EP1336439A1

EP1336439A1 - Method and apparatus for producing workpieces through hydroforming

Info

Publication number: EP1336439A1
Application number: EP03002366A
Authority: EP
Inventors: Matthias Dr.-Ing. Prier; Tobias Dipl.-Ing. Gummersbach; Bernd Dr.-Ing. Engel
Original assignee: Schuler Hydroforming GmbH and Co KG
Current assignee: Schuler Hydroforming GmbH and Co KG
Priority date: 2002-02-13
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2003-08-20

Abstract

The forming tool (1) is initially moved into an end position without any relative movement between the tubular workpiece and the sealing punch (9), then the workpiece is formed via an internal pressure corresponding to the tool geometry (4), and then the tool and punch are moved apart in opposite directions so that a free hydroforming region (2) of the tool geometry is made available, with which the workpiece is successively pressed until the desired end contour is obtained. An Independent claim is also included for the hydroforming machine, which has the tool mounted in an axially movable sliding part (5) provided with a sleeve which extends into the tool and has its front end facing the tool geometry provided with a partial tool geometry (7) complimetary to the tool geometry.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Werkstücken nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren aus einem in ein die Werkstück-Geometrie aufweisendes Werkzeug eingelegten Rohrabschnitt, der während der Aufweitung in der Umformzone der Werkzeug-Geometrie zumindest von einem Ende her mittels eines Dichtstempels, über den auch das Druckmittel in den Innenraum des Rohrabschnitts gelangt, axial gestaucht wird.The invention relates to a method and an apparatus for producing Workpieces according to the hydroforming process from one to the Tool having a workpiece geometry inserted pipe section, the at least during the expansion in the forming zone of the tool geometry from one end by means of a sealing plunger, via which the pressure medium in reaches the interior of the pipe section, is axially compressed.

Das Innenhochdruck-Umformverfahren ist im Stand der Technik hinlänglich bekannt und in der einschlägigen Literatur beschrieben (vgl. VDI, Fortschrittsberichte, Reihe 2, Nr. 142, VDI-Verlag 1987). Es wird vorzugsweise zum Herstellen unterschiedlich geformter Hohlkörper aus einem Halbzeug, beispielsweise ein rohrförmiges Werkstück, angewendet. Wie bekannt, wird dabei ein Rohrabschnitt, z.B. aus Stahl, Aluminium oder Kupfer, in ein mehrteiliges Innenhochdruck-Umformwerkzeug ohne feste Innenmatrize mit Umformstößeln bzw. Dichtstempeln und einer an diese angeschlossenen Innenhochdruckquelle eingelegt. Nach dem Verschließen der Enden des Rohrabschnitts durch die Dicht- bzw. Umformstempel wird der Rohrabschnitt mit Hilfe eines geeigneten Druckmittels mit hohem Innendruck beaufschlagt und unter gleichzeitiger Beaufschlagung mit axialem Druck (durch mindestens einen der beiden Dichtstempel) auf die Rohrwandung umgeformt. Der Axialdruck und der Innendruck bewirken, daß sich der Rohrabschnitt an die die endgültige Form des Hohlkörpers aufweisende Innenkontur bzw. -wandung entsprechend der Werkzeug-Geometrie des Umformwerkzeuges anlegt. Beim Innenhochdruck-Umformen wird der Werkstoff in den plastischen Zustand versetzt, der während des gesamten Umformvorgangs unter Berücksichtigung von Werkstoffverfestigung und etwaiger Werkzeugkräfte aufrechterhalten wird.The hydroforming process is well known in the prior art and described in the relevant literature (see VDI, progress reports, Row 2, No. 142, VDI Verlag 1987). It is preferably different for manufacturing shaped hollow body from a semi-finished product, for example a tubular one Workpiece, applied. As is known, a pipe section, e.g. made of steel, aluminum or copper, in a multi-part internal high-pressure forming tool Without a fixed inner die with forming plungers or sealing punches and inserted an internal high pressure source connected to this. After this Sealing the ends of the pipe section with the sealing or forming stamp the pipe section with the help of a suitable pressure medium with high internal pressure acted upon and with simultaneous application of axial pressure (formed by at least one of the two sealing punches) on the pipe wall. The axial pressure and the internal pressure cause the pipe section to adhere the inner contour or wall having the final shape of the hollow body creates according to the tool geometry of the forming tool. For hydroforming the material is brought into the plastic state, during the entire forming process, taking material hardening into account and any tool forces are maintained.

