WO2009043500A1 - Method and device for forming a bar stock, bar stock - Google Patents

Method and device for forming a bar stock, bar stock Download PDF

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WO2009043500A1
WO2009043500A1 PCT/EP2008/007979 EP2008007979W WO2009043500A1 WO 2009043500 A1 WO2009043500 A1 WO 2009043500A1 EP 2008007979 W EP2008007979 W EP 2008007979W WO 2009043500 A1 WO2009043500 A1 WO 2009043500A1
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WO
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forming tool
rod material
diameter
forming
bending
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PCT/EP2008/007979
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Inventor
Matthias Hermes
Bastian Kurze
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Universität Dortmund
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Priority to AT08802474T priority patent/ATE507015T1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C3/00—Profiling tools for metal drawing; Combinations of dies and mandrels
    • B21C3/02—Dies; Selection of material therefor; Cleaning thereof
    • B21C3/12—Die holders; Rotating dies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C3/00—Profiling tools for metal drawing; Combinations of dies and mandrels
    • B21C3/02—Dies; Selection of material therefor; Cleaning thereof
    • B21C3/08—Dies; Selection of material therefor; Cleaning thereof with section defined by rollers, balls, or the like

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for forming a rod material and a rod material, on the one hand, a reduction of the cross-section takes place and additionally a bending of the rod material is performed.
  • the tube bending processes known today are generally associated with high tooling costs, since the bending tools have to be adapted to the respective workpiece and in particular have to be specially adjusted to the respective pipe diameter.
  • the radii or contours to be bent are each imaged by the tool.
  • the object of the invention is therefore to at least partially solve the problems described with reference to the prior art and in particular to provide a method and a device by the particular thin-walled rod materials, such as pipes, as well as rod materials with novel high-strength materials simply, exactly and are low cost formable.
  • the object is achieved by a method for forming a rod material, comprising at least the following steps: a) feeding the rod material with a first diameter to a circumferentially around the rod material circulating forming tool, b) reducing the first diameter of the rod material by the rotating forming tool towards a smaller second diameter; c) bending the bar stock through a deflector downstream of the forming tool, wherein the bending of the bar stock occurs in the region of an zone of influence of the forming die.
  • a bar material can be bent flat (simple) or spatially (complex) with the possibility simultaneously of changing the diameter or the thickness of the workpiece along its longitudinal axis during bending.
  • the bar material is secured against twisting during the forming process in particular.
  • metallic rod materials ie, for example, elongated, closed or open profiles or round bodies, hollow profiles or tubes, are suitable for the method according to the invention.
  • the rod material has a length which is significantly greater than the diameter, in particular with wire-like rod material may possibly also be spoken by an endless profile.
  • the rod material is fed in a step a) with its first diameter (initial diameter or comparable extent specification) to a forming tool, wherein the forming tool rotates in the circumferential direction around the rod material and in particular rolls on the outer circumference of the profile.
  • first diameter initial diameter or comparable extent specification
  • this also means, for example, that the forming tool exerts forces on a portion of the peripheral surface of the rod material which enable a (uniform) diameter reduction.
  • the rod material in its state still unprocessed by the method, has a first (middle) diameter, which is predetermined by its respective outer contour, which is reduced by the encircling forming tool in a step b).
  • a plurality of forming tools can also be arranged one behind the other, in particular coaxially, so that a first diameter of the bar material can be reduced several times, but a single-stage reduction of the diameter is preferred in view of a simple and inexpensive construction of the device.
  • the wall thickness is changed by the forming tool.
  • Subordinate to the circulating forming tool (forming process) is a deflection device which allows bending of the bar material (bending process).
  • the deflection device may be formed as a die, through which the
  • the deflection device can also be used as a pen, as an angle or the like. It is preferred that the bending be carried out with a constant degree of bending during the method proposed here.
  • the bending of the rod material in step c) takes place in the region of an influence zone of the forming tool, which is characterized by the local plastic deformation of the material of the rod material by the forming tool.
  • the material of the rod material is locally plastically deformed. Due to the stress state introduced thereby, simultaneous bending is favored, so that in particular only small bending forces are to be used by the deflection device.
  • the zone of influence characterizes the region of the rod material which is plastically deformed locally at a certain point in time, in which the material thus flows, so that further deformation of the material is possible, for example, by bending with little effort.
  • the influence area can be maintained differently in time behind the forming tool, so that the influence range (ie the distance from the plastic deformation to the solidification) can be adjusted by the feed rate and the force of the forming tool.
  • a defined solidification can be further introduced into the material of the rod material.
  • a defined change in the rotational speed of the forming tool to the rod material at a constant feed rate (feed) of the rod material to the forming tool a different solidification can be introduced at the relevant point in the axial extent of the rod material.
  • the rod material then has an increased strength at this point without significant geometric changes, in particular without geometric changes.
  • defined failure zones for example, can be introduced into a component. This can be important, for example, in the crash behavior of a vehicle. A simultaneous bending of the rod material is not required to achieve these properties but possible.
  • an inner cross-section of a hollow rod material is supported by a mandrel in at least one subregion of the zone of influence of the forming tool.
  • the (free) inner cross section of the rod material is supported in at least a portion of its inner circumferential surface, so that in a partial region of the influence zone, the hollow rod material is reduced in its inner diameter only so far by the forming tool that it rests on the mandrel at least in a partial region.
  • the mandrel does not extend into the portion of the zone of influence of the forming tool, in which the hollow bar material is already deformed by a bend, so that there is no unwanted overlap between mandrel and bar material as a result of the bend.
  • the mandrel can in particular also be used in several successive forming steps, so that it extends in particular through all these forming steps, which produce an ever further reduced inner diameter of the bar material or obtain a constant inner diameter and reduce only the outer diameter or reduce the wall thickness. Due to the mandrel shape and the axial positioning of the mandrel, the influence of the forming tool on the material can be controlled. Thus, e.g. produced at a position of the mandrel directly under the forming components of the forming tool almost pure compressive stresses and thus a wall thickness reduction can be effected. At a position of the mandrel in front of the forming components of the forming tool, an in-line bending stress can be achieved within the tube wall so that the solidification introduced into the material of the hollow bar stock is reduced.
  • a bending radius is set in step c) which deviates at most 5%, in particular at most 3%, from a radius of curvature of the bent rod material.
  • bending radius refers to the radius which is set in method step c), for example by a system operator.
  • the mentioned radius of curvature denotes the radius of the bent bar material, the End product can be measured or generated. The radius of curvature is thus greater in particular by the amount of springback than the set bending radius.
  • Forming tool is very low. As a result, a precise bending or an accurate setting of the bending radius is possible, so that it is in particular identical to the final radius of curvature generated. In this case, it is possible to produce radii of curvature which deviate in particular less than 2% and also less than 1% from the bending radius. This can cause errors in the estimation of the
  • the forming tool has a rotational speed about the rod material from 50 to
  • the rotational speed is preferably to be selected in the upper specified range in order to carry out an economic process with acceptable centrifugal forces. This can be the whole
  • a particularly fast circumscribing forming tool transfers the material in the zone of influence of the forming tool into a state of stress in which the material of the bar material is already partly or completely made to flow, so that no high forces are required for the actual bending process and the springback is additionally reduced ,
  • the ratio of bending radius (R B ) to a second diameter (D 2 ) is in a range of 1 to 5 (5 ⁇ RB / D 2 ⁇ 1), preferably in a range of 1 to 3 and more preferably in a range of 1 to 2.
  • This ratio of set bending radius RB TO a second diameter D 2 , the outer diameter after forming the Bar material is a parameter for the achievable degree of deformation of the bending of the rod material.
  • rod material is in particular also machined from high-strength material, e.g. made of heat-resistant steel, TRIP (transformation-induced plasticity) steel, dual-phase steel, titanium alloys or aluminum alloys.
  • high-strength material e.g. made of heat-resistant steel, TRIP (transformation-induced plasticity) steel, dual-phase steel, titanium alloys or aluminum alloys.
  • the step b) is performed with varying rotational speed of the forming tool, wherein in particular locally limited portions of the rod material are influenced in terms of material properties, in particular solidified.
  • the rotational speed is significantly varied, in particular by more than 10%, preferably by more than 25% and especially by more than 50% of the present rotational speed. It is preferred that the rotational speed is increased at least once and once lowered, in particular again to an initial value.
  • the change can in particular be made abruptly in order to produce the desired material properties with high selectivity in the individual locally limited subregions.
  • the other parameters, such as delivery of the forming tool in the radial direction, feed of the rod material, etc. can advantageously support this effect and be adjusted accordingly, or varied. For example, failure points of the component can be generated in a targeted and defined manner.
