DE69703563T2

DE69703563T2 - Innenhochdruck-umformverfahren und umformvorrichtung

Info

Publication number: DE69703563T2
Application number: DE69703563T
Authority: DE
Inventors: Tetsuji Egawa; Hidemitu Hamano; Yutaka Mihara; Takashi Suzumura
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1996-04-10
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 2001-05-31
Anticipated expiration: 2017-04-10
Also published as: US5927119A; EP0800874B1; JPH09271857A; JP3419195B2; EP0800874A1; DE69703563D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät, um ein Rohrelement einer Ausbauch-Umformung zu unterziehen, und betrifft insbesondere ein Ausbauch-Umformverfahren und ein Gerät zum Durchführen der Ausbauch-Umformung für den Fall, dass ein Rohelement ein gebogenes Rohr ist.
Herkömmlicherweise wurden einige Verfahren zum Umformen von einem Element vorgeschlagen, welches einen unterschiedlichen Querschnitt in jedem Abschnitt hat und als ein Ganzes gebogen ist, so wie z. B. ein Element für Automobile, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Die japanische Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 57-19114 offenbart ein Verfahren der Herstellung eines Elementes mit einem Rohrbogen. Gemäß diesem Verfahren wird ein gerades Rohr so gepresst, dass das Rohr gebogen wird, während ein Innendruck darauf aufgebracht wird und das Rohr leicht dem Ausbauch-Umformvorgang unterzogen wird, so dass folglich ein Rohrbogen aus dem Rohr ausgebildet wird.
Um das Element wie oben beschrieben auszubilden, wurden im allgemeinen Prozesse eingesetzt, die in Fig. 9 gezeigt sind. Im Einzelnen wird gemäß diesen Prozessen ein gerades Rohr einem Biegen unterzogen, und dann wird das sich ergebende Rohr gepresst, während es einem hydraulischen Ausbauch-Umformen unterzogen wird.
Die japanische Patentoffenlegungsschrift (Kokoku) Nr. 60-51926 offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Verzweigungsrohres. Gemäß diesem Verfahren wird ein gerades Rohr mit einem gebogenen Abschnitt einer hydraulischen Ausbauch-Umformung so unterzogen, dass dessen Mittenabschnitt ausgebaucht werden kann, und außerhalb der Mitte wird das ausgebauchte gebogene Rohr einem Entgraten unterworfen, und anschließend wird eine Öffnung mit dem gleichen Durchmesser wie dem des Originalrohres ausgebildet, womit ein Verzweigungsrohr ausgebildet wird.
Weiterhin schlägt die japanische Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 58-74221 ein Verfahren zum Herstellen einer Kurbelwelle vor. Gemäß dieser Technik wird ein U-förmiges Rohr, das vier gebogene Abschnitte mit einem großen Radius (R) hat, in eine Form eingesetzt, und das Rohr wird einem hydraulischen Ausbauch-Umformen unterzogen, um den Radius (R) des gebogenen Abschnitts eng auszuführen.
Des weiteren offenbart die japanische Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 58-199626 ein Verfahren, um den Radius (R) einer Innenseite des gebogene Rohrs klein zu gestalten. Gemäß dem Verfahren wird ein Rohr einem Biegen unterzogen, und dann wird das Rohr dem hydraulischen Ausbauch-Umformen unterzogen, nachdem das Rohr in eine Form eingesetzt worden ist, die einen äußerst kleinen Innenradius (R) hat. Dadurch kann ein gebogenes Rohr erhalten werden, das eine kleine Biegung an seinem Innenabschnitt hat.
Unter den vorstehend erwähnten herkömmlichen Verfahren ist es gemäß einem Verfahren, bei dem während des Aufbringens eines Innendrucks ein Biegen durchgeführt wird, z. B. gemäß dem in der japanischen Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 57-19114 offenbarten Verfahren, eine Hauptaufgabe, den Innendruck aufzubringen, um das beim Pressen bewirkte Verziehen nach Innen zu verhindern. Daher führt dieses Verfahren das Ausbauch-Umformen nicht sicher aus, und es ist nicht zum Ausbilden eines in Fig. 8 gezeigten Elementes geeignet, welches teilweise im Querschnitt ausgebaucht sein muss.
Außer für die japanische Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 57-19114, die das Verfahren des Durchführens des Biegens während des Aufbringens eines Innendrucks offenbart, wird gemäß anderen Techniken ein Rohr zunächst einem Biegen durch verschiedene Ausbildungsverfahren unterzogen, wie in Fig. 9 gezeigt ist. Zu diesem Zeitpunkt wird eine Wanddicke von einem Außenabschnitt von dem Element beträchtlich dünn. Fig. 10 zeigt eine Wanddickendehnungsverteilung an Innen- und Außenabschnitten von einem elektrisch geschweißten Stahlrohr (gleichwertig zu STKM13B), wenn es einem Drehzugbiegen unter einem Winkel von 90º unterzogen wird. Wie aus der Fig. 10 ersichtlich ist, wird die Wanddicke des Innenabschnitts durch das Biegen dicker als die anfängliche Wanddicke. Die Wanddicke des Außenabschnitts wird jedoch 30% dünner als die anfängliche Wanddicke. Aus diesem Grund erreicht das Stahlrohr nur durch Biegen die Nähe der Verformungsgrenze. Es ist daher ersichtlich, dass es eine große Gefahr gibt, dass ein Bruch verursacht wird. Außerdem wird gemäß dem hydraulischen Ausbauch-Umformen, welcher der nächste Prozess ist, wie in Fig. 11 gezeigt ist, der Außenabschnitt des Stahlrohrs weiter ausgebaucht und dann einem Stauchumformen unterzogen. Aus diesem Grund besteht eine noch größere Gefahr, dass an dem Außenabschnitt ein Bruch verursacht wird.