Von den durch Innenhochdruck-Umformung herzustellenden Bauteilen bzw. Werkstücken bereiten insbesondere solche Schwierigkeiten, die einen aufgeweiteten Bereich über eine größer als übliche Länge erfordern, wie das beispielsweise insbesondere bei Benzin-Einfüllstutzen der Fall ist. Diese große Länge des aufgeweiteten Bereichs bzw. Abschnitts des Rohres bringt nämlich das große Problem mit sich, daß in diesem Abschnitt keine ausreichende Knickstabilität mehr gegeben ist, weil die Länge ganz einfach zu groß ist.Of the components to be produced by hydroforming or Workpieces in particular cause difficulties that widen one Require areas longer than usual length, such as that this is particularly the case with petrol fillers. This great length of the widened area or section of the tube brings namely the large Problem with that in this section there is no longer sufficient kink stability is given because the length is simply too great.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die es ermöglichen, auch solche Werkstücke herzustellen, die einen über die übliche Länge deutlich hinausgehenden aufgeweiteten Bereich besitzen.The invention is therefore based on the object of a method and a device of the type mentioned at the outset, which also make it possible To produce workpieces that clearly exceed the usual length own expanded area.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einem ersten Schritt das Werkzeug mit dem Rohrabschnitt und dem Dichtstempel ohne Relativbewegung zueinander in dieselbe Richtung bis in eine Endposition verfahren werden, bei deren Erreichen der Rohrabschnitt gleichzeitig mit Innendruck entsprechend der Werkzeuggeometrie umgeformt wird, wonach dann in einem weiteren Schritt das Werkzeug und der Dichtstempel gegensinnig derart verfahren werden, daß dem Rohrabschnitt eine anwachsende freie Umformzone zur Verfügung steht, in die er bis zur Werkstück-Endkontur gedrückt wird. Es wird hiermit erfindungsgemäß ein völlig ungewöhnlicher, neuer Weg zur Herstellung von Werkstücken durch Innenhochdruck-Umformung beschritten, der aufgrund der erfindungsgemäßen Bewegungsfolge und -abläufe über eine große Länge eine Aufweitung des Rohrabschnitts erlaubt, wobei das Werkstück bzw. der umzuformende bzw. aufzuweitende Rohrabschnitt gleichwohl unverändert knickstabil bleibt.This object is achieved with a method according to the invention in that a first step the tool with the pipe section and the sealing stamp without relative movement to each other in the same direction to an end position are traversed when they reach the pipe section simultaneously with internal pressure is formed according to the tool geometry, then in one In a further step, move the tool and the sealing stamp in opposite directions be that the pipe section a growing free forming zone for Is available, in which it is pressed to the final workpiece contour. It will hereby a completely unusual, new way of manufacturing according to the invention of workpieces by hydroforming, which is due to the Sequence of movements and sequences according to the invention over a great length Widening of the pipe section allowed, the workpiece or the one to be formed or pipe section to be expanded nonetheless unchanged kink-resistant remains.

Während der ersten Betriebsphase mit einer Bewegung von Werkzeug und Dichtstempel in dieselbe Richtung bleibt die in das Werkzeug eingesteckte Rohrlänge zu jeder Zeit gleich, weil keine Relativbewegung stattfindet. Dieser gemeinsam zurückgelegte Weg schafft quasi ein Polster für das spätere Anwachsen der freien Umformzone beim in der letzten Betriebsphase gegensinnigen bzw. -läufigen Bewegen von Werkzeug und Dichtstempel. Denn wenn im Anschluß an das übliche Umformen mit axialem Stauchen unter Einleitung von Innendruck in den Rohrabschnitt das Werkzeug in entgegengesetzter Richtung zum Dichtstempel verfahren wird, läßt sich beim Rückstellen des Werkzeugs in seine Ausgangsposition sozusagen ein Rückzieh-Aufweitstauchen erreichen. Das im Werkzeug befindliche Rohr wird nämlich in die immer länger werdende freie Umformzone herausgedrückt und erfährt somit während des Anwachsens des aufgeweiteten Bereiches keine Beeinträchtigung der Knickstabilität. Es lassen sich damit Werkstücke mit im Grunde einer beliebigen Länge des aufgeweiteten Bereiches herstellen, natürlich unter Berücksichtigung der Abmessung des Rohlings, d.h. des zur Umformung in das Werkzeug eingelegten Rohrabschnitts.During the first phase of operation with a movement of the tool and sealing stamp the tube length inserted into the tool remains in the same direction the same at all times because there is no relative movement. This together the path covered creates a cushion for the later growth of the free Forming zone when moving in opposite directions in the last operating phase of tool and sealing stamp. Because if following the usual Forming with axial upsetting while introducing internal pressure into the pipe section move the tool in the opposite direction to the sealing punch can, so to speak, when the tool is returned to its starting position achieve a retreat widening. The one in the tool This is because pipe is pushed out into the increasingly long free forming zone and thus experiences as the expanded area grows no impairment of the kink stability. It can be used to work with Establish any length of the expanded area, of course taking into account the dimension of the blank, i.e. to be transformed into the tool inserted pipe section.