  • the device of the invention to which the invention is further directed is characterized in that it is suitable for forming a bar stock comprising at least one forming tool circumferentially around the bar stock for reducing a first diameter of the bar stock to a smaller second diameter, a feed unit for generating a feed of the rod material relative to the peripheral forming tool and a deflecting device movable relative to the forming tool for bending the bar stock.
  • the device described here is particularly suitable for carrying out the method also described here according to the invention. Also, therefore, to explain the function or operation of the device to the explanations to the described forming method can be used.
  • device is here meant, on the one hand, a system built especially for this purpose, and one tool set, which can be constructed, for example, on rotary devices.
  • the apparatus For performing a combined forming-bending process, the apparatus comprises a feed unit which either pushes bar stock through the forming tool or pulls it through the forming tool. A combination of these two characteristics is also possible.
  • the device has (at least one) circumferential forming tool. This forming tool may rotate completely or partially (e.g., individual rolling bodies in contact with the bar stock) around the bar stock.
  • the rotational axis of the forming tool is preferably substantially parallel to the feed direction of the rod material in the region of the forming tool, so that a forming force can act tangentially and radially on the cross section thereof.
  • the deflector which is downstream of the forming tool in the feed direction, bends the bar stock and for this purpose has an adapted receptacle or guide for the bar stock. It should be pointed out here that if necessary at least two of the units mentioned here (forming tool, feed unit, deflection device) can be combined or integrated with one another.
  • this has a control which is in particular programmable or makes a direct intervention possible and by which in particular all components of the device can be controlled automatically.
  • the deflection device can be positioned by the controller.
  • positioning means, in particular, a displacement in the three-dimensional space behind the forming tool, as well as a rotation of the deflection device about all three spatial axes,
  • the position of the deflection device can be controlled and changed during the forming process still unbent but already formed rod material after the forming tool possible, so that an additional guidance of the rod material to the deflection is not mandatory.
  • the control is furthermore particularly suitable for performing at least one of the following functions: the feed, the rotational speed of the forming tool and the positioning of the dome for supporting an inner cross-section to control, regulate or position.
  • the at least one forming tool is a rotating flow-forming tool.
  • this flow-forming tool has a base body with a recess through which the rod material is passed during the process.
  • a plurality of rollers are arranged on this body, which are rotatable about their own axis, and are in contact with the bar material and thus effect the deformation of the bar material.
  • at least two but also more (for example 4, 5, 6, 8, 10) rollers can be arranged around the rod material on the base body of the flow-forming tool.
  • the rollers are preferably cylindrical, but this is not mandatory.
  • the rollers are also regularly driven by themselves.
  • the axes of the rollers are arranged in particular parallel to the axis of rotation of the forming tool.
  • the rotating flow-forming tool has radially deliverable rollers and the apparatus in particular a controller, in particular for the automated feed of the rollers.
  • the rollers arranged on the main body of the rotating flow-forming tool are radially on the base body of the flow-forming tool deliverable bar stock, or even removable, so that different outer contours and / or degrees of plastic deformation of the rod material can be generated.
  • the speed of delivery is coupled with the speed of the feed, so that transitions such. B. radii or conicities can be adjusted as desired.
  • the rolls may have different shapes. They may be conically shaped, cylindrical or spherical and in particular have any other shapes.
  • this has a mandrel which at least partially supports an inner cross section of the rod material in at least one subregion of an influence zone of the at least one forming tool.
  • the mandrel is regularly relative to the position of the forming tool relatively movable and can in particular partially immerse in the forming tool.
  • the rod material according to the invention is produced by the method according to the invention or by the device according to the invention and has at least one failure zone.
  • This failure zone is defined in particular by at least one locally deviating material property of the rod material, which is introduced in particular into the rod material by coordinated process variants.
  • These locally deviating material properties may in particular be present over the entire circumference bounded in the axial direction of extension of the rod material, whereby deviating material properties are present over the entire cross section of the rod material (in comparison to other axial regions).
  • partial regions of the circumference of an axial bar material section or partial regions of the cross section of the bar material may also have locally differing material properties.
  • the rod material is made particularly brittle in these areas, so that a failure point is defined by this material property.
  • a material property is, in particular, a mechanical property, possibly at least one of the group: strength, hardness, ductility, microstructure, solidification, degree of deformation, etc.
  • Fig. 2 another device during the process in perspective
  • Fig. 4 another device during the process in a supervision And
  • FIG. 5 shows a cross section through the side view of a device.
  • Fig. 1 shows here the device 13 for combined spin forming and bending a bar stock 1 by a rotating flow-forming tool 16, here as
  • Forming tool 2 is used, with three rollers 17, around which, through the
  • bar material 1 are arranged rotatably around.
  • the bar stock 1 has a first diameter 3 in front of it
  • Forming tool 2 and is pressed by a feed device 14 with a feed 15 through the forming tool 2 therethrough. It is the
  • Forming tool 2 reduced to a second diameter 11 after the forming tool 2.
  • Rod material 1 in the influence zone 5 of the forming tool 2 partially plastically deformed (outside), so that the bending of the rod material 1 with lower forces is possible.
  • the deflecting device 4 arranged downstream of the forming tool 2 is set in such a way, optionally by a controller 18, that a bending radius 9 is generated. In this case, this bending radius 9 is entered in the controller 18 or set on the device 13, wherein as a result of the spring back of the rod material 1 after bending a radius of curvature 10 occurs in the final product of the rod material 1 produced.
  • the controller 18 is particularly suitable for a common control of at least feed unit 14, rotational and delivery speed or feed path of the rollers 17, rotational speed of the forming tool 2 and positioning of the deflection device 4. This is illustrated in FIG. 1 by the dashed connecting lines between the control unit 18 and the individual device components.
  • FIG. 2 shows a further device 13 in a perspective view, wherein the rear side of the forming tool 2 with the roll axis receptacles 23 in the main body 19 is shown.
  • the deflection device 4 is designed as a die, through which the rod material 1 extends. By the forming tool 2, the first diameter 3 of the rod material is reduced to the second diameter 11.
  • Fig. 3 shows schematically a plan view of the flow-forming die 16, which consists essentially of a base body 19 and, in this case, three on the
  • Base body 19 rotatably arranged rollers 17 consists. It rotates
  • Rod material 1 which in the area in front of the forming a first
  • the rollers 17 are shown in this embodiment in a conical design whose smaller diameter with the first
  • Diameter 3 of the rod material 1 engages and their larger
  • Diameter produced the deformed second diameter 11 of the rod material 1.
  • FIG. 4 schematically shows a plan view of a further device 13 with a rolling-press tool 16, essentially consisting of a base body 19 and arranged on rollers 17, which can perform a feed movement 20 by feed units.
  • the main body 19 rotate in a first rotational direction 21 about the rod material 1 and the rollers in a second direction of rotation 22, wherein the rollers 17 roll on the circumference of the rod material 1.
  • FIG. 5 shows schematically a cross section through the device 13, wherein here a hollow bar material 1 is shown, with a first diameter 3 in front of the forming tool 2 and an inner cross section 6 and a corresponding wall thickness 12.
  • the bar material 1 is in the region of the influence zone 5 of Forming tool 2 reduced from the first diameter 3 to the second diameter 11, wherein a mandrel 7 is inserted at least into a portion 8 of the influence zone 5 of the forming tool 2, so that in this area the bar material 1 is supported with its inner cross section 6 on the mandrel 7 ,
  • a failure zone 24 is generated by corresponding change of one or more process parameters.

Abstract

The invention relates to a method and device for forming a bar stock (1), wherein the bar stock (1) with a first diameter (3) is supplied first to a forming tool (2) circulating in the circumferential direction of the bar stock (1). There, the bar stock is reduced to a smaller second diameter (11) by the circulating forming tool (2) and then bent by a deflection device (4) disposed downstream of the forming tool (2), the bar stock (1) being bent in the region of an influence zone (5) of the forming tool (2).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Umformung eines Stangenmaterials, Stangenmaterial Method and apparatus for forming a bar stock, bar stock
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformen eines Stangenmaterials sowie ein Stangenmaterial, wobei einerseits eine Reduzierung des Querschnitts erfolgt und zusätzlich noch eine Biegung des Stangenmaterials durchgeführt wird.The present invention relates to a method and a device for forming a rod material and a rod material, on the one hand, a reduction of the cross-section takes place and additionally a bending of the rod material is performed.
