Verfahren und Vorrichtung zum faltenlosen Einziehen von Rohren für die Herstellung von Metallgefässen, insbesondere zum Einziehen von dünnwandigen Metallrohren Es sind bereits Verfahren und Vorrich tungen zum halsförmigen Einziehen von Me tallrohren bekannt. Diese sind jedoch nur für starkwandige Metallrohre verwendbar. Bei einem dünnwandigen Rohr, dessen Wand stärke ungefähr 1/5o des Rohrdurchmessers oder auch noch weniger beträgt, versagen sie jedoch, weil beim Einziehen solcher Rohre Längs- und Querfalten entstehen, die das Rohr für die Weiterverarbeitung unbrauch bar machen.
Die vorliegende Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, dass sieh ein, dünnwan diges Rohr- beim Einziehen faltenlos verfor men lässt, wenn der Verformungsdruck so niedrig gehalten werden kann, dass. er sich nur in dem zu verformenden Rohrteil, nicht aber in dem angrenzenden, nicht zu verfor menden Teil auswirkt. Dementsprechend be trifft die vorliegende Erfindung ein Ver fahren zum faltenlosen Einziehen von Rohren aus Metall für die Herstellung von Metallge fässen, insbesondere zum Einziehen von Enden solcher Rohre,
deren Wandstärke höchstens 1/5p des Rohrdurchmessers beträgt und deren Rekristallisationstemperatur unter 600 C liegt, durch einen Pressvorgang in einem Ge senkt wobei das Innere der Gesenkhöhlung auf .der Verformungstemperatur des Werk stoffes gehalten und das in das Gesenk ein tretende Rohr gekühlt wird, das dadurch ge- kennzeichnet ist,
dass man das Innere der Ge- senkhöhlung auf eine Temperatur gleich oder grösser als die Rekristallisatianstemperatur des Rohrwerkstoffes erhitzt und hierdurch das kalt eingebrachte Rohrende auf diese Re- kristallisationstemperatur erwärmt und zu gleich das Mundstück des Gesenkes und das Rohr an seiner Eintrittsstelle in das Gesenk durch eine dagegen gerichtete Kühlflüssigkeit unmittelbar kühlt.
Die Vorrichtung zur Ausübung des erfin dungsgemässen Verfahrens ist gemäss der vor liegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass sie.ein über den grössten Teil seines Ver- formungsbereiches mit einer Heizeinrichtung versehenes Gesenk zum Verformen des zu be handelnden Rohrendes,
eine auf der Einfuhr seite des Gesenkes unmittelbar ausserhalb dieses Werkzeuges angeordnete Einrichtung zum unmittelbaren Kühlen des Gesenkmundes und des in diesen eintretenden Rohrteils mit einer Kühlflüssigkeit sowie eine Einrichtung zum Vorschieben des Werkzeuges relativ zum Rohr besitzt.
Die Vorrichtung kann auch so beschaffen sein, dass sie ,eine Heizeinrichtung zum Beheizen des Rohrendes während des Verformungsvorganges auch noch vom Innern her, also gesondert und unabhängig von der Beheizung durch das heisse Gesenk hat, um das Rohrende möglichst duktil zu machen. Die Vorrichtung kann ausserdem eine weitere Kühleinrichtung haben, mit der das Rohr.
vom Innern her bis mindestens in Höhe des Gesenkmundes mit Wasser, gegebenenfalls allein oder zusätzlich zu der äussern Kühlung, gekühlt wird.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung bei spielsweise erläutert. Die Zeichnung zeigt im senkrechten Mittellängsschnitt verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Vorrichtung und einige Ausführungsformen von hiermit verformten Rohrenden für die Herstellung von Druckgasflaschen.
Die Fig. 1 betrifft die Verfahrensführung für die Formung eines Flaschenhalses.
Die Fig. 2 zeigt eine Wiederholung dieser Verfahrensführung zur weiteren Verengung des mit der Verfahrensführung gemäss Fig. 1 hergestellten Flaschenhalses.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung mit pfan- nenförmigem Verformungswerkzeug.