Insbesondere ist gemäß dem Verfahren, das in der japanischen Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 58-74221 offenbart ist, ein dem Außenabschnitt an einem gebogenen Abschnitt von dem gebogenen Rohr entsprechender Hohlraum beträchtlich groß. Aus diesem Grund ist eine große Ausbauchverformung erforderlich. Darüber hinaus wird in dem Fall, bei dem der Eckabschnitt des Hohlraumes eng ist, eine Wanddicke von einem dem Eckabschnitt entsprechenden Abschnitt nach dem Ausbilden äußerst dünn. Dies ergibt sich aus dem folgenden Grund. Genauer gesagt wird, wenn das Rohrelement mit dem Hohlraum in Kontakt gelangt, aufgrund einer Reibwirkung eine Bewegung des Elementes unterdrückt, so dass die Wanddicke des Elementes kaum verringert wird. Wenn jedoch der Eckabschnitt des Hohlraumes eng ist, gibt es eine beträchtliche Zeitverzögerung, wenn das dem Eckabschnitt entsprechende Element in Kontakt mit dem Hohlraum gelangt. Aus diesem Grund wird die Wanddicken-Reduktionsgeschwindigkeit nicht verringert.
Auch wenn der Eckenradius (R) des Ausbauchabschnittes klein ist, wenn z. B. ein Element dem Ausbauchumformen unterzogen wird, so dass es in die Nähe der Bruchgrenze ausgebaucht wird, oder wenn ein hochfestes Element mit einer niedrigen Bruchfestigkeit verwendet ist, wird ein Bruch verursacht, bevor das Element in die entgültige Produktform umgeformt ist. Als ein Ergebnis kann ein vorbestimmtes Umformen nicht durchgeführt werden. Daher ist ein ernsthaftes Problem entstanden.
Um das obige Problem zu lösen, das sich bei dem hydraulischen Ausbauch-Umformen ergibt, das für die Herstellung eines T- förmigen Rohres aus einem geraden Rohr eingesetzt wird, wurde eine Technik vorgeschlagen, bei der ein das Ausbauchen erlaubender Kolben an einem mit dem Ausbauchen übereinstimmenden Abschnitt angeordnet ist, wobei der Kolben gemäß dem Umformformschritt (siehe japanische Patentoffenlegungsschrift (Kokoku) Nr. 06-51209) zurückgezogen wird. Gemäß dieser Technik ist jedoch das Zielelement auf ein gerades Rohr begrenzt, und es gibt keinen Hinweis auf die Tatsache, dass ein Rohrelement einem Vorumformen wie z. B. Biegen unterzogen wird.
Die Druckschrift DE-A-43 22 711 (nächstliegender Stand der Technik) lehrt das Biegeumformen eines Rohres in einem Hohlraum, der einen Ausbauchbereich um den Krümmungsabschnitt des Rohres hat. Der Krümmungsabschnitt erstreckt sich zu allen Seiten der Krümmung in dem Rohr. Um die Ausbildung von Wellen an der Innenseite von einem gebogenen Abschnitt von einem gebogenen Rohr zu vermeiden, schlägt diese Druckschrift ein Biegen eines Rohres vor, das einen geringeren Durchmesser und/oder eine dickere Wand als das Endprodukt hat. Das gebogene Rohr wird dann in dem Hohlraum ausbauchumgeformt.
Die Druckschrift DE-U-94 07 812 offenbart ein Verfahren zum Erhalten eines T-förmigen Verzweigungsrohres durch Anordnen eines Rohres in einem entsprechenden Hohlraum von einer Form, die weiterhin einen zweiten Hohlraum hat, der zum ersten Hohlraum geöffnet ist, und durch Aufbringen eines Druckes in dem Rohr, so dass ein gerader Abschnitt des Rohres in den zweiten Hohlraum ausgebaucht wird. Ein Anschlag stützt die Außenseite des ausgebauchten Abschnitts des Rohres, nachdem ein bestimmtes Ausmaß der Verformung erreicht ist. Der Anschlag wird weiterhin zurückgezogen, während das Ausbauchen weiter ansteigt. Die Figuren dieser Druckschrift zeigen, dass der ausgebauchte Abschnitt entlang des geraden Teils von einem Rohr verläuft. Das erhaltene Produkt hat drei Endabschnitte entsprechend den Endabschnitten des Originalrohrs und dem in der Mitte des geraden Teils des Originalrohrs ausgebildeten Endabschnittes.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ausbauch-Umformverfahren und ein Gerät zu schaffen, welches eine Reduktion in einer Wanddicke von einem Außenabschnitt an einem gebogenen Abschnitt von einem Rohr verringert, welches dünn hinsichtlich seiner Wanddicke ist und hinsichtlich des Verursachens eines Bruches stark gefährdet ist, wenn das Ausbauch-Umformen in einem Fall durchgeführt wird, bei dem ein Rohelement ein gebogenes Rohr ist.
Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung zunächst ein Ausbauch-Umformverfahren vor, das in Anspruch 1 definiert ist, und einen Schritt eines Einsetzens eines gebogenen Rohrs in einen Hohlraum in eine Form und einen Schritt eines Unterziehens eines Ausbauch-Umformens aufweist. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Verfahren des weiteren dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum mit einem Ausbauchbereich an einem Abschnitt ausbildet ist, der einer Innenseite an einem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohrs entspricht, und dass ein Druckmedium zu einem Innenraum von dem gebogenen Rohr zugeführt wird, das in den Hohlraum eingesetzt ist, wodurch das gebogene Rohr permanent verformt wird, so dass die Innenseite an einem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohrs entlang des Ausbauchbereiches ausgebaucht wird.
Als zweites sieht die vorliegende Erfindung ein in Anspruch 5 definiertes Ausbauch-Umformgerät vor, welches eine Form mit einem Hohlraum zum Einsetzen eines gebogenen Rohrs und einer Einrichtung zum Zuführen eines Druckmediums zu einem Innenraum von dem gebogenen Rohrs aufweist, das in den Hohlraum eingesetzt ist. Weiterhin ist das Gerät in einem Ausführungsbeispiel dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum mit einem Ausbauchbereich an einem Abschnitt, der mit einer Innenseite an einem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohrs übereinstimmt, ausgebildet ist und ein Druckmedium einem Innenraum von dem gebogenen Rohr zugeführt wird, das in den Hohlraum eingesetzt ist, wodurch das gebogene Rohr permanent so verformt wird, dass die Innenseite an einem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohrs entlang dem Ausbauchbereich ausgebaucht ist.
Wie in Anspruch 1 definiert ist, ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass eine bewegbare Stützform zum Stützen einer Außenseite eines gebogenen Abschnittes des gebogenen Rohrs angeordnet ist und in einem Zustand, bei dem die Außenseite gestütz ist, gemäß der Verformung der Außenseite während des Innenhockdruckumformens beweglich ist.
Wie in Anspruch 5 definiert ist, weist das Gerät eine bewegliche Stützform auf, die eine Außenseite eines gebogenen Abschnittes des gebogenen Rohrs stützt, und eine Betätigungseinrichtung zum Bewegen der beweglichen Stützform; und die Stützform ist mittels Betätigungseinrichtungen in einem Zustand, bei dem die Außenseite gestützt ist, gemäß der Verformung der Außenseite während des Ausbauch-Umformens beweglich.
Um ein gebogenes Rohr mittels Biegens zu erhalten, tritt ein derartiges Phänomen auf, dass eine Wanddicke von einem Außenabschnitt von einem gebogenen Rohr dünn wird; andererseits wird eine Wanddicke von einem Innenabschnitt davon resultierend aus dem Gesetz des konstanten Volumens dick. Die Berücksichtigung eines solchen Phänomens hat die Erfinder der vorliegenden Erfindung dazu gebracht, ernsthafte Studien durchzuführen, um eine Bedingung zu finden, unter der kein Bruch in dem Außenabschnitt an einem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohrs auftritt, wenn das gebogene Rohr als ein Zielelement verwendet wird.
Im Einzelnen wird gemäß einem Ausführungsbeispiel das Innenhockdruck-Umformen durch die Nutzung des Vorteils von einem Abschnitt, an dem eine Wanddicke dicker wird, sicher durchgeführt. Im Einzelnen ist der Hohlraum, in welchem ein gebogenes Rohr eingesetzt wird, mit einem Ausbauchbereich an einem Abschnitt ausgebildet, der mit einer Innenseite an dem Krümmungsabschnitt des gebogenen Rohrs übereinstimmt, und Innenhockdruck-Umformen wird so ausgeführt, dass der Innenabschnitt, der eine dickere Wanddicke hat, entlang des Ausbauchbereiches ausgebaucht werden kann, wodurch verhindert werden kann, dass der Außenabschnitt an dem gebogenen Abschnitt dünn wird.
Darüber hinaus stützt gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel für den Fall, dass der Bedarf des Ausbildens eines gebogenen Rohrs besteht, so dass ein Außenabschnitt an dem Krümmungsabschnitt des gebogenen Rohrs in dessen Formgebung ausbaucht ist, eine bewegliche Stützform den Außenabschnitt an dem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohrs, an dem ein Bruch leicht verursacht werden kann, vorzugsweise an einem Abschnitt, an dem ein Bruch am leichtesten verursacht wird. Und dann wird während des Ausbauch-Umformens die bewegliche Stützform in einen Zustand des ständigen Stützen des gebogenen Rohrs gemäß der Verformung des gebogenen Rohrs bewegt. Dadurch wird das Ausbauch-Umformen des gebogenen Rohrs durchgeführt, so dass unterdrückt werden kann, dass der Außenabschnitt an dem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohrs, an dem ein Bruch leicht verursacht werden kann, in seiner Wanddicke reduziert wird.
Ebenso ist das Ausbauch-Umformverfahren der vorliegenden Erfindung für den Fall wirksam, dass ein zusammengesetztes Ausbauch-Umformen zusammen mit anderen Umformverfahren wie z. B. Stauchen durchgeführt wird, ebenso wie für den Fall, dass das Ausbauch-Umformen allein durchgeführt wird.