Zum Biegen eines Stangenmaterials ist es bisher erforderlich, das Biegemoment in das Profil durch entsprechende Querkräfte mit einer Biegevorrichtung oder Maschine einzuleiten. Dadurch entsteht eine entsprechende Spannungsverteilung im Querschnitt, die das Material des Profils zum Fließen bringt und somit eine Krümmung erzeugt. Da bei diesem Prozess insbesondere bei dünnwandigen Rohren der Querschnitt zur Deformation neigt, wird häufig der Innenquerschnitt mit einem Dorn oder einer Füllung gestützt. Gängige, hierzu bekannte Verfahren sind das Drei-Rollen-Biegen und das klassische Rohrbiegen oder Rundbiegen.To bend a rod material, it has hitherto been necessary to introduce the bending moment into the profile by means of corresponding transverse forces with a bending device or machine. This creates a corresponding stress distribution in the cross section, which causes the material of the profile to flow and thus produces a curvature. Since in this process, in particular in the case of thin-walled tubes, the cross section tends to deform, the inner cross section is often supported by a mandrel or a filling. Common methods known for this purpose are three-roll bending and classical tube bending or round bending.
Die heute bekannten Rohrbiegeverfahren sind im Allgemeinen mit hohen Werkzeugkosten verbunden, da die Biegewerkzeuge auf das jeweilige Werkstück angepasst und insbesondere auf den jeweiligen Rohrdurchmesser speziell eingestellt werden müssen. Die zu biegenden Radien oder Konturen werden dabei jeweils durch das Werkzeug abgebildet.The tube bending processes known today are generally associated with high tooling costs, since the bending tools have to be adapted to the respective workpiece and in particular have to be specially adjusted to the respective pipe diameter. The radii or contours to be bent are each imaged by the tool.
Des Weiteren muss bei den bekannten Verfahren eine Rückfederung des gebogenen Werkstücks beachtet werden, um dieses auszugleichen. Dies ist ebenfalls in Folge von Chargenschwankungen des Ausgangsmaterials sehr schwierig. Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, durch die insbesondere dünnwandige Stangenmaterialien, wie z.B. Rohre, sowie auch Stangenmaterialien mit neuartigen hochfesten Werkstoffen einfach, genau und kostengünstig umformbar sind.Furthermore, in the known methods, a springback of the bent workpiece must be taken into account in order to compensate for this. This is also very difficult as a result of batch fluctuations of the starting material. The object of the invention is therefore to at least partially solve the problems described with reference to the prior art and in particular to provide a method and a device by the particular thin-walled rod materials, such as pipes, as well as rod materials with novel high-strength materials simply, exactly and are low cost formable.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 8 sowie mit einem Stangenmaterial gemäß Patentanspruch 13. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den abhängig formulierten Unteransprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.These objects are achieved with a method according to the features of patent claim 1 and with a device according to the features of patent claim 8 and with a rod material according to claim 13. Further advantageous embodiments of the method and the device are specified in the dependent formulated claims. It should be noted that the features listed individually in the dependent subclaims can be combined with one another in any technologically meaningful manner and define further embodiments of the invention. In addition, the features specified in the claims are specified and explained in more detail in the description, wherein further preferred embodiments of the invention are shown.
Vorliegend wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Umformen eines Stangenmaterials gelöst, aufweisend zumindest die folgenden Schritte: a) Zuführen des Stangenmaterials mit einem ersten Durchmesser zu einem in Umfangsrichtung um das Stangenmaterial umlaufenden Umformwerkzeug, b) Reduzieren des ersten Durchmessers des Stangenmaterials durch das umlaufende Umformwerkzeug hin zu einem kleineren zweiten Durchmesser, c) Biegen des Stangenmaterials durch eine, dem Umformwerkzeug nachgeordnete Ablenkvorrichtung, wobei das Biegen des Stangenmaterials im Bereich einer Einflusszone des Umformwerkzeugs erfolgt.In the present case, the object is achieved by a method for forming a rod material, comprising at least the following steps: a) feeding the rod material with a first diameter to a circumferentially around the rod material circulating forming tool, b) reducing the first diameter of the rod material by the rotating forming tool towards a smaller second diameter; c) bending the bar stock through a deflector downstream of the forming tool, wherein the bending of the bar stock occurs in the region of an zone of influence of the forming die.
Durch das hier beanspruchte Verfahren kann ein Stangenmaterial eben (einfach) oder räumlich (komplex) gebogen werden mit der Möglichkeit gleichzeitig den Durchmesser bzw. die Dicke des Werkstücks entlang seiner Längsachse während des Biegens zu verändern. Das Stangenmaterial ist während des Umformprozesses insbesondere gegen Verdrehen gesichert. Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich insbesondere metallische Stangenmaterialien, also z.B. langgestreckte, geschlossene oder offene Profile oder Rundkörper, Hohlprofile oder Rohre. Üblicherweise hat das Stangenmaterial eine Länge, die deutlich größer als der Durchmesser ist, insbesondere bei Draht-ähnlichem Stangenmaterial kann ggf. auch von einem Endlosprofil gesprochen werden.As a result of the method claimed here, a bar material can be bent flat (simple) or spatially (complex) with the possibility simultaneously of changing the diameter or the thickness of the workpiece along its longitudinal axis during bending. The bar material is secured against twisting during the forming process in particular. In particular, metallic rod materials, ie, for example, elongated, closed or open profiles or round bodies, hollow profiles or tubes, are suitable for the method according to the invention. Usually, the rod material has a length which is significantly greater than the diameter, in particular with wire-like rod material may possibly also be spoken by an endless profile.
Das Stangenmaterial wird dabei in einem Schritt a) mit seinem ersten Durchmesser (Ausgangsdurchmesser oder vergleichbare Erstreckungsangabe) zu einem Umformwerkzeug zugeführt, wobei das Umformwerkzeug in Umfangsrichtung um das Stangenmaterial herum rotiert und dabei auf dem Außenumfang des Profils insbesondere abrollt. Mit anderen Worten heißt das beispielsweise auch, dass das Umformwerkzeug auf einen Abschnitt der Umfangsfläche des Stangenmaterials Kräfte ausübt, die eine (gleichmäßige) Durchmesserreduzierung ermöglichen.The rod material is fed in a step a) with its first diameter (initial diameter or comparable extent specification) to a forming tool, wherein the forming tool rotates in the circumferential direction around the rod material and in particular rolls on the outer circumference of the profile. In other words, this also means, for example, that the forming tool exerts forces on a portion of the peripheral surface of the rod material which enable a (uniform) diameter reduction.
Das Stangenmaterial weist dabei in seinem durch das Verfahren noch unbearbeiteten Zustand einen ersten (mittleren) Durchmesser auf, der durch seine jeweilige Außenkontur vorgegeben ist, die durch das umlaufende Umformwerkzeug in einem Schritt b) reduziert wird.In this case, the rod material, in its state still unprocessed by the method, has a first (middle) diameter, which is predetermined by its respective outer contour, which is reduced by the encircling forming tool in a step b).
Grundsätzlich können auch mehrere Umformwerkzeuge hintereinander, insbesondere koaxial, angeordnet werden, so dass ein erster Durchmesser des Stangenmaterials mehrfach reduziert werden kann, bevorzugt ist jedoch im Hinblick auf einen einfachen und kostengünstigen Aufbau der Vorrichtung ein einstufiges Reduzieren des Durchmessers.In principle, a plurality of forming tools can also be arranged one behind the other, in particular coaxially, so that a first diameter of the bar material can be reduced several times, but a single-stage reduction of the diameter is preferred in view of a simple and inexpensive construction of the device.
Gegebenenfalls wird bei Hohlkörpern neben dem Durchmesser gleichzeitig die Wanddicke durch das Umformwerkzeug geändert.Optionally, in hollow bodies in addition to the diameter at the same time the wall thickness is changed by the forming tool.
Dem umlaufenden Umformwerkzeug (Umformprozess) nachgeordnet ist eine Ablenkvorrichtung, die ein Biegen des Stangenmaterials ermöglicht (Biegeprozess).Subordinate to the circulating forming tool (forming process) is a deflection device which allows bending of the bar material (bending process).
Dabei kann die Ablenkvorrichtung als Matrize geformt sein, durch die sich dasIn this case, the deflection device may be formed as a die, through which the
Stangenmaterial erstreckt. Die Ablenkvorrichtung kann aber auch als Stift, als Winkel oder ähnliches ausgebildet sein. Bevorzugt ist, dass das Biegen mit einem konstanten Biegegrad während des hier vorgeschlagenen Verfahrens durchgeführt wird.Bar material extends. The deflection device can also be used as a pen, as an angle or the like. It is preferred that the bending be carried out with a constant degree of bending during the method proposed here.