Fig. 4 zeigt eine ähnliche Vorrichtung, je doch- mit einem in das pfannenförmige Ver- formungswerkzeug eingesetzten Halskragen stück.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1 ist ein beheiztes Verformungswerkzeug 1 vor gesehen, das eine der äussern Form des zu bildenden Flaschenhalses entsprechend pro filierte Aushöhlung aufweist, welche in eine zentrale Durchbrechung 17 ausläuft. Die Durchbrechung 17 ist kreiszylindrisch gestal tet und hat eine dem Aussendurchmesser des zu formenden Halses entsprechende lichte Weite.
An der der Durchbrechung 17 gegen überliegenden Einführungsseite ist die lichte Weite der Aushöhlung dem Aussendurchmes ser des zu verformenden Rohrendes angepasst. Das Verformungswerkzeug 1 weist eine sich fast über den ganzen Umfang erstreckende Heizung 2 auf, die mit elektrischen oder Gas heizkörpern ausgerüstet ist und eine Erwär mung des Werkzeuges 1 auf eine vorbe stimmte Temperatur sowie das Aufrechterhal ten dieser Temperatur während des Verfor- mungvorganges gestattet:
Diese Temperatur muss gleich oder höher als die Rekristallisa; tionstemperatur des zu verformenden Rohr- werkstoffes, also z. B. bei der Verformung eines Aluminiutmrohres grösser als 4000C sein.
Auf .der Einführseite unmittelbar ausser halb des Werkzeuges 1 ist eine Kühleinrich tung in Form einer ringförmigen Leitung 5 angeordnet, die einen den Aussendurchmesser der Aushöhlung übersteigenden lichten Ring durchmesser hat und konzentrisch zur Achse der Aushöhlung liegt. Die Leitung 5 ist auf der Ringinnenseite mit einer Reihe von schräg nach oben gerichteten, in Düsen 18 befind- , liehen Kanälen durchbrochen und an eine nicht dargestellte Zufnhrleitung für das zweckmässig aus Wasser bestehende Kühlmit tel angeschlossen.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine in der Zeichnung nicht darge stellte Einrichtung in Form einer Presse zum Verschieben des Werkzeuges 1 in Richtung des Pfeils 19 relativ zu dem zu verformenden Rohr.
Zur Durchführung des Verfahrens wird vorerst das aus dem Werkzeug 1, dessen Heiz- einrichtung 2 und der Kühlleitung 5 be stehende Aggregat am beweglichen Ober haupt in der in Fig. 1 dargestellten Lage befestigt und .die Heizung in Betrieb gesetzt. Alsdann wird auf dem Pressentisch das zu behandelnde Rohr derart aufgesetzt, dass das zu verformende Rohrende 3 die in Fig. 1 in strichpunktierten Linien dargestellte, zur Achse der Aushöhlung des Werkzeuges 1 kon zentrische Lage hat.
Wenn das Werkzeug 1 die vorbestimmte Temperatur, z. B. über 400 C für ein Aluminiumrohr, aufweist, wird durch Betätigen der Presse ein Vorschub des obern Pressentisches mit dem Werkzeug 1 zu sammen in Richtung des Pfeils 19 bewirkt. Dabei gelangt .der freie Rand des Rohrendes 3 in die Aushöhlung des Werkzeuges 1 und erwärmt sich beim Stauchen in das erhitzte Werkzeug durch die intensive Berührung mit dessen Innenwandung sehr rasch auf seine Temperatur.
Hierdurch sinkt der Verfor- mungswiderstand des Rohrwerkstoffes vor allem in der innern Höhlung des Werkzeuges auf einen Bruchteil der Festigkeit in kaltem Zustand. Der zylindrische Rohling verformt sich dabei an seinem Ende unter dem konti nuierlichen Stauchdruck allmählich zum Fla schenhals.
Dabei wird das Rohrende in axialer als auch in radialer Richtung ohne Falten verformt, wenn die Geschwindigkeit der Presswerkzeuge, mit denen der Stauchdruck erzeugt wird, nicht zu gross ist, Zur Kalibrie rung der Halsinnenwandung kann gegebenen falls zentral in das Gesenk ein Dorn einge führt sein. Sein Aussendurchmesser ist dann um den doppelten Betrag der zu formenden Halswandstärke kleiner als der Durchmesser der Gesenkausnehmung 17.