Für den Fall, dass ein gebogenes Rohr, das durch Biegen und dergleichen ausgebildet ist, dem Ausbauch-Umformen ausgesetzt wird, wird das Ausbauch-Umformen im Hinblick auf einen großen Umformüberschussabschnitt, der durch das anfangs genannte Sekundärverfahren ausgebildet wird, sicher durchgeführt, wenn ein gebogenes Rohr, d. h. ein Innenabschnitt an dem Krümmungsabschnitt des gebogene Rohrs ausgebildet wird. Darüber hinaus wird für den Fall, dass der Bedarf des Ausbauchens eines Abschnittes besteht, der hinsichtlich seiner Wanddicke dünn ist, d. h. einem Außenabschnitt an dem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohrs, das Ausbauch-Umformen durchgeführt, während der Außenabschnitt immer mittels einer beweglichen Stützform gestützt wird. Folglich ist es möglich, eine übermäßige Reduzierung des Außenabschnittes an dem Krümmungsabschnitt des gebogenen Rohrs, der hinsichtlich seiner Wanddicke dünn ist, zu unterdrücken. Dies dient dazu, eine Umfangslänge an dem maximalen Ausbauchabschnitt im Vergleich mit einem herkömmlichen Ausbauchumformprodukt lang auszuführen. Dem gemäß wird das zusammengesetzte Ausbauch-Umformen in Kombination von dem Ausbauch-Umformen und einem anderen Umformen wie z. B. Stauchumformen durchgeführt, so dass ein Element mit einer komplizierten Gestalt ausgebildet werden kann und die Freiheit der Gestaltung ebenso stark verbessert werden kann, wenn ein Rohrelement ausgebildet wird.
Diese Erfindung kann aus der folgenden genauen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden, in denen:
Fig. 1A eine vertikale Schnittansicht eines Gerätes zum Durchführen eines Ausbauch-Umformverfahrens zeigt;
Fig. 1B eine horizontale Schnittansicht des Gerätes zeigt;
Fig. 2A eine vertikale Schnittansicht eines Gerätes zum Ausführen eines Ausbauch-Umformverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2B eine horizontale Schnittansicht des Gerätes zeigt;
Fig. 3 eine Ansicht eines in Ausführungsbeispielen eingesetzten Rohres und einen Umformvorgang zeigt;
Fig. 4 eine Ansicht eines einfachen Stauchverfahren nach dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 5 eine Ansicht eines Ausbauch-Umformverfahren nach dem Stand der Technik zeigt;
Fig. 6 in einer Graphik eine Beziehung zwischen einem Umformdruck und einem Anstieg hinsichtlich der Umfangslänge eines maximalen Ausbauchabschnittes in verschiedenen Umformverfahren zeigt;
Fig. 7 in einer Graphik einen Dehnungsverlauf an einer Außenseite eines gebogenen Abschnittes und an einer Innenseite eines gebogenen Abschnittes in verschiedenen Umformverfahren zeigt;
Fig. 8 eine Ansicht eines Beispiels eines Ausbauchproduktes zeigt, das durch Aussetzen eines gebogenen Rohrs dem Ausbauch-Umformen erhalten wird;
Fig. 9 eine Ansicht eines herkömmlichen typischen Umformverfahrens für das in Fig. 8 gezeigte Ausbauchprodukt zeigt;
Fig. 10 in einer Graphik eine Dickendehnungsverteilung in einer Längsrichtung zeigt, nachdem ein gerades Rohr dem Drehzugbiegen unterzogen wurde; und
Fig. 11 eine Ansicht eines zusammengesetzten Ausbauch-Umformverfahrens zeigt.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend genau beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Gerät zum Durchführen eines Ausbauch-Umformverfahrens. Das Gerät hat eine obere Form 2, die in zwei Teile 21 und 22 geteilt werden kann, und eine untere Form 3, die in zwei Teile 31 und 32 geteilt werden kann. Ein Hohlraum 20 ist in einem Zustand ausgebildet, bei dem die oberen und unteren Formen 2 und 3 kombiniert sind. Ein gebogenes Rohr 3, das zuvor einem Biegen ausgesetzt wurde, ist in den Hohlraum 20 als ein Rohelement gesetzt.
Die oberen und unteren Formen 2 und 3 sind auch mit Stempeln 12 und 12' zum Pressen des gebogenen Rohrs I in den Hohlraum 20 jeweils nach oben und unten versehen. Diese Stempel sind so in die Formen eingepasst, dass sie in einer vertikalen Richtung beweglich sind. Weiterhin sind diese Stempel 12 und 12' jeweils mit einem (nicht gezeigten) Stauchzylinder verbunden. Wenn die Stempel 12 und 12' mittels des Zylinders bewegt werden, wird eine Drucklast 13, 13' auf das gebogene Rohr 1 in dem Hohlraum 20 aufgebracht.
Entgegengesetzte Seiten des gebogenen Rohrs 1 sind mit Rohrenddrück-Stempeln 5 und 6 versehen, die zum Verschließen der beiden Endabschnitte des gebogenen Rohrs verwendet werden. Jeder dieser Stempel 5 und 6 ist mit einem Zylinder verbunden, so dass eine Drucklast 8, 8' auf das jeweilige Ende des gebogenen Rohrs 1 in dem Hohlraum 20 aufgebracht wird. In Fig. 1B bezeichnen Bezugszeichen 7 und 7' einen Zylinderkopf.
Der Rohrenddrück-Stempel 5 ist auch mit einem Druckmediumzufuhrloch 11 ausgebildet, das mit einem Druckschlauch 9 verbunden ist. Ein Druckmedium wie z. B. Wasser oder Öl wird einem Innenraum des in den Hohlraum 20 gesetzten gebogenen Rohrs aus einer (nicht gezeigten) Mediumzufuhrquelle durch den Druckschlauch 9 und das Druckmediumzufuhrrohr 11 zugeführt. Dann wird ein hydraulischer Druck 10 auf das gebogene Rohr 1 aufgebracht. Als ein Ergebnis wird das gebogene Rohr 1 dem Ausbauch-Umformen ausgesetzt.