Das in dem Schritt c) vorgenommene Biegen des Stangenmaterials erfolgt dabei im Bereich einer Einflusszone des Umformwerkzeugs, die durch die lokale plastische Verformung des Materials des Stangenmaterials durch das Umformwerkzeug gekennzeichnet ist. Infolge der Umformung mit einhergehender Reduzierung des Durchmessers bzw. der Wanddicke des Stangenmaterials durch das Umformwerkzeug wird der Werkstoff des Stangenmaterials lokal plastisch verformt. Durch den damit eingebrachten Spannungszustand wird das gleichzeitige Biegen begünstigt, so dass insbesondere nur geringe Biegekräfte durch die Ablenkvorrichtung aufzuwenden sind. Mit anderen Worten kennzeichnet die Einflusszone den Bereich des Stangenmaterials, der zu einem bestimmten Zeitpunkt lokal plastisch verformt wird, in dem das Material also fließt, so dass eine weitere Umformung des Materials zum Beispiel durch Biegen mit geringem Kraftaufwand möglich ist.The bending of the rod material in step c) takes place in the region of an influence zone of the forming tool, which is characterized by the local plastic deformation of the material of the rod material by the forming tool. As a result of the deformation with concomitant reduction of the diameter or the wall thickness of the rod material by the forming tool, the material of the rod material is locally plastically deformed. Due to the stress state introduced thereby, simultaneous bending is favored, so that in particular only small bending forces are to be used by the deflection device. In other words, the zone of influence characterizes the region of the rod material which is plastically deformed locally at a certain point in time, in which the material thus flows, so that further deformation of the material is possible, for example, by bending with little effort.
Je nach An der Reduzierung des Durchmesser kann der Einflussbereich sich hinter dem Umformwerkzeug zeitlich unterschiedlich lang aufrecht erhalten, so dass durch die Zuführgeschwindigkeit und die Krafteinwirkung des Umformwerkzeugs der Einflussbereich (also die Strecke von der plastischen Verformung bis hin wieder zur Verfestigung) eingestellt werden kann.Depending on the reduction of the diameter, the influence area can be maintained differently in time behind the forming tool, so that the influence range (ie the distance from the plastic deformation to the solidification) can be adjusted by the feed rate and the force of the forming tool.
Durch das vorgeschlagene Verfahren kann weiterhin eine definierte Verfestigung in den Werkstoff des Stangenmaterials eingebracht werden. Durch eine definierte Änderung der Drehzahl des Umformwerkzeuges um das Stangenmaterial bei konstanter Zuführgeschwindigkeit (Vorschub) des Stangenmaterials zum Umformwerkzeug, kann eine unterschiedliche Verfestigung an der betreffenden Stelle in der axialen Erstreckung des Stangenmaterials eingebracht werden. Das Stangen-material verfügt dann an diesen Stelle ohne wesentliche geometrische Änderungen, insbesondere ohne geometrische Änderungen, über eine erhöhte Festigkeit. Durch diese Ausprägung des Verfahrens lassen sich beispielsweise definierte Versagenszonen in ein Bauteil einbringen. Dies kann z.B. beim Crashverhalten eines Fahrzeuges von Bedeutung sein. Eine gleichzeitige Biegung des Stangenmaterials ist zur Erreichung dieser Eigenschaften nicht erforderlich aber möglich.By the proposed method, a defined solidification can be further introduced into the material of the rod material. By a defined change in the rotational speed of the forming tool to the rod material at a constant feed rate (feed) of the rod material to the forming tool, a different solidification can be introduced at the relevant point in the axial extent of the rod material. The rod material then has an increased strength at this point without significant geometric changes, in particular without geometric changes. By means of this embodiment of the method, defined failure zones, for example, can be introduced into a component. This can be important, for example, in the crash behavior of a vehicle. A simultaneous bending of the rod material is not required to achieve these properties but possible.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass ein Innenquerschnitt eines hohlen Stangenmaterials durch einen Dorn in wenigstens einem Teilbereich der Einflusszone des Umformwerkzeugs gestützt ist. Dabei wird der (freie) Innenquerschnitt des Stangenmaterials in wenigstens einem Teilbereich seiner Innenumfangsfläche abgestützt, so dass in einem Teilbereich der Einflusszone das hohle Stangenmaterial in seinem Innendurchmesser nur so weit durch das Umformwerkzeug reduziert wird, dass es wenigstens in einem Teilbereich auf dem Dorn aufliegt. Der Dorn erstreckt sich dabei nicht in den Teilbereich der Einflusszone des Umformwerkzeugs, in dem das hohle Stangenmaterial bereits durch eine Biegung verformt ist, so dass es nicht zu ungewollten Überschneidungen zwischen Dorn und Stangenmaterial in Folge der Biegung kommt. Der Dorn kann insbesondere auch bei mehreren aufeinanderfolgenden Umformstufen eingesetzt werden, so dass er sich insbesondere durch all diese Umformstufen hindurch erstreckt, die einen immer weiter reduzierten Innendurchmesser des Stangenmaterials erzeugen bzw. einen konstanten Innendurchmesser erhalten und nur den Außendurchmesser reduzieren bzw. die Wanddicke reduzieren. Durch die Dornform und die axiale Positionierung des Dorns kann der Einfluss des Umformwerkzeuges auf den Werkstoff mit gesteuert werden. So können z.B. bei einer Position des Dorns direkt unter den umformenden Komponenten des Umformwerkzeuges fast reine Druckspannungen erzeugt und somit eine Wandstärkenreduktion bewirkt werden. Bei einer Position des Doms vor den umformenden Komponenten des Umformwerkzeuges kann eine Schub- bzw. inkrementelle Biegespannung innerhalb der Rohrwand erzielt werden, so dass die in den Werkstoff des hohlen Stangenmaterials eingebrachte Verfestigung verringert wird.In a development of the invention, it is proposed that an inner cross-section of a hollow rod material is supported by a mandrel in at least one subregion of the zone of influence of the forming tool. In this case, the (free) inner cross section of the rod material is supported in at least a portion of its inner circumferential surface, so that in a partial region of the influence zone, the hollow rod material is reduced in its inner diameter only so far by the forming tool that it rests on the mandrel at least in a partial region. The mandrel does not extend into the portion of the zone of influence of the forming tool, in which the hollow bar material is already deformed by a bend, so that there is no unwanted overlap between mandrel and bar material as a result of the bend. The mandrel can in particular also be used in several successive forming steps, so that it extends in particular through all these forming steps, which produce an ever further reduced inner diameter of the bar material or obtain a constant inner diameter and reduce only the outer diameter or reduce the wall thickness. Due to the mandrel shape and the axial positioning of the mandrel, the influence of the forming tool on the material can be controlled. Thus, e.g. produced at a position of the mandrel directly under the forming components of the forming tool almost pure compressive stresses and thus a wall thickness reduction can be effected. At a position of the mandrel in front of the forming components of the forming tool, an in-line bending stress can be achieved within the tube wall so that the solidification introduced into the material of the hollow bar stock is reduced.
Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird in Schritt c) ein Biegeradius eingestellt, der höchstens 5 %, insbesondere höchstens 3 %, von einem Krümmungsradius des gebogenen Stangenmaterials abweicht. Dabei ist mit Biegeradius der Radius gemeint, der in dem Verfahrensschritt c), z.B. durch einen Anlagenbediener, eingestellt wird. Wobei demgegenüber der angeführte Krümmungsradius den Radius des gebogenen Stangenmaterials bezeichnet, der am Endprodukt nachmessbar oder erzeugt ist. Der Krümmungsradius ist damit insbesondere um den Betrag der Rückfederung größer als der eingestellte Biegeradius.According to a particularly advantageous development of the method, a bending radius is set in step c) which deviates at most 5%, in particular at most 3%, from a radius of curvature of the bent rod material. In this case, bending radius refers to the radius which is set in method step c), for example by a system operator. In contrast, the mentioned radius of curvature denotes the radius of the bent bar material, the End product can be measured or generated. The radius of curvature is thus greater in particular by the amount of springback than the set bending radius.
