in perspektivischer Darstellung
u n d
Figur 5 das Hohlprofil nach dem Entformen in perspektivischer Darstellung.
Beim Ausführungsbeispiel wird aus einem einteiligen Zuschnitt einer Blechplatine ein Hohlprofil 1 entsprechend Figur 5 geformt, das sich aus drei Längsabschnitten 2, 3, 4 zusammensetzt, und zwar einem zylindrischen Längsabschnitt 2 mit einem kleinen Durchmesser, einem sich konisch erweiternden Längsabschnitt 3 und einem zylindrischen Längsabschnitt 4 größeren Durchmessers. Entsprechend lässt sich der Zuschnitt der Blechplatine in drei Bereiche 5, 6, 7 aufteilen. Die Bereiche 5 und 7 haben einen im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt, während der dazwischenliegende Bereich 6 einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt aufweist. Eine Besonderheit bei diesem Zuschnitt 5, 6, 7 besteht darin, dass in den Übergangsbereichen 8, 9 zwischen den Bereichen 5, 6, 7 die sonst geraden Schnittkanten gerundet sind, und zwar sind die Schnittkanten 8a, 8b vom kleineren rechteckförmigen Bereich 5 zum trapezförmigen Bereich 6 ausgerundet, während die Schnittkanten 9a, 9b vom trapezförmigen Bereich 6 zum größeren rechteckförmigen Bereich 7 abgerundet sind. Dadurch wird für den Übergangsbereich 8 zusätzliches Material zur Verfügung gestellt, während für den Übergangsbereich 9 Material abgenommen ist. Mit dieser Materialzugabe beziehungsweise Materialabnahme wird ein Materialmangel in den Bereichen 8c, 8d des Übergangsbereichs 8 und ein Materialüberschuss in den Bereichen 9c, 9d des Übergangsbereichs 9 kompensiert, der sich bei Abwicklung des zu formenden Hohlprofils in die Ebene ergeben würde.
Dieses Prinzip der Zurverfügungstellung von Material beziehungsweise der Wegnahme von Material an Übergangsbereichen 8, 9 der beim Ausführungsbeispiel für eine einfache geometrische Form dargestellt ist, lässt sich auch bei komplizierteren Hohlprofilformen verwirklichen, auch bei elliptischen, rechteckigen und verschiedenartigen Übergangsbereichen, zum Beispiel von rund auf rechteckig und dergleichen.
Die Umformung des Zuschnittes gemäß Figur 1 zum Hohlprofil der Figur 5 erfolgt schrittweise. Vorzugsweise werden zunächst die Längsränder βa, βb, 7a, 7b, 5a, 5b nach innen umgebogen, insbesondere mit einem Biegeradius, der höchstens gleich dem kleinsten Krümmungsradius des späteren Hohlprofils ist. In Figur 2 ist der so für die eigentliche Umformung vorbereitete Zuschnitt dargestellt. Dieser Zuschnitt 5, 6, 7 wird dann entsprechend Figur 3 mit seinem in Längsrichtung sich erstreckenden mittleren Bereich in einer ersten Gesenkhälfte 10a eines dem späteren Hohlprofil angepassten Gesenks 10a, 10b unter Zuhilfenahme eines Kerns 11 eingeformt, so dass ein U-förmiges Formteil mit aufrechtstehenden Schenkeln 12a, 12b entsteht. Schon bei diesem Umformschritt in der ersten Gesenkhälfte 10a wird in den Übergangsbereichen 8, 9 Material verlagert, so dass es allenfalls nur in sehr geringem Umfang zu Stauchungen und Materialverdickungen oder Ausdünnungen in den Übergangsbereichen kommt.
In einem weiteren Umformschritt gemäß Figur 4 werden - gegebenenfalls nach Entfernen des Kerns 11 - die Schenkel 12a, 12b mit einer zweiten Gesenkhälfte 10b aufeinander zu gebogen, indem sie sich beim Absenken der zweiten Gesenkhälfte 10b an dieser anlegen, bis das Gesenk 10a, 10b vollständig geschlossen ist. Dabei dient ein vom Kern 11 getragenes Schwert 13 als Zentrierung für die Längsschnittkanten. Auch bei diesem zweiten Umformschritt kommt es zu einer Materialverlagerung in den Übergangsbereichen 8, 9, so dass Materialausdünnungen oder Materialverdickungen im wesentlichen nicht auftreten.
Nach Entformen der zum Hohlprofil umgeformten Platine stoßen die Längsschnittkanten aufeinander und bilden einen linearen schweißbaren Kantenstoß. Das so hergestellte vorgeformte Hohlprofil steht nach der Längsnahtschweißung für weitere Umformprozesse, zum Beispiel
Innenhochdruckumformen, zur Verfügung, bei denen es dann wegen der Vorform nur noch vergleichsweise wenig verformt zu werden braucht . Es versteht sich, dass bei Hohlprofilen mit an beiden Enden kleineren Querschnitten als im mittleren Bereich der Kern für den zweiten Umformschritt entfernt werden muss. In diesem Fall übernimmt das Schwert 13 gemeinsam mit der zweiten Gesenkhälfte 10b die Führungsaufgabe. Es versteht sich auch, dass das Schwert 13 beliebig gehalten sein kann, beispielsweise auch an der zweiten Gesenkhälfte 10b.

