DE19830623A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Umformung von Werkstücken, insbesondere von Hohlkörpern, durch Einwirkung eines Druckmediums - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Umformung von Werkstücken, insbesondere von Hohlkörpern, durch Einwirkung eines Druckmediums. Dabei kommen zwei ein Hochdruck-Umformwerkzeug bildende Werkzeugteile zur Anwendung, wobei nach dem Schließen der beiden Werkzeugteile das Umformen des Werkstücks unter Einwirkung eines Druckmediums erfolgt, derart, daß erfindungsgemäß DOLLAR A die nach außen in Richtung zum Werkzeug weisende Wandung des Werkstücks DOLLAR A - an den Positionen, an welchen der Querschnitt des Werkstücks zu verringern ist, DOLLAR A und/oder DOLLAR A - an den Positionen, an welchen eine erhöhte Reibung zwischen Werkstück und Werkzeug auftritt, DOLLAR A durch das Druckmedium mit einem Außendruck beaufschlagt wird, und DOLLAR A daß bedarfsweise an der Innenwandung des Werkstücks ein Innenhochdruck mit einem Druckmedium erzeugt wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Umformung von Werkstücken, insbesondere von Hohlkörpern, durch Einwirkung eines Druckmediums. Dabei kommen zwei ein Hochdruck- Umformwerkzeug bildende Werkzeugteile zur Anwendung, wobei nach dem Schließen der beiden Werkzeugteile das Umformen des Werkstücks unter Einwirkung eines Druckmediums erfolgt. Es sind zahlreiche Lösungen zum Innenhochdruckumformen von rohrförmigen Ausgangsteilen bekannt. Unter Anwendung eines mit wenigstens zwei ein Innenhochdruck-Umformwerkzeug bildenden Werkzeugteilen, erfolgt nach dem Schließen der beiden Werkzeugteile das Umformen des Hohlkörpers unter Einwirkung eines Druckmediums. Dabei wird das Rohr bedarfsweise beidseitig durch Nachschiebezylinder nachgeschoben.

Der Nachteil bei Herstellen von Formelementen bei Umformen von Hohlkörpern mittels Druckmedium besteht darin, daß zwischen der Außenfläche des Werkstücks und der Gravur des Werkzeugs Reibungskräfte den Werkstofffluß behindern.

Aufgabe der Erfindung ist es, beim Umformen mittels Druckmedium das Ausformen von querschnittsverringernden Formelementen zu gewährleisten, und/oder die Reibung und den Verschleiß zwischen Werkzeug und Werkstück zu verringern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten und fünften Patentanspruchs gelöst.

Dabei ist das Werkstück vorzugsweise als ein Hohlkörper ausgebildet, dessen nach außen weisende Wandung an den Positionen, an welchen der Querschnitt zu verringern ist, durch das Druckmedium mit einem Außendruck beaufschlagt wird. An der Innenseite des Werkstücks wird durch einen Stempel, der die zu erzeugende querschnittsverringernde Gravur enthält oder durch den Innendruck eines Druckmediums eine Gegenkraft erzeugt. Zusätzlich können die beiden Werkzeughälften bekannter Weise eine querschnittsvergrößernde Gravur enthalten, an welche sich die unter Innenhochdruck stehende Wandung des Werkstücks anlegt. Dabei können zum Einbringen von Formelementen Formelemente mit oder ohne Gegenhalter und/oder Formstempel Anwendung finden. Das Nachfließen des Werkstoffs wird durch endseitig wirkende Nachschiebezylinder gewährleistet, wobei durch mindestens einen Nachschiebezylinder das Druckmedium zur Erzeugung des Innenhochdrucks zugeführt wird. Das Druckmedium zur Erzeugung des Innenhochdrucks wird bei Verwendung eines Stempels durch diesen über entsprechende Druckmittelkanäle an dessen Außenwandung geführt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Ausformen einer umlaufenden Querschnitts­ verringerung mit geteiltem Stempel,

Fig. 2 Erzeugung einer umlaufenden Querschnittsverringerung mit einem geteilten Stempel und einer Gravur radial umlaufenden in den Werkzeughälften zur Bildung einer Querschnitteerweiterung,

Fig. 3 Werkzeug zur Erzeugung einer örtlichen Querschnittsverringerung mit rechteckiger Form sowie einer örlichen Querschnittserweiterung mit rechteckiger Form,