Das Verfahren zeichnet sich nun auch dadurch aus, dass diese Rückfederung in Folge des Biegens während der plastischen Verformung des Materials durch dasThe process is also characterized by the fact that this springback due to bending during the plastic deformation of the material by the
Umformwerkzeug sehr gering ausfällt. Dadurch ist ein genaues Biegen bzw. ein genaues Einstellen des Biegeradius möglich, so dass dieser insbesondere identisch mit dem endgültig erzeugten Krümmungsradius ist. Dabei lassen sich Krümmungsradien erzeugen, die insbesondere weniger als 2 % und auch weniger als 1 % von dem Biegeradius abweichen. Damit können Fehler bei der Abschätzung derForming tool is very low. As a result, a precise bending or an accurate setting of the bending radius is possible, so that it is in particular identical to the final radius of curvature generated. In this case, it is possible to produce radii of curvature which deviate in particular less than 2% and also less than 1% from the bending radius. This can cause errors in the estimation of the
Rückfederkompensation vermieden und besonders exakte Biegeprozesse verwirklicht werden.Spring compensation is avoided and particularly accurate bending processes can be realized.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform des Verfahrens weist das Umformwerkzeug eine Rotationsgeschwindigkeit um das Stangenmaterial von 50 bisAccording to a further expedient embodiment of the method, the forming tool has a rotational speed about the rod material from 50 to
3000 1/min [Umdrehungen pro Minute], auf. Die Rotationsgeschwindigkeit ist bevorzugt im oberen angegebenen Bereich zu wählen, um ein wirtschaftliches Verfahren bei akzeptablen Fliehkräften durchzuführen. Dabei können sich das gesamte3000 rpm [revolutions per minute], up. The rotational speed is preferably to be selected in the upper specified range in order to carry out an economic process with acceptable centrifugal forces. This can be the whole
Umformwerkzeug und/oder dessen (einzelne) Walzen mit dieser Rotati- onsgeschwindigkeit relativ um das Stangenmaterial herum bewegen.Move the forming tool and / or its (individual) rollers relatively around the bar stock at this speed of rotation.
Ein besonders schnell umlaufendes Umformwerkzeug überführt das Material in der Einflusszone des Umformwerkzeugs in einen Spannungszustand, bei dem der Werkstoff des Stangenmaterials schon teilweise oder ganz zum Fließen gebracht wird, so dass für den eigentlichen Biegeprozess keine hohen Kräfte mehr erforderlich sind und die Rückfederung zusätzlich verringert wird.A particularly fast circumscribing forming tool transfers the material in the zone of influence of the forming tool into a state of stress in which the material of the bar material is already partly or completely made to flow, so that no high forces are required for the actual bending process and the springback is additionally reduced ,
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verhältnis von Biegeradius (RB) zu einem zweiten Durchmesser (D2) in einem Bereich von 1 bis 5 liegt (5 ≥ RB / D2 ≥ 1), bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 3 und besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 2. Dieses Verhältnis von eingestelltem Biegeradius RB ZU einem zweiten Durchmesser D2, der den Außendurchmesser nach dem Umformen des Stangenmaterials beschreibt, ist eine Kenngröße für den erreichbaren Umformgrad der Biegung des Stangenmaterials.According to a further embodiment, it is provided that the ratio of bending radius (R B ) to a second diameter (D 2 ) is in a range of 1 to 5 (5 ≥ RB / D 2 ≥ 1), preferably in a range of 1 to 3 and more preferably in a range of 1 to 2. This ratio of set bending radius RB TO a second diameter D 2 , the outer diameter after forming the Bar material is a parameter for the achievable degree of deformation of the bending of the rod material.
Ferner ist es vorteilhaft, dass Stangenmaterial insbesondere auch aus hochfestem Werkstoff bearbeitet wird, z.B. aus hitzebeständigem Stahl, TRIP-Stahl (Trans- formation Induced Plasticity), Dualphasenstahl, Titan-Legierungen oder Aluminium- Legierungen.Furthermore, it is advantageous that rod material is in particular also machined from high-strength material, e.g. made of heat-resistant steel, TRIP (transformation-induced plasticity) steel, dual-phase steel, titanium alloys or aluminum alloys.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der Schritt b) mit variierender Umlaufgeschwindigkeit des Umformwerkzeuges durchgeführt, wobei insbesondere lokal begrenzte Teilbereiche des Stangenmaterials hinsichtlich der Materialeigenschaften beeinflusst werden, insbesondere verfestigt werden. Die Umlaufgeschwindigkeit wird dabei signifikant variiert, insbesondere um mehr als 10%, bevorzugt um mehr als 25% und besonders um mehr als 50% der vorliegenden Drehzahl. Bevorzugt ist, dass die Umlaufgeschwindigkeit zumindest einmal erhöht und einmal erniedrigt wird, insbesondere wieder auf einen Ausgangswert. Die Änderung kann dabei insbesondere sprunghaft erfolgen, um die gewünschten Materialeigenschaften mit hoher Trennschärfe in den einzelnen lokal begrenzten Teilbereichen zu erzeugen. Die weiteren Parameter, wie Zustellung des Umformwerkzeugs in radialer Richtung, Vorschub des Stangenmaterials, usw. können in vorteilhafter Weise diesen Effekt unterstützen und dementsprechend angepasst, bzw. variiert werden. Damit lassen sich beispielsweise Versagensstellen des Bauteils gezielt und definiert erzeugen.According to a further advantageous embodiment, the step b) is performed with varying rotational speed of the forming tool, wherein in particular locally limited portions of the rod material are influenced in terms of material properties, in particular solidified. The rotational speed is significantly varied, in particular by more than 10%, preferably by more than 25% and especially by more than 50% of the present rotational speed. It is preferred that the rotational speed is increased at least once and once lowered, in particular again to an initial value. The change can in particular be made abruptly in order to produce the desired material properties with high selectivity in the individual locally limited subregions. The other parameters, such as delivery of the forming tool in the radial direction, feed of the rod material, etc., can advantageously support this effect and be adjusted accordingly, or varied. For example, failure points of the component can be generated in a targeted and defined manner.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung auf die sich die Erfindung ferner richtet, ist dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Umformen eines Stangenmaterials geeignet ist, aufweisend wenigstens ein in Umfangsrichtung um das Stangenmaterial umlaufendes Umformwerkzeug zur Reduzierung eines ersten Durchmessers des Stangenmaterials hin zu einem kleineren zweiten Durchmesser, eine Vorschubeinheit zum Erzeugen eines Vorschubs des Stangenmaterials gegenüber dem umlaufenden Umformwerkzeug und - eine relativ zum Umformwerkzeug bewegbare Ablenkvorrichtung zum Biegen des Stangenmaterials.The device of the invention to which the invention is further directed is characterized in that it is suitable for forming a bar stock comprising at least one forming tool circumferentially around the bar stock for reducing a first diameter of the bar stock to a smaller second diameter, a feed unit for generating a feed of the rod material relative to the peripheral forming tool and a deflecting device movable relative to the forming tool for bending the bar stock.
Die hier beschriebene Vorrichtung eignet sich insbesondere zur Durchführung des hier ebenfalls erfindungsgemäß beschriebenen Verfahrens. Auch deshalb kann zur Erläuterung der Funktion bzw. Betriebsweise der Vorrichtung auf die Erläuterungen zum beschriebenen Umformverfahren zurückgegriffen werden.The device described here is particularly suitable for carrying out the method also described here according to the invention. Also, therefore, to explain the function or operation of the device to the explanations to the described forming method can be used.
Mit „Vorrichtung" ist hier einerseits eine eigens für diesen Zweck errichtete Anlage gemeint, als auch ein Werkzeugsatz, der sich z. B. auf Drehvorrichtungen aufbauen lässt.By "device" is here meant, on the one hand, a system built especially for this purpose, and one tool set, which can be constructed, for example, on rotary devices.