Claims

Juni 2004
A N S P R U C H E
Verfahren zum Herstellen eines längsgeschlitzten Hohlprofils (1) , insbesondere als Vorprodukt eines längsnahtgeschweißten Hohlprofils, aus einer ebenen Blechplatine, das aus mehreren im Querschnitt verschiedenen Längsabschnitten (5, β, 7) besteht, von denen mindestens ein Längsabschnitt (6) über seine Länge sich vergrößert oder verkleinert, mit folgenden Merkmalen: • Es wird von einem einteiligen Zuschnitt (5, 6, 7) der Blechplatine ausgegangen, die an jedem Übergangsbereich (8, 9) von einem kleinen Querschnitt auf einen größeren Querschnitt des späteren Hohlprofils (1) beziehungsweise umgekehrt ausgerundete beziehungsweise abgerundete Längsschnittkanten (8a, 8b, 9a, 9b) zur Bereitstellung von Ausgleichsmaterial für einen Materialmangel beziehungsweise Materialüberschuß in jedem Übergangsbereich (8, 9) beim späteren Umformen aufweist. • Der Zuschnitt wird in seinem sich in Längsrichtung erstreckenden mittleren Bereich (6) unter Verlagerung von Material zum Ausgleich von Materialmangel beziehungsweise Materialüberschuss in jedem Übergangsbereich (8, 9) U-förmig verformt
• Der U-förmig verformte Zuschnitt wird mit seinem geschlossenen Bereich in eine erste Gesenkhälfte (10a) eines dem Hohlprofil (1) entsprechenden Gesenks (10a, 10b) eingesetzt. • Die Schenkel (12a, 12b) des U-förmig verformten Zuschnittes werden mit einer zweiten Gesenkhälfte (10b) der Gesenks (10a, 10b) unter Einsatz eines Führungsschwertes (13) für die Längsschnittkanten zusammengeführt, wobei Material in jedem Übergangsbereich (8, 9) zum Ausgleich von Materialmangel beziehungsweise Materialüberschuß verlagert wird. • Entformen des Hohlprofils (1) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die U-förmige Verformung des Zuschnittes (5, 6, 7) in der ersten Gesenkhälfte (10a) insbesondere unter Verwendung eines entsprechend profilierten Kerns (11) erfolgt .
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuschnitt (5, 6, 7) vor dem Umformen im Gesenk (10a, 10b) an seinen Längsrändern (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) nach innen umgebogen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegeradius der umgebogenen Längsränder (5a, 5b, 6a, 6b, 7a, 7b) höchstens gleich dem kleinsten Krümmungsradius des Hohlprofils (1) ist.
EP04740154A 2003-07-01 2004-06-22 Verfahren zum herstellen eines längsgeschlitzten hohlprofils mit mehreren, im querschnitt verschiedenen längsabschnitten aus einer ebenen blechplatine Not-in-force EP1648631B1 (de)

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