Fig. 4 Variante eines geteilten Stempels zur Erzeugung der rechteckigen Querschnittsverringerung,

Fig. 5 gem. Fig. 3 hergestelltes Werkstück,

Fig. 6 Werkzeug zur Erzeugung einer örtlichen Querschnittsverringerung mit kreisförmiger Form,

Fig. 7 Variante eines geteilten Stempels zur Erzeugung der kreisförmigen Querschnittsverringerung,

Fig. 8 gem. Fig. 6 hergestelltes Werkstück,

Fig. 9 Werkzeug mit Druckmittelzuführung in die Radienbereiche des Werkzeuges.

In Fig. 1 wird ein Werkzeug 1 zur Umformung von Werkstücken W unter Einwirkung eines Druckmediums D dargestellt, welches aus zwei Werkzeugteilen 1a und 1b besteht, die zum Beschicken und Entnehmen des Werkstückes W relativ zueinander axial bewegbar sind. Im dargestellten Beispiel sind beide Werkzeugteile 1a und 1b zusammengesteckt. Im Werkzeug 1 befindet sich das rohrförmige Werkstück W, welches in der Darstellung bereits umgeformt wurde. In das Werkstück W greift ein geteilter Stempel 2 ein. Dieser besteht aus einer Stempelhälfte 2.1 und einer Stempelhälfte 2.2. Beide Stempelhälften 2.1, 2.2 greifen über eine Zentrierung 3 ineinander ein. Die Stempelhälften 2.1 und 2.2 weisen eine umlaufende Durchmesserreduzierung 2.3 auf. Durch die erste Stempelhälfte 2.1 führt eine axiale Druckmittelzuführung 4 bis zum Randbereich der Durchmesserreduzierung 2.3 des Stempels 2. Beidseitig zur Durchmesserreduzierung 2.3 sind Dichtungen 6 angeordnet.

Im Werkzeugteil 1a führt eine Druckmittelzuführung 4 zum durchmesserreduzierten Bereich 2.3 des Stempels 2.

Nachdem die Stempelhälften 2.1 und 2.2 im Werkstück W zusammengefügt wurden, werden beide Werkzeugteile 1.1, 1.2 geschlossen. Anschließend wird die Außenwandung des Werkstücks über die Druckmittelzuführung 4 im Bereich über der Durchmesserreduzierung 2.3 des Stempels 2 mit Außenhochdruck durch das Druckmedium D beaufschlagt. Durch den Druck des Druckmediums D legt sich die Wandung des Werkstücks W wie dargestellt an den Stempel 2 an. Vorteilhaft ist es, dabei durch geeignete Mittel, die an einem oder beiden Enden des Werkstücks angreifen, Zugspannungen zu erzeugen, da so Faltenbildung in Umformbereich vermieden wird, denn diese radialen Zugspannungen bewirken ein einwandfreies Anlegen des Werkstücks W an den durchmesserreduzierten Bereich 2.3 des Stempels 2. Im Gegensatz zu bekannten Innenhochdruck­ umformen erfolgt somit kein Nachschieben des Werkstoffs über Nachschiebezylinder.

Nach dem Umformprozeß durch das Außenhochdruckumformen wird über die Druckmittelzuführung 4 an die Außenwandung des durchmesserreduzierten Bereiches 2.3 des Stempels 2 die Innenwandung des Werkstücks W im durchmesserreduzierten Bereich 2.3 kurz mit Druck beaufschlagt, so daß sich die Stempelhälften 2.1, 2.2 leicht aus dem Werkstück W herausziehen lassen. Anschließend werden beide Werkzeugteile 1a und 1b geöffnet und die Stempelhälften 2.1 und 2.2 aus dem umgeformten Werkstück W entnommen.