Zur Durchführung eines kombinierten Umform-Biege-Verfahrens weist die Vorrichtung eine Vorschubeinheit auf, die Stangenmaterial entweder durch das Umformwerkzeug hindurch drückt oder es durch das Umformwerkzeug hindurch zieht. Eine Kombination dieser beiden Ausprägungen ist ebenfalls möglich. Darüber hinaus hat die Vorrichtung (wenigstens ein) umlaufendes Umformwerkzeug. Dieses Umformwerkzeug kann vollständig oder teilweise (z.B. einzelne mit dem Stangenmaterial in Kontakt stehende Rollkörper) um das Stangenmaterial herum rotieren. Die Rotationsachse des Umformwerkzeuges liegt dabei bevorzugt im Wesentlichen parallel zur Vorschubrichtung des Stangenmaterials im Bereich des Umformwerkzeuges, so dass eine Umformkraft auf dessen Querschnitt tangential und radial einwirken kann. Die Ablenkvorrichtung, die dem Umformwerkzeug in Vorschubrichtung nachgeschaltet ist, biegt das Stangenmaterial und hat zu diesem Zweck eine angepasste Aufnahme bzw. Führung für das Stangenmaterial. Es sei hier noch darauf hinzuweisen, dass ggf. zumindest zwei der hier angeführten Aggregate (Umformwerkzeug, Vorschubeinheit, Ablenkvorrichtung) miteinander kombiniert bzw. integriert ausgeführt sein können.For performing a combined forming-bending process, the apparatus comprises a feed unit which either pushes bar stock through the forming tool or pulls it through the forming tool. A combination of these two characteristics is also possible. In addition, the device has (at least one) circumferential forming tool. This forming tool may rotate completely or partially (e.g., individual rolling bodies in contact with the bar stock) around the bar stock. The rotational axis of the forming tool is preferably substantially parallel to the feed direction of the rod material in the region of the forming tool, so that a forming force can act tangentially and radially on the cross section thereof. The deflector, which is downstream of the forming tool in the feed direction, bends the bar stock and for this purpose has an adapted receptacle or guide for the bar stock. It should be pointed out here that if necessary at least two of the units mentioned here (forming tool, feed unit, deflection device) can be combined or integrated with one another.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung weist diese eine Steuerung auf, die insbesondere programmierbar ist oder einen direkten Eingriff möglich macht und durch die insbesondere alle Komponenten der Vorrichtung automatisiert ansteuerbar sind. Insbesondere ist durch die Steuerung die Ablenkvorrichtung positionierbar. Dabei ist mit „Positionieren" insbesondere ein Verschieben im dreidimensionalen Raum hinter dem Umformwerkzeug gemeint, als auch ein Verdrehen der Ablenkvorrichtung um alle drei Raumachsen. Insbesondere lässt sich die Position der Ablenk-vorrichtung während des Umformprozesses ansteuern und verändern. Somit ist auch eine Führung des noch ungebogenen aber bereits umgeformten Stangenmaterials nach dem Umformwerkzeug möglich, so dass eine zusätzliche Führung des Stangenmaterials zur Ablenkvorrichtung nicht zwingend erforderlich ist.According to a particularly advantageous embodiment of the device, this has a control which is in particular programmable or makes a direct intervention possible and by which in particular all components of the device can be controlled automatically. In particular, the deflection device can be positioned by the controller. In this case, "positioning" means, in particular, a displacement in the three-dimensional space behind the forming tool, as well as a rotation of the deflection device about all three spatial axes, In particular, the position of the deflection device can be controlled and changed during the forming process still unbent but already formed rod material after the forming tool possible, so that an additional guidance of the rod material to the deflection is not mandatory.
Die Steuerung ist weiterhin insbesondere dazu geeignet, wenigstens eine der folgenden Funktionen zu erfüllen: den Vorschub, die Rotationsgeschwindigkeit des Umformwerkzeuges und die Positionierung des Domes zur Abstützung eines Innenquerschnittes anzusteuern, zu regeln oder zu positionieren.The control is furthermore particularly suitable for performing at least one of the following functions: the feed, the rotational speed of the forming tool and the positioning of the dome for supporting an inner cross-section to control, regulate or position.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das wenigstens eine Umformwerkzeug ein rotierendes Drückwalzwerkzeug. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist dieses Drückwalzwerkzeug einen Grundkörper mit einer Ausnehmung auf, durch die das Stangenmaterial während des Prozesses hindurchgeführt wird. Weiter sind auf diesem Grundkörper mehrere Walzen an- geordnet, die um ihre eigene Achse drehbar sind, und mit dem Stangenmaterial in Kontakt sind und so die Umformung des Stangenmaterials bewirken. Dabei können zumindest zwei aber auch mehr (z.B. 4, 5, 6, 8, 10) Walzen um das Stangen-material herum auf dem Grundkörper des Drückwalzwerkzeuges angeordnet sein. Die Walzen sind bevorzugt zylindrisch, dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Die Walzen sind zudem regelmäßig selbst angetrieben. Die Achsen der Walzen sind insbesondere parallel zur Rotationsachse des Umformwerkzeuges angeordnet.According to a further advantageous embodiment, the at least one forming tool is a rotating flow-forming tool. In a particularly preferred embodiment, this flow-forming tool has a base body with a recess through which the rod material is passed during the process. Further, a plurality of rollers are arranged on this body, which are rotatable about their own axis, and are in contact with the bar material and thus effect the deformation of the bar material. In this case, at least two but also more (for example 4, 5, 6, 8, 10) rollers can be arranged around the rod material on the base body of the flow-forming tool. The rollers are preferably cylindrical, but this is not mandatory. The rollers are also regularly driven by themselves. The axes of the rollers are arranged in particular parallel to the axis of rotation of the forming tool.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Drückwalzwerkzeuges weist das rotierende Drückwalzwerkzeug radial zustellbare Walzen und die Vorrichtung insbesondere eine Steuerung insbesondere zum automatisierten Zustellen der Walzen auf. Die auf dem Grundkörper des rotierenden Drückwalzwerkzeugs angeordneten Walzen sind dabei auf dem Grundkörper des Drückwalzwerkzeugs radial zum umzuformenden Stangenmaterial zustellbar, oder auch entfernbar, so dass verschiedene Außenkonturen und/oder Grade der plastischen Verformung des Stangenmaterials erzeugbar sind. Insbesondere ist die Geschwindigkeit der Zustellung mit der Geschwindigkeit des Vorschubes zu koppeln, so dass Übergänge wie z. B. Radien oder Konizitäten beliebig angepasst werden können.According to a particularly advantageous embodiment of the flow-forming tool, the rotating flow-forming tool has radially deliverable rollers and the apparatus in particular a controller, in particular for the automated feed of the rollers. The rollers arranged on the main body of the rotating flow-forming tool are radially on the base body of the flow-forming tool deliverable bar stock, or even removable, so that different outer contours and / or degrees of plastic deformation of the rod material can be generated. In particular, the speed of delivery is coupled with the speed of the feed, so that transitions such. B. radii or conicities can be adjusted as desired.
Weiterhin können die Walzen unterschiedliche Formen aufweisen. Sie können konisch geformt sein, zylindrisch oder auch sphärisch und insbesondere weitere beliebige Formen aufweisen.Furthermore, the rolls may have different shapes. They may be conically shaped, cylindrical or spherical and in particular have any other shapes.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung weist diese einen Dorn auf, der wenigstens teilweise einen Innenquerschnitt des Stangenmaterials in wenigstens einem Teilbereich einer Einflusszone des wenigstens einen Umformwerkzeugs abstützt. Der Dorn ist regelmäßig gegenüber der Position des Umformwerkzeugs relativ verfahrbar und kann insbesondere in das Umformwerkzeug teilweise eintauchen.According to a further advantageous embodiment of the device, this has a mandrel which at least partially supports an inner cross section of the rod material in at least one subregion of an influence zone of the at least one forming tool. The mandrel is regularly relative to the position of the forming tool relatively movable and can in particular partially immerse in the forming tool.
Das erfindungsgemäße Stangenmaterial wird durch das erfindungsgemäße Verfahren oder durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugt und weist mindestens eine Versagenszone auf. Diese Versagenszone wird insbesondere durch wenigstens eine lokal abweichend Materialeigenschaft des Stangenmaterials definiert, die insbesondere durch abgestimmte Verfahrensvarianten in das Stangenmaterial eingebracht werden. Diese lokal abweichenden Materialeigenschaften können dabei insbesondere über den gesamten, in axialer Erstreckungsrichtung des Stangenmaterials begrenzten, Umfang vorliegen, wobei insbesondere über den gesamten Querschnitt des Stangenmaterials (gegenüber anderen axialen Bereichen) abweichende Materialeigenschaften vorliegen. Dabei können auch Teilbereiche des Umfangs eines axialen Stangenmaterialabschnitts oder Teilbereiche des Querschnittes des Stangenmaterials lokal abweichende Materialeigenschaften aufweisen. Insbesondere ist das Stangenmaterial in diesen Bereichen besonders spröde ausgeführt, so dass durch diese Materialeigenschaft eine Versagensstelle definiert ist. Als Materialeigenschaft kommt insbesondere eine mechanische Eigenschaft in Betracht, ggf. wenigstens eine aus der Gruppe: Festigkeit, Härte, Duktilität, Gefügeaufbau, Verfestigung, Umformgrad, etc.. Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung zeigen, auf die sie jedoch nicht beschränkt ist. Es zeigen schematisch:The rod material according to the invention is produced by the method according to the invention or by the device according to the invention and has at least one failure zone. This failure zone is defined in particular by at least one locally deviating material property of the rod material, which is introduced in particular into the rod material by coordinated process variants. These locally deviating material properties may in particular be present over the entire circumference bounded in the axial direction of extension of the rod material, whereby deviating material properties are present over the entire cross section of the rod material (in comparison to other axial regions). In this case, partial regions of the circumference of an axial bar material section or partial regions of the cross section of the bar material may also have locally differing material properties. In particular, the rod material is made particularly brittle in these areas, so that a failure point is defined by this material property. A material property is, in particular, a mechanical property, possibly at least one of the group: strength, hardness, ductility, microstructure, solidification, degree of deformation, etc. The invention and the technical environment will be explained in more detail with reference to FIGS. It should be noted that the figures show, but are not limited to, particularly preferred embodiments of the invention. They show schematically:
Fig. 1 : eine Vorrichtung während des Prozesses in perspektivischer Ansicht,1 shows a device during the process in perspective view,
Fig. 2: eine weitere Vorrichtung während des Prozesses in perspektivischerFig. 2: another device during the process in perspective
Ansicht,View,
Fig. 3: eine Vorrichtung während des Prozesses in einer Aufsicht,3 shows a device during the process in a plan view,
Fig. 4: eine weitere Vorrichtung während des Prozesses in einer Aufsicht UndFig. 4: another device during the process in a supervision And
Fig. 5: einen Querschnitt durch die Seitenansicht einer Vorrichtung.5 shows a cross section through the side view of a device.
