WO1999025505A2 - Verfahren und vorrichtung zur verminderung der wandreibung beim innenhochdruck-umformungsprozess - Google Patents

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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
    • B21D26/033—Deforming tubular bodies

Definitions

  • the invention relates to a method for reducing the wall friction during the internal high-pressure forming process, in particular when expanding it according to the preamble of patent claim 1.
  • the hydroforming process is used to shape (expand) hollow bodies using hydraulic active media.
  • material In order to avoid or to keep a wall thickness reduction in the area of the molding, which is usually not desired, material must be axially fed from the area of the hollow body that is not to be shaped into the forming zones.
  • this tracking is limited by the wall friction between the inner surface of the die enclosing the hollow body and the outer surface of the hollow body as a result of the high internal pressure.
  • the size of the wall friction generated during axial tracking is dependent on the level of the internal pressure, the length and shape of the tracking section and the friction pairing of the two surfaces sliding relative to one another.
  • the object of the invention is to provide a method for reducing the wall friction in the hydroforming process, in particular when expanding Specify with which a controlled axial tracking of material is possible even with longer tracking distances.
  • the area of the hollow body that is not to be reshaped is pressurized on the circumference.
  • the application can take place both in forming and in
  • Axial direction take place over several sections.
  • This pressure is preferably less than or equal to the internal pressure for the molding. Furthermore, it can be advantageous if the pressure in the axially spaced sections is different.
  • the proposed measure brings about a quasi hydrostatic bearing in this area, so that the wall friction is significantly reduced.
  • the opening is formed by a small hole. It is more advantageous to design the opening as a pocket.
  • the pressure generating system can be the existing system for generating the internal high pressure, but can also be a separate system.
  • the pockets of one section can be connected to the internal high-pressure generation system and the axially spaced-apart pockets can be connected to a separate system.
  • the pressure control can take place, for example, via throttle elements arranged in the lines.
  • the pressure effective pocket area may vary of the pressure difference should not be too large, since otherwise material of the hollow body can be pressed into the pockets during the final calibration.
  • the rounding of the edges of the pockets must be selected so that, on the one hand, no undesired markings occur on the hollow body and, on the other hand, the specified leakage rate is not exceeded and the desired pressure build-up is achieved.
  • Figure 2 shows a section in the direction A-A in Figure 1
  • FIG. 1 shows a device according to the invention for internal high pressure molding of a hollow body 1 in a longitudinal section and in FIG. 2 in a cross section in a very simplified manner.
  • the hollow body 1 to be reshaped is inserted in a die having two die halves 2, 3 and is to be provided with a molding 7 which widens in accordance with the contour 15, 15 'of the two die halves 2, 3 in the end region lying here on the left.
  • the final state of the hollow body 1 after the internal high pressure forming is shown with dashed lines.
  • both open ends of the hollow body 1 are sealed in a known manner with sealing elements 4, 5, the sealing element 5 lying on the right here at the same time also being a feed device, such as the
  • axially pockets 11, 11 ', 12, 12' are preferably arranged on the inside in both die halves 2, 3.
  • Each of these pockets 11, 11 ', 12, 12' is connected to a pressure generating system via a line 13, 13 ', 14, 14'.
  • This can be the internal high-pressure generation system, not shown here, or a separate system.