Eine ähnliche Ausführungsform wird in Fig. 2 dargestellt. Dabei weisen beide Werkzeugteile 1a, 1b eine Gravur 1G auf, an die sich das Werkstück W durch Innenhochdruckumformen anlegt. Die Stempelhälfte 2.1 weist dabei nicht nur eine Drückmittelzuführung 4 zu dem durchmesserverringerten Bereich 2.3 des Stempels 2 auf, sondern auch eine Druckmittelzuführung 4 zu dem Bereich, über welchem sie sich die Gravur 1G der Werkzeugteile 2.1 und 2.2 befindet. Das Außenhochdruckumformen und das Innenhochdruckumformen erfolgen nun vorzugsweise gleichzeitig durch die Druckbeaufschlagung über die Druckmittelzuführungen 4. Nach dem erfolgten Außen- und Innenhochdruckumformen wird über die Druckmittelzuführung 4 mit einem etwas geringerem Druck Druckmittel D zum durchmesserreduzierten Bereich 2.3 geführt, so daß sich die beiden Stempelhälften 2.1, 2.2 leicht aus dem Werkstück W entfernen lassen.

Neben den vorgenannt beschriebenen Ausführungsformen ist es auch möglich, ohne Anwendung eines Stempels durch Außenhochdruck örtliche Formelemente des Werkstücks frei nach innen umzuformen. Dabei kann sich auch das Werkstück z. B. gegen einen Innenhochdruck abstützen, der jedoch geringer als der Außenhochdruck zu wählen ist.

Neben radial umlaufenden Durchmesserverringerungen ist es auch möglich, örtliche Querschnittsverringerungen zum Beispiel bei Hohlprofilen mit rechteckigem Querschnitt einzubringen. Ein Ausführungsbeispiel zum Einbringen einer örtlichen Querschnittsverringerung 2.3 mit rechteckigem Querschnitt wird in Fig. 3 dargestellt. Unterhalb der Querschnittsverringerung 2.3 ist im unteren Werkzeugteil 1b eine Gravur 1G angeordnet. In das hohle Werkstück W greift ein geteilter Stempel 2 ein. Die erste Stempelhälfte 2.1 weist in Richtung zur zweiten Stempelhälfte 2.2 eine plane Fläche auf. Die zweite Stempelhälfte 2.2 weist eine in Richtung zur ersten Stempelhälfte offene Vertiefung 10 für die Ausformung der Querschnittsverringerung des Werkstücks W auf. Durch das obere Werkzeugteil 1a führt eine Druckmittelzuführung 4 in den Bereich über die herzustellende Querschnittsverringerung des Werkstücks W.

Durch den Stempel 2 führt ebenfalls eine Druckmittelzuführung 4 bis an den Rand des Stempelbereiches über der Gravur 1G des unteren Werkzeugteils 1b. Durch gleichzeitige oder aufeinander folgende Druckmittel­ beaufschlagung erfolgt das Einformen des Bleches des Werkstücks W in die Vertiefung 10 des Stempels 2 sowie in die Gravur 1G des unteren Werkzeugteils 1b.

In Fig. 4 wird nochmals der geteilte Stempel 2 mit der Vertiefung 10 dargestellt.

Fig. 5 zeigt das mittels des kombinierten Außenhochdruck- und Innenhochdruck hergestellte Werkstück W. Es weist an der oberen Wandung eine rechteckförmige Einformung 7 und an der gegenüberliegenden Wandung eine rechteckförmige Ausstülpung 8 auf.

Eine ähnliche Ausführung ist in Fig. 6 dargestellt. Der Stempel 2 ist ebenfalls geteilt, weist jedoch eine kreisförmige Vertiefung 10 auf. Die Teilung des Stempels 2 liegt dabei in der Mitte der kreisförmigen Vertiefung 10. Über die kreisförmige Vertiefung 10 führt durch das obere Werkzeugteil 1a eine Druckmittelzuführung 4. Der geteilte Stempel 2 wird nochmals in Fig. 7 gezeigt. Die Stempelhälften 2.1 und 2.2 weisen halbkreisförmige Vertiefungen auf, die nach Schließen der beiden aufeinander zuweisenden Stempelflächen die Vertiefung 10 ergeben.

Ein entsprechend hergestelltes Werkstück W ist in Fig. 8 dargestellt. Dieses weist an einer Seitenfläche die durch Außenhochdruckumformen hergestellte kreisförmige Einformung 7 auf.

Es ist auch möglich, durch Druckmittelzuführungen 4, in die Werkzeugteile 1a und 1b Hochdruck in die Bereiche zu führen, in denen eine erhöhte Reibung vorliegt. Durch das Aufbringen eines Außenhochdruckes zwischen den Werkzeugteilen 1a und 1b und der Außenwandung des Werkstücks W, kann eine Reduzierung der Reibung und somit eine Reduzierung des Verschleißes erfolgen.