Fig. 1 zeigt hierbei die Vorrichtung 13 zum kombinierten Drückwalzen und Biegen eines Stangenmaterials 1 durch ein rotierendes Drückwalzwerkzeug 16, das hier alsFig. 1 shows here the device 13 for combined spin forming and bending a bar stock 1 by a rotating flow-forming tool 16, here as
Umformwerkzeug 2 eingesetzt wird, mit drei Walzen 17, die um das, durch dasForming tool 2 is used, with three rollers 17, around which, through the
Umformwerkzeug 2 durchgeführte, Stangenmaterial 1 herum drehbar angeordnet sind.Forming tool 2 performed, bar material 1 are arranged rotatably around.
Das Stangenmaterial 1 weist dabei einen ersten Durchmesser 3 vor demThe bar stock 1 has a first diameter 3 in front of it
Umformwerkzeug 2 auf und wird durch eine Vorschubeinrichtung 14 mit einem Vorschub 15 durch das Umformwerkzeug 2 hindurch gedrückt. Dabei wird derForming tool 2 and is pressed by a feed device 14 with a feed 15 through the forming tool 2 therethrough. It is the
Durchmesser 3 des Stangenmaterials 1 in Folge des Umformprozesses durch dasDiameter 3 of the rod material 1 as a result of the forming process by the
Umformwerkzeug 2 auf einen zweiten Durchmesser 11 nach dem Umformwerkzeug 2 reduziert. In Folge des Umformens durch die Walzen 17 wird das Material desForming tool 2 reduced to a second diameter 11 after the forming tool 2. As a result of forming by the rollers 17, the material of the
Stangenmaterials 1 in der Einflusszone 5 des Umformwerkzeugs 2 teilweise (außen) plastisch verformt, so dass das Biegen des Stangenmaterials 1 mit geringeren Kräften möglich wird. Die dem Umformwerkzeug 2 nachgeordnete Ablenkvorrichtung 4 wird derart eingestellt, gegebenenfalls durch eine Steuerung 18, dass ein Biegeradius 9 erzeugt wird. Dabei wird dieser Biegeradius 9 in der Steuerung 18 eingegeben oder an der Vorrichtung 13 eingestellt, wobei in Folge der Rückfederung des Stangenmaterials 1 nach dem Biegen ein Krümmungsradius 10 im erzeugten Endprodukt des Stangenmaterials 1 auftritt.Rod material 1 in the influence zone 5 of the forming tool 2 partially plastically deformed (outside), so that the bending of the rod material 1 with lower forces is possible. The deflecting device 4 arranged downstream of the forming tool 2 is set in such a way, optionally by a controller 18, that a bending radius 9 is generated. In this case, this bending radius 9 is entered in the controller 18 or set on the device 13, wherein as a result of the spring back of the rod material 1 after bending a radius of curvature 10 occurs in the final product of the rod material 1 produced.
Die Steuerung 18 ist insbesondere für eine gemeinsame Steuerung wenigstens von Vorschubeinheit 14, Dreh- und Zustellgeschwindigkeit bzw. Zustellweg der Walzen 17, Drehgeschwindigkeit des Umformwerkzeugs 2 und Positionierung der Ablenkvorrichtung 4 geeignet. Dies ist in Fig. 1 durch die gestrichelten Verbin- dungslinien zwischen Steuereinheit 18 und den einzelnen Vorrichtungskomponenten dargestellt.The controller 18 is particularly suitable for a common control of at least feed unit 14, rotational and delivery speed or feed path of the rollers 17, rotational speed of the forming tool 2 and positioning of the deflection device 4. This is illustrated in FIG. 1 by the dashed connecting lines between the control unit 18 and the individual device components.
Fig. 2 zeigt eine weitere Vorrichtung 13 in perspektivischer Ansicht, wobei die Rückseite des Umformwerkzeugs 2 mit den Walzenachsenaufnahmen 23 in dem Grundkörper 19 dargestellt ist. Die Ablenkvorrichtung 4 ist als Matrize ausgeführt, durch die sich das Stangenmaterial 1 erstreckt. Durch das Umformwerkzeug 2 wird der erste Durchmesser 3 des Stangenmaterials auf den zweiten Durchmesser 11 reduziert.FIG. 2 shows a further device 13 in a perspective view, wherein the rear side of the forming tool 2 with the roll axis receptacles 23 in the main body 19 is shown. The deflection device 4 is designed as a die, through which the rod material 1 extends. By the forming tool 2, the first diameter 3 of the rod material is reduced to the second diameter 11.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Aufsicht auf das Drückwalzwerkzeug 16, das im Wesentlichen aus einem Grundkörper 19 und, in diesem Fall, aus drei auf demFig. 3 shows schematically a plan view of the flow-forming die 16, which consists essentially of a base body 19 and, in this case, three on the
Grundkörper 19 drehbar angeordneten Walzen 17 besteht. Dabei rotiert dasBase body 19 rotatably arranged rollers 17 consists. It rotates
Drückwalzwerkzeug 16 mit seinem Grundkörper 19 und den Walzen 17 um dasFlow-forming tool 16 with its base body 19 and the rollers 17 around the
Stangenmaterial 1 , das im Bereich vor dem Umformwerkzeug einen erstenRod material 1, which in the area in front of the forming a first
Durchmesser 3 aufweist und im umgeformten Zustand nach dem Umformwerkzeug einen zweiten Durchmesser 11. Die Walzen 17 sind in dieser Ausführungsform in einer konischen Ausführung dargestellt, deren kleinerer Durchmesser mit dem erstenDiameter 3 and in the deformed state after the forming a second diameter 11. The rollers 17 are shown in this embodiment in a conical design whose smaller diameter with the first
Durchmesser 3 des Stangenmaterials 1 in Eingriff kommt und deren größererDiameter 3 of the rod material 1 engages and their larger
Durchmesser den umgeformten zweiten Durchmesser 11 des Stangenmaterials 1 erzeugt.Diameter produced the deformed second diameter 11 of the rod material 1.
Fig. 4 zeigt schematisch eine Aufsicht einer weiteren Vorrichtung 13, mit einem Walzdrückwerkzeug 16, im Wesentlichen bestehend aus einem Grundkörper 19 und darauf angeordneten Walzen 17, die durch Vorschubeinheiten eine Zustellbewegung 20 ausführen können. Während des Prozesses drehen sich der Grundkörper 19 in einer ersten Drehrichtung 21 um das Stangenmaterial 1 und die Walzen in einer zweiten Drehrichtung 22, wobei die Walzen 17 auf dem Umfang des Stangenmaterials 1 abrollen.FIG. 4 schematically shows a plan view of a further device 13 with a rolling-press tool 16, essentially consisting of a base body 19 and arranged on rollers 17, which can perform a feed movement 20 by feed units. During the process, the main body 19 rotate in a first rotational direction 21 about the rod material 1 and the rollers in a second direction of rotation 22, wherein the rollers 17 roll on the circumference of the rod material 1.