Bei einer Vorrichtung zum Herstellen solcher Werkstücke mit einem deutlich längeren aufgeweiteten Bereich, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens, ist das Werkzeug in einem axial beweglichen Schieber angeordnet, der mit einer Hülse versehen ist, die in das Werkzeug eintaucht und an ihrem vorderen, der Werkzeug-Geometrie zugewandten Ende mit einer zu der Werkzeug-Geometrie komplementären Werkstück-Teilgeometrie ausgebildet ist, und bei gegensinniger Verfahrbewegung von Schieber und Dichtstempel tritt der Rohrabschnitt in den anwachsenden freien Aufweitbereich der Umformzone der Werkzeug-Geometrie ein. Der um das Werkzeug bzw. dessen beiden Werkzeughälften herumgebaute Schieber ermöglicht in einfacher Weise nicht nur die erforderlichen Verfahrbewegungen, sondern er nimmt gleichzeitig auch die Hülse auf, die an ihrem vorderen Ende mit der komplementären Werkzeug-Teilgeometrie versehen ist, so daß bei der gegenläufigen Bewegung von Schieber und Dichtstempel beim Rückzug des Schiebers in seine Ausgangsposition das Rohr aus dem Schieber raus in den freien Aufweitbereich der Umformzone aus Werkzeug- und Hülsen-Teilgeometrie anwächst. Es wird damit nicht von vornherein ein Aufweitbereich mit großer Länge umgeformt, was die Probleme bezüglich der Knickstabilität mit sich bringen würde, sondern es wird zunächst in einer wie üblich klein bemessenen Umformzone aufgeweitet und danach wächst diese Umformzone sukzessive bis zur Endkontur zunehmend an. Der Dichtstempel liegt hierbei dem nur mit kurzer Länge anwachsenden Ende des Rohrabschnitts an.In a device for producing such workpieces with a significantly longer one expanded area, in particular for performing the method the tool is arranged in an axially movable slide with a sleeve is provided, which dips into the tool and at its front, the tool geometry facing end with a complementary to the tool geometry Workpiece part geometry is formed, and in opposite directions Movement of the slide and sealing stamp occurs in the pipe section growing free expansion area of the forming zone of the tool geometry on. The one built around the tool or its two tool halves Slider not only enables the necessary travel movements in a simple manner, but it also picks up the sleeve on the front End is provided with the complementary tool part geometry, so that at the opposite movement of the slide and sealing stamp when the Slide the tube out of the slide into its free position Expanding area of the forming zone from tool and sleeve part geometry grows. This does not mean that it will be a large-length expansion area from the outset reshaped what would cause the kink stability problems rather, it is first expanded in a forming zone that is as small as usual and then this forming zone gradually grows up to the final contour on. The sealing stamp is located here only growing with a short length End of the pipe section.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen sehr schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels des Gegenstandes der Erfindung. Es zeigen:

Figur 1: als Einzelheit einer als solche hinlänglich bekannten Innenhochdruck-Umformmaschine einen Schieber mit darin angeordnetem Werkzeug und den darin eingelegten Rohrabschnitt;
Figur 2: die Einrichtung nach Figur 1 in einer ersten Betriebsphase; und
Figur 3: die Einrichtung nach den Figuren 1 und 2 in einer weiteren Betriebsphase.