Dies ist auch in Kombination mit den vorgenannt beschriebenen Ausführungsvarianten möglich.

Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es erstmalig möglich, in einem Umformwerkzeug in einer Werkstückaufnahme und in einem Arbeitsschritt durch Erzeugen von Außen- und Innenhochdruck Teile herzustellen, die verschiedenste Querschnittsverringerungen und Querschnittserweiterungen aufweisen.

Weiterhin kann der Werkzeugverschleiß durch Erzeugung eines definierten Druckes eines Druckmediums zwischen Werkzeugwandung und Werkstück erheblich reduziert werden, wodurch die Lebensdauer der Werkzeuge beträchtlich ansteigt.

Hervorzuheben ist auch die Möglichkeit, zunächst durch Außenhochdruck ein Rohr auf einen profilierten Dorn zu formen und dann durch Zuführung von Hochdruck durch den Dorn hindurch zu dem Spalt zwischen Werkstück und Dorn eine Innenhochdruckumformung mit dem Ziel eines leichten Herausdrehens oder des Dorns aus dem Werkstück durchzuführen.

Claims (9)

1. Verfahren zur Umformung von Werkstücken, insbesondere von Hohlkörpern, durch Einwirkung eines Druckmediums unter Anwendung von wenigstens zwei ein Hochdruck- Umformwerkzeug bildenden Werkzeugteilen, wobei nach dem Schließen der beiden Werkzeugteile das Umformen des Werkstücks unter Einwirkung eines Druckmediums erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen in Richtung zum Werkzeug weisende Wandung des Werkstücks

• - an den Positionen, an welchen der Querschnitt des Werkstückes zu verringern ist, und/oder - an den Positionen, an welchen eine erhöhte Reibung zwischen Werkstück und Werkzeug auftritt,

durch das Druckmedium mit einem Außendruck beaufschlagt wird, und
daß bedarfsweise an der Innenwandung des Werkstücks ein Innenhochdruck mit einem Druckmedium erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite des Werkstücks durch einen Stempel, der die zu erzeugende querschnittsverringernde Gravur enthält und/oder durch den Innenhochdruck des Druckmediums ein Stützdruck erzeugt wird, der dem Außenhochdruck entgegenwirkt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß während oder nach dem Aufbringen des Außenhochdrucks das Aufbringen eines Innen­ hochdrucks erfolgt,

• - unter welchem sich das Werkstück entsprechend der Gravur der beiden Werkzeughälften oder entsprechend der Gravur eines zusätzlichen Werkzeugelementes aufweitet und/oder
• - der als Stützdruck und/oder als reibungs­ vermindernder Druck zu am Werkzeug anliegenden Werkstückbereichen dient und/oder
• - mit welchem die Haftung zwischen Werkstück und Werkzeug so verringert wird, daß ein einfaches Entnehmen des Werkstücks gewährleistet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Werkzeugelement nach dem Außenhochdruckumformen an die umgeformte Wandung des Werkstücks gefahren wird und daß danach durch Aufbringen eines Innendruckes ein bereichsweises Aufweiten des Werkstück entsprechend der Gravur des zusätzlichen Werkzeugelementes erfolgt.

5. Vorrichtung zur Umformung von Werkstücken, insbesondere von Hohlkörpern durch Einwirkung eines Druckmediums mit wenigstens zwei ein Innenhochdruck-Umformwerkzeug bildenden Werkzeugteilen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Werkzeugteil eine Druckmittelzuführung für ein auf die Außenwandung des Werkstücks wirkendes Druckmedium enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in das Werkstück ein Stempel eingreift, der eine querschnittsverringernde Gravur aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel in dem Bereich der zu erzeugenden Querschnittsverringerung so geteilt ist, daß dieser nach dem Umformen beidseitig axial aus dem Werkstück entfernbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel mindestens eine an dessen Außenwandung führende Druckmittelzuführung aufweist, über die durch Zuführung eines Druckmediums ein Innenhochdruck im Werkstück erzeugbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Zusatzelement mit einer vom Werkstück wegweisenden Gravur aufweist, und daß das Zusatzelement in Richtung zur durch Außenhochdruckumformen querschnitts­ verringerten Wandung bewegbar und auf diese druckmitteldicht aufsetzbar ist.