Fig. 5 zeigt schematisch einen Querschnitt durch die Vorrichtung 13, wobei hier ein hohles Stangenmaterial 1 dargestellt ist, mit einem ersten Durchmesser 3 vor dem Umformwerkzeug 2 und einem Innenquerschnitt 6 und einer dementsprechenden Wandstärke 12. Das Stangenmaterial 1 wird im Bereich der Einflusszone 5 des Umformwerkzeugs 2 von dem ersten Durchmesser 3 auf den zweiten Durchmesser 11 reduziert, wobei ein Dorn 7 wenigstens in einen Teilbereich 8 der Einflusszone 5 des Umformwerkzeugs 2 eingeschoben ist, so dass in diesem Bereich das Stangenmaterial 1 mit seinem Innenquerschnitt 6 auf dem Dorn 7 abgestützt ist. In einem axial begrenzten Teilbereich des Stangenmaterials 1 wird durch entsprechende Veränderung einzelner oder mehrerer Verfahrensparameter eine Versagenszone 24 erzeugt.5 shows schematically a cross section through the device 13, wherein here a hollow bar material 1 is shown, with a first diameter 3 in front of the forming tool 2 and an inner cross section 6 and a corresponding wall thickness 12. The bar material 1 is in the region of the influence zone 5 of Forming tool 2 reduced from the first diameter 3 to the second diameter 11, wherein a mandrel 7 is inserted at least into a portion 8 of the influence zone 5 of the forming tool 2, so that in this area the bar material 1 is supported with its inner cross section 6 on the mandrel 7 , In an axially limited portion of the rod material 1, a failure zone 24 is generated by corresponding change of one or more process parameters.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es sind vielmehr zahlreiche Abwandlungen der Erfindung im Rahmen der Patentansprüche möglich. The present invention is not limited to the illustrated embodiments. Rather, numerous modifications of the invention within the scope of the claims are possible.
Bezugszeichenreference numeral
1 Stangenmaterial1 bar material
2 Umformwerkzeug2 forming tool
3 Erster Durchmesser (Di)3 first diameter (Tue)
4 Ablenkvorrichtung4 deflection device
5 Einflusszone5 zone of influence
6 Innenquerschnitt6 inner cross section
7 Dorn7 thorn
8 Teilbereich8 subarea
9 Biegeradius (RB)9 bending radius (RB)
10 Krümmungsradius (Rκ)10 radius of curvature (R K )
11 Zweiter Durchmesser (D2)11 second diameter (D 2 )
12 Wandstärke12 wall thickness
13 Vorrichtung13 device
14 Vorschubeinheit14 feed unit
15 Vorschub15 feed
16 Drückwalzwerkzeug16 flow-forming tool
17 Walzen17 rolls
18 Steuerung18 control
19 Grundkörper19 basic body
20 Zustellbewegung20 infeed movement
21 Erste Drehrichtung21 First direction of rotation
22 Zweite Drehrichtung22 Second direction of rotation
23 Walzenachsenaufnahme23 roller axle holder
24 Versagenszone 24 failure zone

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Umformen eines Stangenmaterials (1) aufweisend zumindest die folgenden Schritte: a) Zuführen des Stangenmaterials (1) mit einem ersten Durchmesser (3) zu einem in Umfangsrichtung um das Stangenmaterial (1) umlaufenden Umformwerkzeug (2), b) Reduzieren des ersten Durchmessers (3) des Stangenmaterials (1 ) durch das umlaufende Umformwerkzeug (2) hin zu einem kleinerer zweiten Durchmesser (11), c) Biegen des Stangenmaterials (1) durch eine, dem Umformwerkzeug (2) nachgeordnete Ablenkvorrichtung (4), wobei das Biegen des Stangenmaterials (1) im Bereich einer Einflusszone (5) des Umformwerkzeugs (2) erfolgt.A method of forming a bar stock (1) comprising at least the following steps: a) feeding the bar stock (1) with a first diameter (3) to a forming tool (2) circumferentially around the bar stock (1), b) reducing the first diameter (3) of the rod material (1) through the peripheral forming tool (2) towards a smaller second diameter (11), c) bending of the rod material (1) by a deflection device (4) arranged downstream of the forming tool (2), wherein the bending of the rod material (1) in the region of an influence zone (5) of the forming tool (2).
2. Verfahren nach Patentanspruch 1 , wobei ein Innenquerschnitt (6) eines hohlen Stangenmaterials (1) durch einen Dorn (7) in wenigstens einem Teilbereich (8) der Einflusszone (5) des Umformwerkzeugs (2) gestützt ist.2. The method according to claim 1, wherein an inner cross section (6) of a hollow rod material (1) by a mandrel (7) in at least a portion (8) of the influence zone (5) of the forming tool (2) is supported.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei in Schritt c) ein Biegeradius (9) eingestellt wird, der höchstens 5 %, insbesondere höchstens 3 %, von einem Krümmungsradius (10) des gebogenen Stangenmaterials (1) abweicht.3. The method according to any one of the preceding claims, wherein in step c) a bending radius (9) is set, the maximum of 5%, in particular at most 3%, deviates from a radius of curvature (10) of the bent bar material (1).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das Umformwerkzeug (2) eine Rotationsgeschwindigkeit um das Stangenmaterial (1) von 50 bis 3000 U/min aufweist. 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein the forming tool (2) has a rotational speed around the rod material (1) of 50 to 3000 U / min.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein Verhältnis von Biegeradius (9) zu einem zweiten Durchmesser (11) im Bereich von 1 bis 5 liegt.5. The method according to any one of the preceding claims, wherein a ratio of bending radius (9) to a second diameter (11) in the range of 1 to 5.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei Stan- genmaterial (1) aus wenigstens einem Werkstoff der folgenden Gruppe bearbeitet wird: hitzebeständiger Stahl, TRIP-Stahl, Dualphasenstahl, Titan- Legierungen, Aluminium-Legierungen.6. A method according to any one of the preceding claims, wherein rod material (1) is machined from at least one material of the following group: heat resistant steel, TRIP steel, dual phase steel, titanium alloys, aluminum alloys.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Schritt b) mit variierender Umlaufgeschwindigkeit des Umformwerkzeuges (2) durchgeführt wird.7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the step b) with varying rotational speed of the forming tool (2) is performed.
8. Vorrichtung (13) zum Umformen eines Stangenmaterials (1), aufweisend wenigstens ein in Umfangsrichtung um das Stangenmaterial (1) umlaufendes Umformwerkzeug (2) zur Reduzierung eines ersten8. Device (13) for forming a rod material (1), comprising at least one in the circumferential direction around the rod material (1) encircling forming tool (2) for reducing a first
Durchmessers (3) des Stangenmaterials (1), eine Vorschubeinheit (14) zum Erzeugen eines Vorschubs (15) desDiameter (3) of the rod material (1), a feed unit (14) for generating a feed (15) of the
Stangenmaterials (1) gegenüber dem umlaufenden Umformwerkzeug (2), und - eine relativ zum Umformwerkzeug (2) bewegbare Ablenkvorrichtung (4) zum Biegen des Stangenmaterials (1).Bar material (1) in relation to the surrounding forming tool (2), and - a deflection device (4) movable relative to the forming tool (2) for bending the bar material (1).
9. Vorrichtung (13) nach Patentanspruch 8, aufweisend eine Steuerung (18), insbesondere zum automatisierten Positionieren der Ablenkvorrichtung (4).9. Device (13) according to claim 8, comprising a controller (18), in particular for automated positioning of the deflection device (4).
10. Vorrichtung (13) nach einem der Patentansprüche 8 oder 9, wobei das wenigstens eine Umformwerkzeug (2) ein rotierendes Drückwalzwerkzeug (16) ist.10. Device (13) according to one of the claims 8 or 9, wherein the at least one forming tool (2) is a rotating flow-forming tool (16).
11. Vorrichtung (13) nach Patentanspruch 10, wobei das rotierende Drück- walzwerkzeug (16) radial zustellbare Walzen (17) und die Vorrichtung (13) insbesondere eine Steuerung (18), insbesondere zum automatisierten Zustellen der Walzen (17), aufweist. 11. Device (13) according to claim 10, wherein the rotating spinning tool (16) radially deliverable rollers (17) and the device (13) in particular a controller (18), in particular for automated delivery of the rollers (17).
12. Vorrichtung (13) nach einem der Patentansprüche 8 bis 11, aufweisend einen Dorn (7), der wenigstens teilweise einen Innenquerschnitt (6) eines hohlen Stangenmaterials (1) in wenigstens einem Teilbereich (8) einer Einflusszone (5) des wenigstens einen Umformwerkzeugs (2) abstützt.12. Device (13) according to one of the claims 8 to 11, comprising a mandrel (7), at least partially an inner cross section (6) of a hollow bar material (1) in at least a portion (8) of an influence zone (5) of the at least one Forming tool (2) is supported.
13. Stangenmaterial (1), hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 7 oder mit einer Vorrichtung (13) nach einem der Pa- entansprüche 8 bis 12, wobei mindestens eine Versagenszone (24) vorgesehen ist. 13. Rod material (1), produced by a method according to one of the claims 1 to 7 or with a device (13) according to any one of the claims 8 to 12, wherein at least one failure zone (24) is provided.
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