Der nicht zu ver formende Teil des zylindrischen Rohrkörpers ist an seinem der Verformung entgegen gesetzten Ende und auf einem Teil seiner zylindrischen Wandung durch ein schliessend umfassendes Untergesenk abgestützt. Dieses Untergesenk ist auf dem Lettern feststehen den Tisch der Presse in einer Flucht mit dem Obergesenk montiert. Die freibleibende über gangsstelle zwischen den beiden Gesenken und das in das Gesenk eingetretene Rohrstück müssen den axialen Stauchdruck aufnehmen, ohne dass Falten entstehen.
Die gefährdete Stelle des Rohres bezüglich der Faltenbil dung liegt innerhalb des verformenden obern Gesenks nahe an dessen Mund und nahe darunter ausserhalb des Gesenkmundes. Damit das Rohr hier faltenlos bleibt, werden das Rohr bei seinem Eintritt in den Gesenkmund und dieser unmittelbar während des Press- vorganges mit einer Kühlflüssigkeit ge kühlt, denn eine mittelbare Kühlung mit einem Kühlring reicht wegen der ungenügen den Wärmeabfuhr nicht aus.
Zur Kühlung der gefährdeten übergangsstelle wird daher zwischen dem kalten Untergesenk und dem erhitzten Obergesenk, dicht unter dessen Mund, ein Wasserrohr 5 ringförmig, vorzugs weise am Obergesenk, befestigt, welches das Wasser durch die Kanäle in den Düsen 18 schräg gegen die gefährdete Eintrittsstelle und den Gesenkmund spritzt und diese Stel len nach Inbetriebsetzung der Presseinrich- tung so kalt hält, .dass das Rohr in dem Ge senk und ausserhalb keine Falten wirft.
Das Rohr bleibt dann hier an den gefährdeten Stellen formsteif, weil es hier durch die von dem erhitzten Gesenk weitergeleitete Wärme nicht erweicht weiden kann. In diesem Teil des Rohres fällt die Temperatur von der Re- kristallisationstemperatur auf die Tempera tur des Kühlmittels. Bei dieser Arbeitsweise wird ein starker Gradient des Temperatur gefälles längs des zu verformenden und ver formten Rohrteils in der Nähe des Gesenk- mundstückes erstrebt und erzielt.
Statt der äussern Wasserkühlung oder zusätzlich zu ihr könnte ein stehendes Rohr, dessen oberes Ende verformt wird, auch mit Wasser ge füllt werden. Durch ein Zu- und Ablaufrohr wird dabei für den Wasserwechsel gesorgt und gleichzeitig ein in Abhängigkeit vom Hub des Obergesenks veränderlicher Wasser stand mindestens in der Höhe des Gesenk- mundstückes aufrechterhalten.
Der nicht ver formte, an die Kühlzone anschliessende Rohr teil erfährt desgleichen keine für das Verhal ten des Rohrmaterials wesentliche Tempera turerhöhung und kann, wie bereits oben er wähnt, durch ein ihn schliessend umfassendes Stützgesenk gegen allfällige Deformationen, wie Faltenbildung oder Knickung, geschützt werden.
Auf die vorstehend, an Hand der Fig. 1 erläuterte Weise ist es z. B. möglich, Alumi niumrohre mit einem Innendurchmesser von 180 mm und einer Wandstärke von nur 1,5 mm entsprechend einer Verhältniszahl von 1 : 120 auf einen Durchmesser von 65 mm in einem einzigen Verfahrensgang einzu ziehen. Es erfolgt also eine Einziehung vom Flaschenaussendurchmesser mit 183 mm auf einen Halsaussendurchmesser von 65 mm, das heisst im Verhältnis 1-: 3.
Dieses Verhältnis lässt sich sogar noch weiter ohne Faltenbildung verringern, wenn, wie dies in Fig: 2 in vergrössertem Massstab dargestellt ist, das Verfahren mehrmals hin tereinander angewendet wird, wobei jedesmal ein kleineres Gesenk benutzt wird.
In jeder Folgestufe wird dann .der Werkstoff des vor handenen Halses 4 zu einer übergangslosen Verlängerung der vorhandenen Schulter und zu einem neuen kleineren Hals 4' umgeformt. Zu diesem Zweck ist das Folgegelenk 1', das bei 2' elektrisch oder mit Gas beheizt wird, so gestaltet, dass sein die Schulterverlänge rung formender Teil und seine innere Aus nehmung 17' für den neu zu bildenden Fla schenhals 4' den Werkstoff des zu verformen den Halses 4 zu ,einer übergangslosen Schul terverlängerung und einem neuen kleineren Hals 4' umbilden.