Further details and advantages of the invention emerge from the claims and the following description of an embodiment of the subject matter of the invention shown very schematically in the drawings. Show it:

Figure 1: as a detail of a well-known internal high-pressure forming machine as such, a slide with a tool arranged therein and the pipe section inserted therein;
Figure 2: the device of Figure 1 in a first operating phase; and
Figure 3: the device according to Figures 1 and 2 in a further operating phase.

Von einer Innenhochdruck-Umformmaschine bzw. -presse sind in den Fig. 1 bis 3 als Einzelheit lediglich ein aus zwei Werkzeughälften 1a, 1b bestehendes Werkzeug 1 gezeigt, das mit der eine Umformzone 2 zum Aufweiten eines in das Werkzeug 1 eingelegten Rohrabschnitts 3 darstellenden Werkstück-Geometrie 4 ausgebildet ist. Das Werkzeug 1 ist in einem mittels eines mit seinem Stößel 11 angreifenden Verstellantriebs 10 linear beweglichen Schieber 5 angeordnet. Dieser trägt eine in das Werkzeug 1 eintauchende Hülse 6, die an ihrem vorderen Ende mit einer zu der Werkstück-Geometrie 4 des Werkzeugs 1 komplementären Werkstück-Teilgeometrie 7 gestaltet ist. In der in Fig. 1 dargestellten Ausgangsposition wird der Rohrabschnitt 3 an einer Stirnseite von einem Stößel 8 eines Dichtstempels 9 verschlossen, über den auch das zur Umformung benötigte Druckmedium, zugeführt von einer nicht gezeigten Druckmittelquelle, in den Innenraum des umzuformenden Rohrabschnitts 3 eingeleitet wird. Das andere Ende des Rohrabschnitts ist über den Block des Werkzeugs 1, d.h. dessen vor der Umformzone 2 bzw. der Werkstück-Geometrie 4 liegenden Abschnitt abgedichtet.An internal high-pressure forming machine or press are shown in FIGS. 1 to 3 as a detail, only a tool consisting of two tool halves 1a, 1b 1 shown, that with a forming zone 2 for expanding a into the tool 1 inserted tube section 3 representing workpiece geometry 4 is. The tool 1 is in a by means of a with its plunger 11 engaging Adjustment drive 10 arranged linearly movable slide 5. This carries a sleeve 6 immersed in the tool 1, which at its front end with a workpiece part geometry that is complementary to the workpiece geometry 4 of the tool 1 7 is designed. In the starting position shown in Fig. 1 the pipe section 3 on one end face of a plunger 8 of a sealing plunger 9 closed, via which also the pressure medium required for forming, fed from a pressure medium source, not shown, into the interior of the to be formed Pipe section 3 is initiated. The other end of the pipe section is over the block of tool 1, i.e. before the forming zone 2 or the workpiece geometry 4 lying section sealed.

Zur Umformung des Rohrabschnitts 3 zu einem fertigen Werkstück mit einem sich über eine große Länge erstreckenden Aufweitbereich werden gemäß Fig. 2 der Schieber 5 über den mit seinem Stößel 11 angreifenden Verstellantrieb 10 und der Dichtstempel 9 in die gleiche Richtung - hier gemäß Pfeil 12 nach links - verfahren. Hierbei bleibt die in der Hülse 6 des Schiebers 5 eingesteckte Länge des Rohrabschnitts 3 zu jeder Zeit gleich, da keine Relativbewegung zwischen dem Dichtstempel 9 und dem Schieber 5 stattfindet. Sobald dann die in Fig. 2 dargestellte Endposition der gemeinsamen Verfahrbewegung erreicht ist, in der die Hülse 6 mit ihrer Werkstück-Teilgeometrie 7 die Werkstück-Geometrie 4 des Werkzeugs 1 komplettiert, wird der Rohrabschnitt 3 mit Innendruck umgeformt und mittels des Stößels 8 des Dichtstempels 9 axial gestaucht, bis der Rohrabschnitt in der Umformzone 2, die sich in dieser Betriebsphase aus der Werkstück-Teilgeometrie 7 der Hülse 6 und der davor, d.h. links vor der Hülse 6 verbleibenden Werkstück-Geometrie 4 des Werkzeugs 1 zusammensetzt, aufgeweitet ist.For forming the pipe section 3 into a finished workpiece with a According to FIG. 2, the expansion area extending over a long length is the Slider 5 via the adjusting drive 10 engaging with its tappet 11 and the Move sealing plunger 9 in the same direction - here according to arrow 12 to the left. The length of the plugged into the sleeve 6 of the slide 5 remains Pipe section 3 the same at all times, since no relative movement between the Seal 9 and the slide 5 takes place. As soon as that shown in Fig. 2 End position of the common travel movement is reached in which the sleeve 6 with their workpiece part geometry 7, the workpiece geometry 4 of the tool 1 completed, the tube section 3 is formed with internal pressure and axially compressed by means of the plunger 8 of the sealing plunger 9 until the pipe section in the forming zone 2, which in this operating phase results from the workpiece part geometry 7 of the sleeve 6 and the one in front, i.e. left in front of the sleeve 6 Workpiece geometry 4 of the tool 1 is composed, expanded.