Der Hohlraum 20 ist mit einem Ausbauchbereich 4 an einem Abschnitt ausgebildet, der einem Innenabschnitt an einem gebogenen Abschnitt von einem gebogenen Rohr entspricht. Wenn daher ein hydraulischer Druck 10 auf das gebogene Rohr 1 aufgebracht wird, wird der gebogene Abschnitt an der Innenseite des gebogenen Rohrs in Richtung des Bereiches 4 ausgebaucht.
Für den Fall, dass das Ausbauch-Umformen unter Verwendung des oben beschriebenen Gerätes durchgeführt wird, wird das gebogene Rohr 1, das zuvor dem Biegen ausgesetzt wurde, in den Hohlraum 20 als ein Rohelement gesetzt und wird durch Schließen der oberen und unteren Formen 2 und 3 der Teilungsbauart fixiert. Nachfolgend werden die Druckstempel 12 und 12' in diese Formen eingepasst und weiterhin werden die Rohrendschiebe-Stempel dort hinein gesetzt.
In einem solchen Zustand wird dem Innenraum des in den Hohlraum gesetzten gebogenen Rohrs 1 ein Druckmedium durch den Druckschlauch 9 und das Druckmediumzufuhrrohr 11 zugeführt und ein Innendruck wird auf das gebogene Rohr 1 aufgebracht, wobei folglich das gebogene Rohr 1 dem Ausbauch-Umformen ausgesetzt wird.
Herkömmlicherweise wird die Drucklast 8, 8' im allgemeinen auf die Rohrenden mittels Stempeln 5 und 6 über den Zylinderkopf 7, 7' aufgebracht, während ein Innendruck auf das Rohr unter Verwendung des Druckmediums aufgebracht wird. Auf diese Weise wird das Material einem Ausbauchabschnitt zugeführt. Der Hohlraum 20 ist jedoch mit einem Ausbauchbereich 4 in einem Abschnitt ausgebildet, der einer Innenseite an einem gebogenen Abschnitt des Rohmaterials entspricht. Aus diesem Grund wird eine Wanddicke von einem Ausbauchabschnitt dicker als die des Rohres in einem geraden Zustand. Daher ist es nicht immer notwendig, die Rohrenden zu drücken, wie oben beschrieben ist. Im Einzelnen kann der Schub gegen das Rohrende in einem Fall durchgeführt werden, in dem es eine Möglichkeit eines Bruches gibt, auch wenn die Wanddicke des Innenabschnitts gesteigert ist. Sogar in einem solchen Fall kann ein Betrag von einem Material, das zuzuführen ist, gering sein. Daher kann die Eindrückung der Stempel 5 und 6 ebenfalls gering sein.
Darüber hinaus wird für den Fall, dass es einen Bedarf des Pressens des Rohres von den oberen und unteren Richtungen gibt, um eine gewünschte Gestalt zu erhalten, ein Stauchzylinder betätigt, und dann eine Last 13, 13' auf das gebogene Rohr 1 mittels den Stempeln 12 und 12' aufgebracht, wobei folglich einPressen durchgeführt wird. Wie oben beschrieben ist, steigt ein Innendruck beim Pressen an, während die Ausbauch-Umformung rasch fortschreitet, wenn das Pressen während des Ausbauch- Umformens wie bei dem herkömmlichen Ausbauch-Umformen von einem geraden Rohr durchgeführt wird. Aus diesem Grund wird eine Handhabung der Umfangslänge erforderlich, damit das Material nicht übrig bleibt.
Wie oben beschrieben ist, ist der Hohlraum 20 mit dem Ausbauchbereich 4 an einem Abschnitt ausgebildet, der einer Innenseite an einem gebogenen Abschnitt von einem gebogenen Rohr entspricht, und nur der dickere Innenabschnitt ist sicher dem Ausbauch-Umformen ausgesetzt. Dies dient daher zum vermeiden, dass ein dünner Außenabschnitt aufgrund des Ausbauch-Umformens dünner wird.
Es folgt eine Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt einen Fall, bei dem es einen Bedarf gibt, dass ein Außenabschnitt von einem gebogenen Abschnitt von dem gebogenen Rohr 1 dem Ausbauch-Umformen ausgesetzt wird. Fig. 2 zeigt ein Gerät zum Durchführen von einem hydraulischen Ausbauch-Umformverfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel.
Das Gerät hat den gleichen Aufbau wie das in Fig. 1 gezeigte Gerät. Daher werden ähnliche Bezugszeichen verwendet, um die gleichen Bauteilen wie jene von Fig. 1 zu bezeichnen.
Dieses Gerät ist mit einer Stützform 15 zum Stützen eines Außenabschnitts an dem gebogenen Abschnitt von dem gebogenen Rohr versehen, welcher der dünnste beim Biegen wird. Die Stützform 15 ist vorwärts und rückwärts mittels eines Zylinders 17 über eine Stange 16 beweglich.
In dem Gerät, das wie oben beschrieben aufgebaut ist, ist die Stützform 15 so angeordnet, dass sie in Kontakt mit dem Außenabschnitt des gebogenen Abschnitts des gebogenen Rohrs gelangt, und mittels des Zylinders 17 gemäß dem Fortschritt des Ausbauch-Umformens zurückgezogen wird. In diesem Fall wird der Außenabschnitt an dem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohrs in Richtung eines Bereiches 14 ausgebaucht, der in dem Hohlraum durch Zurückziehen der Stützform 15 ausgebildet wird. Die Stützform 15 wird jedoch gemäß der Verformung des gebogenen Rohrs 1 zurückgezogen, die durch Ausbauch-Umformen in einem Zustand des Stützens der Außenseite an dem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohrs 1 verursacht wird. Folglich kann ein Umformen durchgeführt werden, während unterdrückt wird, dass der Außenabschnitt an dem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohrs 1 hinsichtlich seiner Wanddicke reduziert wird.