  • the size of the reduction in wall friction can be influenced by the number of pockets 11, 11 ', 12, 12', which are arranged in the circumferential direction and axially spaced apart.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Wandreibung beim Innenhochdruck-Umformungsprozess insbesondere beim Aufweitstauchen, bei dem nach dem Abdichten des umzuformenden Hohlkörpers und Aufbringen des erforderlichen Innendruckes in Abhängigkeit vom erreichten Ausformgrad ein gesteuertes axiales Nachführen von Material in die Umformzonen stattfindet. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der nicht umzuformende Bereich des Hohlkörpers außen am Umfang mit Druck beaufschlagt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Gesenk, in das der umzuformende Hohlkörper einlegbar ist, einer Dicht- und Vorschubeinrichtung sowie einer Innendruckerzeugungsanlage, die über eine Leitung mit dem Inenneraum des Hohlkörpers verbindbar ist. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der im nicht umzuformenden Bereich des Hohlkörpers (1) liegende Teil des Gesenks (2, 3) auf der Inennseite mindestens eine Öffnung aufweist, die über eine Leitung (13, 13', 14, 14') mit einer Druckerzeugungsanlage verbunden ist.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung der Wandreibung beim Innenhochdruck-Umformungsprozess
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Wandreibung beim Innenhochdruck-Umformungsprozess insbesondere beim Aufweitstauchen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Der Innenhochdruck-Umformungsprozess dient zum Ausformen (Aufweiten) von Hohlkörpern mittels hydraulischer Wirkmedien. Um eine meistens nicht erwünschte Wanddickenreduktion im Bereich der Ausformung zu vermeiden bzw. gering zu halten, muss vom nicht umzuformenden Bereich des Hohlkörpers Material in die Umformzonen axial nachgeführt werden. Dieses Nachführen ist aber durch die infolge des hohen Innendruckes entstehende Wandreibung zwischen der Innenfläche des den Hohlkörper umschließenden Gesenkes und der Außenfläche des Hohlkörpers beschränkt. Die Größe der beim axialen Nachführen entstehenden Wandreibung ist abhängig von der Höhe des Innendruckes, der Länge und der Form der Nachführstrecke sowie der Reibungspaarung der beiden relativ zueinander gleitenden Flächen. Um die letztgenannte Einflussgröße zu verringern, ist bereits vorgeschlagen worden, Öle und Gleitlacke zu verwenden, die auf die Außenoberfläche des Hohlkörpers im nicht umzuformenden Bereich vor der Umformung aufgetragen werden. Dies führt aber in den wenigsten Fällen zum erwünschten Erfolg, insbesondere dann, wenn die Nachführstrecke lang ist. Ein weiterer Nachteil betrifft die Kosten für die aufzutragenden Mittel sowie das Reinigungs- und Entsorgungsproblem.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Verminderung der Wandreibung beim Innenhochdruck-Umformungsprozess insbesondere beim Aufweitstauchen anzugeben, mit dem auch bei längeren Nachführstrecken ein gesteuertes axiales Nachführen von Material möglich ist.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind Bestandteil von Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird der nicht umzuformende Bereich des Hohlkörpers am Umfang mit Druck beaufschlagt. Die Beaufschlagung kann sowohl in Umformungs- wie in
Axialrichtung über mehrere Abschnitte erfolgen. Vorzugsweise ist dieser Druck kleiner oder gleich dem Innendruck für die Ausformung. Weiterhin kann es von Vorteil sein, wenn der Druck in den axial beabstandeten Abschnitten unterschiedlich ist. Die vorgeschlagene Maßnahme bewirkt eine quasi hydrostatische Lagerung in diesem Bereich, so dass die Wandreibung signifikant reduziert wird.
Die Vorteile, die sich daraus ergeben, sind zum einen die Erhöhung der Umformgrade in der Umformzone durch erleichtertes axiales Nachführen von Material. Zweitens wird die meistens nicht erwünschte Wanddickenreduktion im Bereich der Umformung signifikant verringert und unter Umständen sogar ganz vermieden. Drittens wird durch diese Maßnahme eine Wandaufdickung in der Stauchzone verringert, bestenfalls sogar auch ganz vermieden.
Zur Durchführung des Verfahrens wird vorgeschlagen, im nicht umzuformenden Bereich des Hohlkörpers liegenden Teil des Gesenks auf der Innenseite mindestens eine Öffnung anzuordnen, die über eine Leitung mit einer Druckerzeugungsanlage verbunden ist. Im einfachsten Fall wird die Öffnung durch eine kleine Bohrung gebildet. Vorteilhafter ist die Ausbildung der Öffnung als Tasche. Die Druckerzeugungsanlage kann die bereits vorhandene Anlage zur Erzeugung des Innenhochdruckes sein, kann aber auch eine separate Anlage sein. Um in den einzelnen Abschnitten verschiedene Drücke aufbauen zu können, kann man die Taschen des einen Abschnittes mit der Innenhochdruckerzeugungsanlage und die axial davon beabstandeten Taschen mit einer separaten Anlage verbinden. Die Druckregelung kann beispielsweise über in den Leitungen angeordnete Drosselelemente erfolgen. Die druckwirksame Taschenfläche darf in Abhängigkeit von der Druckdifferenz nicht zu groß sein, da ansonsten beim abschließenden Kalibrieren Material des Hohlkörpers in die Taschen gedrückt werden kann. Die Abrundung der Kanten der Taschen muß so gewählt werden, dass zum einen keine unerwünschten Markierungen auf dem Hohlkörper entstehen und zum anderen die festgelegte Leckagerate nicht überschritten und der angestrebte Druckaufbau erreicht wird.