Das Folgegelenk besitzt daher einerseits einen Munddurchmesser, der grösser ist, und anderseits eine zylindrische Ausnehmung 17', die kleiner ist als der Durchmesser der Ausnehmung 17 des Vor gelenkes bzw. des vorhandenen Halses 4. Der Gelenkmund des Gelenkes 1' und der in diesen eintretende Schulterteil des vorher geformten Rohlings werden beim Pressen, wie bereits oben beschrieben, durch eine Kühlleitung 5' mit den Düsen 18' unmittelbar mit einer Kühl flüssigkeit gekühlt.
Der Pressvorgang in die ser Stufe ist beendet, wenn sich das Gelenk 1' auf den vorhandenen Schulterteil des Roh lings 4 aufsetzt. Auf diese Weise wird der zur Einziehung eines grossen Rohrdurch messers auf einen sehr kleinen Halsdurch messer notwendige grosse axiale Stauchdruck, den das Rohr nicht faltenlos aufnehmen könnte, in mehrere Teildrücke unterteilt. Durch geeignete Abstufung der Werkzeuge können die Teildrücke gleich gross und so niedrig gehalten werden, dass der nicht ver formte und auch der verformte Rohrteil in der gefährdeten Zone des Gelenkmundes keine Falten bilden.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 un terscheidet sich vom vorangehenden dadurch, dass ein Verformungswerkzeug 1a verwendet wird, welches als Pfanne ausgebildet ist; da; mit wird das Rohrende 3 in einem Arbeits gang zu einer Schalenkalotte 4a verformt, welche z. B. gemäss einem Rotationsellipsoid bzw. einer Kugel gestaltet ist. Die Aus höhlung im Werkzeug 1a ist dementsprechend geformt.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 un terscheidet sich von dem vorangehenden da durch, dass zur Herstellung des Kopfendes einer Druckflasche ein pfannenförmiges, mit einem in eine zentrale Durchbrechung ein gesetzten Halskragenstück 6 versehenes Ver- formungswerkzeug 1b verwendet wird.
Bei der Verformung des Rohrendes 3 wird dessen freier Rand selbsttätig in eine periphere Ringnut des Halskragenstückes 6 hinein gepresst, welche derart angeordnet ist, dass die sie nach oben begrenzende Ringflanke unmittelbar an die Wandung der Aushöhlung des Werzeuges 1b anschliesst. Der Rohrwerk stoff gelangt daher im Endgang der Verfor mung unmittelbar in die Nut hinein und füllt diese völlig aus.
Dadurch wird das Hals kragenstück 6, wie Fig. 4 zeigt, unlösbar mit dem Flaschenkörper verbunden und kann nach Herausnahme aus dem Werkzeug 1b zur Dichtung auf der Aussenseite mit dem Fla schenkörper 4b zusätzlich verschweisst wer den.
Während der Verformung ist .das Hals kragenstück 6 im Werkzeug 1b mittels eines Bolzens 7 im nicht dargestellten Oberhaupt der Presse verankert, wobei der Bolzen am Schaftende einen konischen Gewindezapfen aufweist, der in eine zur Aufnahme des Flaschenventil im Halskragenstück 6 befind liche zentrale Gewindebohrung eingesehraubt ist.
Die Verdickung des Halsringes in der bei der Verformung gebildeten Schalenkalotte ge mäss den Fig. 3 und 4 kann zweckmässig da durch erzielt werden, dass die endgültige Wandstärke des sich verformenden Rohrendes während des Verformungsvorganges durch die Art der Schmierung zwischen dem Rohr ende und dem Verformungswerkzeug beein flusst wird. Die sich bildende Wanddicke ist nämlich um so grösser, je grösser die Reibung zwischen dem Verformungswerkzeug und der äussern Rohrwandung ist.
Bei guter Schmie- rung, etwa durch kolloidalen Graphit, wird die Reibung herabgesetzt. Dabei wird der Werkstoff vorzugsweise in axialer Richtung gestreckt und verformt. Die Wanddicke wird daher trotz des Einziehens nur geringfügig vergrössert. Bei schlechter Schmierung, das heisst bei grosser Reibung, erfolgt dagegen eine stärkere Verformung in radialer Rich tung. Die Wandstärke wird daher gegenüber der Ausgangswandstärke des zylindrischen Rohres dementsprechend vergrössert.