In diesem Fall gibt es einige Ideen, die Rückzugzeitabstimmung oder Rückzuggeschwindigkeit der Stützform 15 aus Experimenten zu erhalten, oder auf der Grundlage einer Regelgleichung zu regeln, wie dies in der japanischen Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 7-155857 beschrieben ist. Andererseits ist ein Lastaufnehmer auf dem Weg der Stange 16, angeordnet die die Stützform 15 und den Zylinder 17 verbindet, und eine durch den Lastaufnehmer gemessene Last kann so geregelt werden, dass diese konstant wird. Ein solches Verfahren ist ebenso wirksam.
Ein Vorumformen hinsichtlich eines Rohelementes ist nicht auf das vorhergenannte Biegen beschränkt, sondern kann mit anderen Rohrumformungen wie z. B. Auftreiben und variierten dickwandigen Umformungen kombiniert werden. Das Biegen ist ebenso nicht auf ein typisches Biegen beschränkt, welches ein Drehzugbiegen ist, und kann ein Biegen verschiedener Art sein, wie z. B. Schubbiegen und Pressbiegen. Weiterhin ist das Druckmedium nicht auf eine Flüssigkeit wie z. B. Wasser und Öl beschränkt, sondern ein Gummibiegen angewendetes Gummi, Partikel oder kleine Kugeln, die für ein Feststoffbiegen angewendet werden, können eingesetzt werden.
Um den Unterschied zwischen den herkömmlichen Umformverfahren und der vorliegenden Erfindung klarzustellen, wurde das folgende Experiment durchgeführt. Ein STKM13B-Rohr mit einem Durchmesser von 42,7 · 1,4t wurde als ein Rohelement verwendet. Dann wurde das Rohrohrelement dem Drehzugbiegen unterzogen und in ein gebogenes Rohr ausgebildet, wie dies auf der linken Seite in Fig. 3 gezeigt ist. Eine Auswertung wurde hinsichtlich einer Umfangslänge des maximalen Ausbauchabschnittes durchgeführt, um das vorhergenannte gebogene Rohr mit gebogenen Rohren zu vergleichen, die in einer Gestalt ausgebildet sind, wie auf der rechten Seite in Fig. 3 gemäß verschiedenen Umformverfahren gezeigt ist. Ein Silikongummi wurde als ein Druckmedium verwendet, weil es relativ einfach ist, einen isotropen Druck zu erzeugen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde ein gebogenes Rohr gemäß den folgenden 4 Verfahren ausgebildet.
(1) Einfaches Stauchumformverfahren (Stand der Technik):
Gemäß diesem Verfahren, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wurde ein Stauchumformen durchgeführt, während ein Innendruck leicht ohne Drücken der Rohrenden aufgebracht wird, um zu verhindern, dass Verziehen in der Innenseite des Rohres verursacht wird. Ausbauch-Umformen wurde nicht sicher durchgeführt. Aus diesem Grund wurde der Randbereich des Stauchabschnittes nicht mittels den Formen gepresst.
(2) Außenseiten-Ausbauch-Verfahren (Stand der Technik)
Dieses Verfahren ist das allgemeinste nach dem Stand der Technik. Wie auf der linken Seite von Fig. 5 gezeigt ist, wurde ein Hohlraum an einem Abschnitt ausgebildet, der der Außenseite an dem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohrs entspricht, und die Rohrenden wurden gedrückt, während ein Innendruck aufgebracht wurde. Dann wurde das gebogene Rohr einem Stauchen von oben und unten ausgesetzt, wie auf der rechten Seite von Fig. 5 gezeigt ist.
(3) Innenseiten-Ausbauch-Umformverfahren
Wie in Fig. 1 beschrieben ist, wurde das Ausbauch-Umformen hinsichtlich der Außenseite an dem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohrs nicht durchgeführt, und Ausbauch-Umformen wurde so durchgeführt, dass der gebogene Abschnitt des gebogenen Rohrs in Richtung der Innenseite ausgebaucht ist. Zu diesem Zeitpunkt wurde ein Innendruck aufgebracht und die Rohrenden wurden leicht gedrückt und weiterhin wurde ein vertikales Stauchen durchgeführt.
(4) Innenseiten-Ausbauch-Umformverfahren und Verwendung einer beweglichen Stützform
Wie in Fig. 2 beschrieben ist, wurde die Innenseite des gebogenen Abschnitts des gebogenen Rohrs ausgebaucht, während der Außenabschnitt an dem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohrs mit Verwendung der beweglichen Stützform ausgesetzt wird.
Jedes der gemäß den vorher genannten Umformverfahren ausgebildete gebogenen Rohre wurde als Probe herausgenommen und dann wurde ein Umfangslängenzuwachs des maximalen Ausbauchabschnitts jeder Probe gemessen. Die Ergebnisse sind die in Tabelle 1 gezeigten. Weiterhin ist die Beziehung zwischen dem Umformdruck und der Umfangslänge des maximalen Ausbauchabschnitts in Fig. 6 gezeigt. Tabelle 1