In der Zeichnung wird anhand eines Ausführungsbeispieles das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete
Vorrichtung zum Innenhochdruckformen eines Hohlkörpers
Figur 2 einen Schnitt in Richtung A-A in Figur 1
In Figur 1 ist in einem Längsschnitt und in Figur 2 in einem Querschnitt in einer sehr vereinfachten Art und Weise eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung zum Innenhochdruckformen eines Hohlkörpers 1 dargestellt. Der umzuformende Hohlkörper 1 ist in einem zwei Gesenkhälften 2, 3 aufweisenden Gesenk eingelegt und soll eine entsprechend der Kontur 15,15' der beiden Gesenkhälften 2, 3 im hier links liegenden Endbereich aufweitende Ausformung 7 erhalten. Mit gestrichelten Linien ist der Endzustand des Hohlkörpers 1 nach der Innenhochdruckumformung dargestellt. Vor Aufbringen des Innenhochdruckes werden in bekannter Weise beide offenen Enden des Hohlkörpers 1 mit Dichtelementen 4, 5 abgedichtet, wobei das hier rechts liegende Dichtelement 5 gleichzeitig auch Vorschubeinrichtung ist, wie der
Pfeil 6 deutlich macht. Damit soll kenntlich gemacht werden, dass, falls erforderlich, für die Ausformung 7 der nicht umzuformende Bereich 8 des Hohlkörpers 1 gesteuert axial nachgeführt werden kann. Die Einzelheiten, in welcher Art und Weise die Dichtelemente 4, 5 ausgebildet sind, wurden hier der Einfachheit halber weggelassen.
Im hier links liegenden Dichtelement 4 ist eine durch dieses sich erstreckende Bohrung 9 angeordnet, die den Innenraum 10 des Hohlkörpers 1 mit der hier nicht dargestellten Innenhochdruckerzeugungsanlage verbindet. Damit beim axialen Nachführen des nicht umzuformenden Bereiches 8 des Hohlkörpers 1 die Wandreibung zwischen Hohlkörper 1 und Gesenkhälften 2, 3 signifikant verringert wird, sind in beiden Gesenkhälften 2, 3 auf der Innenseite vorzugsweise Taschen 11 , 11', 12, 12' angeordnet. Jede dieser Taschen 11 , 11', 12, 12' ist über eine Leitung 13, 13', 14, 14' mit einer Druckerzeugungsanlage verbunden. Diese kann die hier nicht dargestellte Innenhochdruckerzeugungsanlage oder eine separate Anlage sein. Durch die Anzahl der Taschen 11 , 11 ',12, 12', die in Umfangsrichtung und axial beabstandet voneinander angeordnet werden, kann die Größe der Verminderung der Wandreibung beeinflusst werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verminderung der Wandreibung beim Innenhochdruck- Umformungsprozess insbesondere beim Aufweitstauchen, bei dem nach dem
Abdichten des umzuformenden Hohlkörpers und Aufbringen des erforderlichen Innendruckes in Abhängigkeit vom erreichten Ausformgrad ein gesteuertes axiales Nachführen von Material in die Umformzonen stattfindet, dadurch gekennzeichnet, dass der nicht umzuformende Bereich des Hohlkörpers außen am Umfang mit
Druck beaufschlagt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung mindestens zwei voneinander beabstandete
Abschnitte mit Druck beaufschlagt werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass axial beabstandet zum ersten Umfangsbereich mindestens ein weiterer
Umfangsbereich mit Druck beaufschlagt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck für die Beaufschlagung gleich oder kleiner als der Innendruck für die Ausformung ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck für die Beaufschlagung in den einzelnen Abschnitten unterschiedlich ist.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Gesenk, in das der umzuformende Hohlkörper einlegbar ist, einer Dicht- und Vorschubeinrichtung sowie einer Innendruckerzeugungsanlage, die über eine Leitung mit dem Innenraum des Hohlkörpers verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der im nicht umzuformenden Bereich des Hohlkörpers (1) liegende Teil des Gesenks (2,3) auf der Innenseite mindestens eine Öffnung aufweist, die über eine Leitung (13, 13', 14, 14') mit einer Druckerzeugungsanlage verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung als Tasche (11 , 11', 12, 12') ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass symmetrisch über den Umfang mindestens zwei Taschen (11 ,11') verteilt angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass axial beabstandet im Gesenk (2,3) weitere Taschen (12,12') vorgesehen sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen über Leitungen (13, 13', 14, 14') mit der Innendruckerzeugungsanlage und / oder mit einer separaten
Druckerzeugungsanlage verbunden sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 - 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Leitungen (13, 13', 14, 14') Drosselelemente angeordnet sind.
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