EP1208926B1 - Vorrichtung zur Innenhochdruck-Umformung von Hohlkörpern - Google Patents

Vorrichtung zur Innenhochdruck-Umformung von Hohlkörpern Download PDF

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EP1208926B1
EP1208926B1 EP01124188A EP01124188A EP1208926B1 EP 1208926 B1 EP1208926 B1 EP 1208926B1 EP 01124188 A EP01124188 A EP 01124188A EP 01124188 A EP01124188 A EP 01124188A EP 1208926 B1 EP1208926 B1 EP 1208926B1
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EP
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sealing
head
workpiece
tool
cavity
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Bernd Dr. Engel
Michael Dipl.-Ing. Schierz
Matthias Dr.-Ing. Prier
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Schuler Hydroforming GmbH and Co KG
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Schuler Hydroforming GmbH and Co KG
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
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    • Y10T29/49428—Gas and water specific plumbing component making
    • Y10T29/49444—Elbow or L-shaped fitting making

Definitions

  • the invention relates to a device for hydroforming hollow bodies, with those specified in the preambles of independent claims 1 and 3 Features as known from DE-A-43 09 680.
  • Hydroforming is known in the prior art and in the relevant Literature described (see DE-Z “Werkstattechnik 79 (1989)", VDI progress reports, Row 2, No. 142, VDI Verlag 1987). It is preferred for producing differently shaped hollow bodies from a semi-finished product, for example a tubular workpiece.
  • a Pipe section e.g. made of steel or copper, in a multi-part internal high pressure forming tool Without a fixed inner die with sealing plungers actuated by axial cylinders or forming rams inserted.
  • the pipe section After closing the ends of the Pipe section through the sealing stamp, the pipe section is made with the help of a suitable Pressurized with high internal pressure and at the same time Axial pressure (through the sealing plungers) is applied to the pipe wall reshaped.
  • Axial pressure through the sealing plungers
  • the axial pressure and the internal pressure cause the pipe section to the inner contour or the final shape of the hollow body - creates the wall of the contour space of the forming tool.
  • For hydroforming the material is brought into the plastic state, which during the entire forming process taking into account material hardening and any tool forces are maintained.
  • the invention is therefore based on the object in a device of the beginning mentioned type a simplified design of the sealing punch or head to enable.
  • this object is achieved according to a first embodiment in that that the stop provides a sealing edge. Since this is the front edge of the workpiece to be formed, the stop represents the wearing part the multi-part sealing head assembly, and only this wear part needs to be replaced.
  • the insertion piece is formed with a sealing edge.
  • the specific location or location of the The course of the sealing edge on the insertion piece can be optimized by the Centering can be made dependent.
  • the insertion piece and the Stop hardened and the guide holder made of a material with good Toughness properties and high wear resistance exist.
  • These deliberately different Material properties serve to increase the service life under Consideration of the stresses occurring on the individual components.
  • bronze or a bronze alloy e.g. Gz-CuAlBzNi or AMPCO 25 or others comparable with it suitable materials. This offers good sliding properties of the sealing stamp or head in the inlet channel upstream of the workpiece to be formed of the tool.
  • FIG. 1 From a well-known hydroforming (IHU) machine are left in Fig. 1 for the sake of simplicity in a drawing
  • the tool 1a or 1b each has a clamping edge 2 provided upper and lower base plate 3 and 4.
  • an upper and a lower base block 5 and 6 are the contour inserts 7 and end inlet channels 8 arranged.
  • upstream brackets 9 On the inlet channels 8 upstream brackets 9 are Axial cylinder 10 attached to the on a seal extension or Sealing plunger 11 arranged sealing plunger heads 12 are equipped, which are applied when the axial cylinder 10 in a for forming in the tool cavity 13 inserted, to be formed hollow body-shaped workpiece 14 (see FIG. 5) in immerse the inlet channels 8 of the tool 1 in a sliding manner and from both ends seal it here.
  • the axial cylinders 10 have the the Tool base blocks 5 or 6 facing ends an adapter 15 with it screwed on clamping ring 16 for receiving and holding the sealing stamp extension 11 on.
  • This sealing stamp is accessible from the front High-pressure cheese head screw 17 a multi-part sealing head or sealing stamp head 12, 112 and 212 (see FIGS. 3 and 5) screwed on.
  • the sealing head or sealing punch 12 engages with one of the anti-rotation devices serving paragraph 18 in the sealing stamp extension 11.
  • High-pressure bore 19 extends through the sealing plunger extension 11 and the high-pressure cheese head screw 17 and thus opens in the operating position in the interior of the workpiece to be formed.