Wie aus der obigen Tabelle 1 ersichtlich ist, wurde gemäß dem einfachen Stauchumformverfahren (1) nur ein kleiner Druck auf den Innenraum von dem gebogenen Rohr aufgebracht, um zu verhindern, dass ein Verziehen verursacht wird. Aus diesem Grund ist der Umformdruck nicht angestiegen. Daher wurde fast keine Ausbauchverformung verursacht. Darüber hinaus stieg gemäß dem Außenseiten-Ausbauch-Umformverfahren (2) der Umformdruck an, während die Ausbauchverformung vorangetrieben wurde. Die Wanddicke des Außenabschnitts an dem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohrs wurde jedoch dünn. Aus diesem Grund wurde ein Bruch in dem Außenabschnitt zu dem Zeitpunkt verursacht, als die Dehngrenze des Rohrohrelementes überschritten wurde. Daher war es unmöglich, das Rohr in einer vorbestimmten Gestalt auszubilden.
Im Gegensatz zu diesen Umformverfahren nach dem Stand der Technik wurde gemäß dem Tnnenseiten-Ausbauch-Umformverfahren (3) die Außenseite an dem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohrs, welcher ein Abschnitt mit einer Gefahr des Verursachens von Bruch ist, nicht verformt, und ein Innenseitenabschnitt, welcher beim Biegen dicker wurde, würde ausgebaucht. Folglich war es möglich, das gebogene Rohr in einer vorbestimmten Gestalt ohne das Verursachen des Bruchs auszubilden. Diese ist aus den folgenden Versuchsergebnissen ersichtlich. Insbesondere war der Umfangslängenzuwachs des maximalen Ausbauchabschnitts gemäß dem Außenseiten-Ausbauchverfahren nach dem Stand der Technik kaum 17 mm; nichtsdestotrotz wurde dabei ein Bruch verursacht. Der Umfangslängenzuwachs des maximalen Ausbauchabschnitts gemäß dem Innenseiten-Ausbauch-Umformverfahren war dagegen 28 mm; nichtsdestotrotz wurde kein Bruch hierbei verursacht. Darüber hinaus wuchs die Umfangslänge gemäß dem Verfahren (4) mit Verwendung der beweglichen Stützform, um die Außenseite an dem gebogenen Abschnitt auszubauchen, welcher ein Abschnitt mit einer Gefahr des Verursachens eines Bruchs ist, auf 35 mm, weil der Umfangslängenzuwachs des Außenabschnitts hinzugefügt wurde.
Diese Tatsache konnte aus der Dehnung in Umfangs- und Längsrichtung des gebogenen Rohrs geschlossen werden. In Fig. 7 sind die Ergebnisse des gemessenen Dehnungsverlaufs an Außen- und Innenabschnitten an dem gebogenen Abschnitt von dem gebogenen Rohr gezeigt. Im Einzelnen wurde der Dehnungsverlauf auf die folgende Weise des Sinterns eines angerissenen Kreises an der äußeren Fläche von einem Rohr in einem geraden Zustand und des Anhaltens des Umformens des gebogenen Rohrs durch vorher genannte Verfahren gemessen, wobei so ein Kreisdurchmesser abgelesen wird. In Fig. 7 zeigt eine Strichpunktiertlinie einen Idealzustand bei der Ausbauchverformung und zeigt, dass eine Längsdehnung &epsi; θ um dieselbe Länge geschrumpft wird, wenn eine Umfangsdehnung &epsi; φ eine konstante Dehnung hat. Auf der Grundlage des Gesetzes des konstanten Volumens nämlich bedeutet das, dass eine Wanddickendehnung unverändert bleibt. Daher gibt es keine Reduzierung hinsichtlich einer Wanddicke, welches eine Bruchursache darstellt.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde Biegen vorher durchgeführt. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, hat die Außenseite von dem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohrs keine Umfangsdehnung. Die Längsdehnung jedoch wächst an, und auch die Wanddicke wird reduziert. Andererseits hat die Innenseite des gebogenen Abschnitts des gebogenen Rohrs keine Umfangsdehnung. Die Längsdehnung wird jedoch eine Druckdehnung. Aus diesem Grund wächst die Wanddicke an. Folglich beginnt ein jeweiliges zusammengesetztes Ausbauch-Umformen der Außenseite und der Innenseite des gebogenen Abschnitts des gebogenen Rohrs an einem Punkt A und einem Punkt B, wie in Fig. 7 gezeigt ist.
Bei dem einfachen Stauchumformverfahren wird fast keine Ausbauchverformung verursacht, wie oben beschrieben ist. Daher bleibt die Dehnung an Außen- und Innenabschnitten unverändert.
Andererseits wächst bei dem Außenseiten-Ausbauchverfahren die Umfangsdehnung an der Außenseite durch das Ausbauch-Umformen und Dehnung in Längsrichtung wird verursacht. Eine sogenannte ausgeglichene zweiachsige Ausbauchverformung findet statt und als ein Ergebnis wird ein Bruch verursacht.
Dagegen ist beim Einsetzen des Innenseiten-Innenhochdruck- Umformens mit Verwendung der beweglichen Stützform ein Hauptbereich, an dem die Verformung stattfindet, eine Innenseite an dem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohrs. Wenn die Ausbauchverformung in der Anfangsstufe der Verformung beginnt, wächst die Umfangsdehnung nur von dem Punkt B von Fig. 7 ausgehend. Wenn die Verformung fortschreitet und die Dehnung die ideale Dehnungsbahn erreicht, wird nachfolgend die Druckdehnung durch eine geometrische Gestalt des Innenradius (R) und durch die Rohrenddruckwirkung verursacht, wodurch ein idealer Dehnungsverlauf erhalten werden kann, ohne eine Wanddicke zu reduzieren oder zu steigern. Sicherlich wächst die Dehnung, weil die Außenseite an dem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohrs dem Ausbauch-Umformen ausgesetzt wird. Aber die Dehnung ist geringer als bei dem herkömmlichen Verfahren, weil die bewegliche Stützform verwendet wird.