Danach werden - wie in der Betriebsphase nach Fig. 3 dargestellt - der Schieber 5 und der Dichtstempel 9 in eine gegensinnige bzw. -läufige Richtung verfahren, d.h. der Dichtstempel 9 unverändert in Pfeilrichtung 12 nach links und der Schieber 5 mit der Hülse 6 entsprechend der Pfeilrichtung 13 nach rechts. Mit den sich entsprechend verlagernden Werkstück-Geometrien 4 bzw. 7 einerseits des Werkzeugs 1 und andererseits der Hülse 6, die sich auseinanderziehen, wird der sich im Schieber 5 befindende Rohrabschnitt 3 aus dem Schieber 5 heraus in die immer länger werdende freie Umformzone 2' gedrückt und aufgeweitet. Durch dieses sukzessive Anwachsen des Aufweitbereiches bzw. der freien Umformzone 2' wird die Knickstabilität des Werkstückes bzw. Fertigrohres trotz des gegenüber herkömmlichen Herstellverfahren sehr viel längeren Aufweitbereichs nicht beeinträchtigt.Then - as shown in the operating phase according to FIG. 3 - the slide 5 and the sealing plunger 9 move in an opposite direction, i.e. the sealing stamp 9 unchanged in the direction of the arrow 12 to the left and the slide 5 with the sleeve 6 according to the direction of arrow 13 to the right. With yourself accordingly shifting workpiece geometries 4 and 7 on the one hand of the tool 1 and on the other hand, the sleeve 6, which pull apart, the in the slide 5 pipe section 3 out of the slide 5 in the always longer forming zone 2 'pressed and expanded. Because of this successive growth of the expansion area or the free forming zone 2 ' the kink stability of the workpiece or finished tube despite the conventional Manufacturing process not affected much longer expansion area.

Claims

Method for producing workpieces according to the internal high-pressure forming process from a pipe section inserted into a tool having the workpiece geometry, which during expansion in the tool geometry at least from one end by means of a sealing stamp, via which the pressure medium also flows into the interior of the Pipe section arrives, is axially compressed,
characterized in that in a first step the tool (1) with the tube section (3) and the sealing ram (9) are moved without relative movement to one another in the same direction (12) to an end position, when the tube section (3) is reached with Internal pressure is formed according to the workpiece geometry (4 and 7), after which the tool (1) and the sealing ram (9) are then moved in opposite directions in such a way that the pipe section (3) has a growing free forming zone (2 ') of the tool Geometry (4 and 7) is available, in which it is successively pressed to the final contour of the workpiece.

Device for producing workpieces according to the hydroforming process from a pipe section inserted into a tool having the workpiece geometry, which during expansion in the tool geometry at least from one end by means of a sealing stamp, via which the pressure medium also flows into the interior of the Tube section arrives, is axially compressed, in particular for performing the method according to claim 1,
characterized in that the tool (1) is arranged in an axially movable slide (5) which is provided with a sleeve (6) which dips into the tool (1) and on its front, the tool geometry (4) facing end with a workpiece geometry (7) which is complementary to the workpiece geometry (4), and when the slide (5) and sealing plunger (9) move in opposite directions, the pipe section (3) into the increasing free expansion area of the forming zone (2 ') entry.