  • Both between the adapter 15 and the clamping ring 16 as well as in the transition from the sealing stamp extension 11 to the sealing head or sealing stamp 12 (or 112 and 212) are sealing rings 20 arranged.
  • FIG. 3 and 4 show an embodiment of a multi-part sealing head 112. This consists of one - in the order of the axial direction of movement Arrow 21 seen from the front when the axial cylinder 10 is acted upon - insertion piece 22, a stop 23 and a guide receptacle 24 together. These components 22, 23 and 24 are made into two by means of two cheese head screws 25 connected with each other.
  • the insertion piece 22 has an entry slope 26 and an adjoining leading edge that tapers towards the stop 23 27 trained.
  • the stop 23 is provided with a sealing edge 28 which in situ, i.e. when inserted into the open end of the hollow body to be formed Stamp seals the interior of the hollow body. In the lower one Half of FIG.
  • the outer jacket 30 of the guide receptacle 24 lies when advancing the sealing punch arrangement of the inner wall of the inlet channel 8 (see. FIGS. 1 and 5) and ensures the leadership of the Sealing temple; there is no need for a separate guide unit become.
  • the operating position is shown for the sealing stamp, in which the Sealing head 212 so far into the interior of the workpiece or hollow body 14 has penetrated that the sealing edge 28 of the stop 23 the inner cavity has applied sealingly to the end face of the workpiece 14. It is there further to see that the outer jacket 30 of the guide receptacle 24 in Interaction with the inlet channel 8 takes over the leadership of the sealing head 212 and the sealing punch extension 11 arranged in a guide bush 31 is.
  • Pressure medium shortening length of the workpiece 14 becomes the sealing stamp arrangement advanced in the direction of arrow 21.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Innenhochdruck-Umformung von Hohlkörpern, mit den in den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 3 angegebenen Merkmalen, wie durch die DE-A-43 09 680 bekanntgeworden.
Das Innenhochdruck-Umformen ist im Stand der Technik bekannt und in der einschlägigen Literatur beschrieben (vgl. DE-Z "Werkstattechnik 79 (1989)", 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 oder Kupfer, in ein mehrteiliges Innenhochdruck-Umformwerkzeug ohne feste Innenmatrize mit von Axialzylindern betätigten Dichtstempeln bzw. Umformstößeln eingelegt. Nach dem Verschließen der Enden des Rohrabschnitts durch die Dichtstempel wird der Rohrabschnitt mit Hilfe eines geeigneten Druckmittels mit hohem Innendruck beaufschlagt und unter gleichzeitiger Beaufschlagung mit axialem Druck (durch die 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 des Konturraums des Umformwerkzeugs 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.
Bei jedem neu umzuformenden Rohrabschnitt bzw. Hohlkörper kommt es zu einer Relativbewegung zwischen dem Dichtstempel und der Innenwandung des umzuformenden Werkstückes. Der damit unvermeidlich einhergehende Verschleiß an den Dichtstempeln erfordert den Austausch dieser Bauteile der Axialzylinder, was mit einem hohen Montageaufwand und dem Austausch des gesamten Stempels verbunden ist. Ein solcher Austausch der Dichtstempel ist auch dann notwendig, wenn bei einem Programmwechsel Hohlkörper bzw. Rohrabschnitte mit gegenüber dem vorhergehenden Programm abweichender Rohrdicke oder unterschiedlichen Durchmessern umgeformt werden müssen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art eine vereinfachte Bauweise des Dichtstempels bzw. -kopfes zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird nach einer ersten Ausführung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Anschlag eine Dichtkante bereitstellt. Da sich an diese die Stirnkante des umzuformenden Werkstückes anlegt, stellt der Anschlag das Verschleißteil der mehrteiligen Dichtkopf-Baueinheit dar, und auch nur dieses Verschleißteil braucht ausgetauscht zu werden.
Ein nur einziges und dazu ebenfalls deutlich kleineres Verschleißteil wird weiterhin auch dann erreicht, wenn nach einer weiteren Ausführung der Erfindung das Einführstück mit einer Dichtkante ausgebildet ist. Die konkrete Lage bzw. der Ort des Verlaufs der Dichtkante am Einführstück kann dabei von der Optimierung der Zentrierung abhängig gemacht werden.