Claims

1. Ausbauch-Umformverfahren zum Herstellen eines gebogenen Rohres mit zwei Endabschnitten mit den folgenden Schritten:

- Einsetzen eines Rohres (1), das zuvor einem Biegen ausgesetzt wurde, in einen in einer Form (2, 3) ausgebildeten Hohlraum (20);

- Zuführen eines Druckmediums zu einem Innenraum des gebogenen Rohres;

dadurch gekennzeichnet, dass

es weiterhin folgende Schritte aufweist:

- Anordnen einer beweglichen Stützform (15) für ein Stützen einer Außenseite an einem gebogenen Abschnitt des in den Hohlraum eingesetzten gebogenen Rohres; und

- Bewegen der Stützform gemäß der Verformung der Außenseite, während das Druckmedium einem Innenraum des gebogenen Rohres zugeführt wird, um die Außenseite dauerhaft zu verformen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des weiteren einen Schritt des Drückens von Enden des gebogenen Rohres während des Schrittes des Zuführens aufweist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des weiteren einen Schritt des Pressens des gebogenen Rohres während des Schrittes des Zuführens aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Hohlraum des weiteren mit einem Ausbauchbereich an einem Abschnitt ausgebildet ist, der einer Innenseite an einem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohres entspricht, so dass während des Schrittes des Zuführens eines Druckmediums die Innenseite an dem gebogenen Abschnitt ebenfalls entlang des Ausbauchbereiches ausgebaucht wird.

5. Ausbauch-Umformgerät mit:

einer Form (2, 3) mit einem Hohlraum (20) zum Einsetzen eines gebogenen Rohres, das zuvor einem Biegen ausgesetzt wurde;

einer Einrichtung (9) zum Zuführen eines Druckmediums zu einem Innenraum des in dem Hohlraum eingesetzten gebogenen Rohres;

gekennzeichnet durch

eine bewegliche Stützform (15) zum Stützen einer Außenseite an einem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohres; und

eine Betätigungseinrichtung (17) zum Bewegen der beweglichen Stützform, wobei die Betätigungseinrichtung die Stützform so bewegt, dass die Stützform die Außenseite gemäß der Verformung der Außenseite durch das Druckmedium stützt, so dass ein gebogenen Rohres mit zwei Endabschnitten erhalten wird.

6. Gerät gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät weiterhin eine Einrichtung (8, 8') zum Drücken von Enden des gebogenen Rohres aufweist.

7. Gerät gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass

das Gerät des weiteren folgendes aufweist:

ein Rohrendverschließelement (5), das an beiden Enden des gebogenen Rohres angeordnet ist; wobei das Verschließelement ein Loch (11) zum Verbinden des gebogenen Rohres mit dem Außenbereich hat;

eine Einrichtung (8, 8') zum Drücken der Rohrenden des gebogenen Rohres in die Form über das Verschließelement; und

eine Einrichtung (9) zum Zuführen eine Druckmediums in das gebogene Rohr durch das Loch.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des weiteren eine Einrichtung (13, 13') zum Pressen des in den Hohlraum eingesetzten gebogenen Rohres aufweist.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausbauchbereich (4) an einem Abschnitt des Hohlraums ausgebildet ist, der einer Innenseite von einem gebogenen Abschnitt des gebogenen Rohres entspricht, so dass die Innenseite des gebogenen Abschnitts entlang des Ausbauchbereiches ausgebaucht wird, während ein Druck auf das gebogene Rohr aufgebracht wird.