Es wird erfindungsgemäß weiterhin vorgeschlagen, daß das Einführstück und der Anschlag gehärtet sind und die Führungsaufnahme aus einem Material mit guten Zähigkeitseigenschaften und hoher Verschleißfestigkeit besteht. Diese gezielt unterschiedlichen Materialeigenschaften dienen zur Erhöhung der Standzeiten unter Berücksichtigung der an den einzelnen Bauteilen auftretenden Beanspruchungen. Als Material für die Führungsaufnahme eignet sich beispielsweise Bronze bzw. eine Bronzelegierung, z.B. Gz-CuAlBzNi oder AMPCO 25 bzw. andere damit vergleichbar geeignete Werkstoffe. Dies bietet gute Gleiteigenschaften des Dichtstempels bzw. -kopfes in dem dem umzuformenden Werkstück vorgelagerten Einlaufkanal des Werkzeuges.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen der Erfindung. Es zeigen:
Fig. 1
ein Systembild eines IHU-Werkzeuges mit in den beiden Symmetriehälften dargestellten, voneinander verschiedenen Bauweisen;
Fig. 2
als Einzelheit in vergrößerter Darstellung einen Axialzylinder mit Dichtstempel;
Fig. 3
im Längsschnitt eine Ausführung eines mehrteiligen Dichtkopfes;
Fig. 4
den Dichtkopf nach Fig. 3 von rechts gesehen; und
Fig. 5
als Teilansicht eine andere Ausführung eines Dichtkopfes, mit seiner Führungsaufnahme im Einlaufkanal des Werkzeugs aufliegend und in ein umzuformendes Werkstück eingreifend gezeigt.
Von einer als solche hinlänglich bekannten Innenhochdruckumform (IHU)-Maschine sind in Fig. 1 der Einfachheit halber in einer Zeichnung einmal links und einmal rechts mögliche unterschiedliche Bauweisen eines Werkzeugs 1a bzw. 1b dargestellt. Das Werkzeug 1a bzw. 1b besitzt eine jeweils mit einem Spannrand 2 versehene obere und untere Grundplatte 3 bzw. 4. In einem oberen und einem unteren Grundblock 5 bzw. 6 sind die Kontureinsätze 7 und endseitige Einlaufkanäle 8 angeordnet. Auf den Einlaufkanälen 8 vorgelagerten Konsolen 9 sind Axialzylinder 10 befestigt, die mit auf einer Dichtstempelverlängerung bzw. einem Dichtstempel 11 angeordneten Dichtstempelköpfen 12 bestückt sind, die beim Beaufschlagen der Axialzylinder 10 in ein zur Umformung in den Werkzeughohlraum 13 eingelegtes, umzuformendes hohlkörperförmiges Werkstück 14 (vgl. Fig. 5) in den Einlaufkanälen 8 des Werkzeugs 1 gleitend eintauchen und von beiden Enden her dichtend verschließen.
Wie näher der Fig. 2 zu entnehmen ist, weisen die Axialzylinder 10 an ihren den Werkzeuggrundblöcken 5 bzw. 6 zugewandten Enden einen Adapter 15 mit daran angeschraubtem Klemmring 16 zur Aufnahme und Halterung der Dichtstempelverlängerung 11 auf. Auf diese Dichtstempel ist mit einer von vorne zugänglichen Hochdruck-Zylinderschraube 17 ein mehrteiliger Dichtkopf bzw. Dichtstempelkopf 12, 112 bzw. 212 (vgl. die Fig. 3 und 5) aufgeschraubt. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 greift der Dichtkopf bzw. Dichtstempel 12 mit einem der Verdrehsicherung dienenden Absatz 18 in die Dichtstempelverlängerung 11 ein. Eine von dem Adapter 15 ausgehende, an eine nicht dargestellte Druckmittelquelle angeschlossene Hochdruckbohrung 19 erstreckt sich durch die Dichtstempelverlängerung 11 sowie die Hochdruck-Zylinderschraube 17 und mündet in der Betriebsposition somit im Innenraum des umzuformenden Werkstückes. Sowohl zwischen dem Adapter 15 und dem Klemmring 16 als auch im Übergang von der Dichtstempelverlängerung 11 zum Dichtkopf bzw. Dichtstempel 12 (bzw. 112 und 212) sind Dichtringe 20 angeordnet.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine Ausführung eines mehrteiligen Dichtkopfes 112. Dieser setzt sich aus einem - in der Reihenfolge der axialen Bewegungsrichtung gemäß Pfeil 21 bei Beaufschlagung des Axialzylinders 10 von vorne gesehen - Einführstück 22, einem Anschlag 23 und einer Führungsaufnahme 24 zusammen. Diese Bauteile 22, 23 und 24 sind durch zwei Zylinderschrauben 25 zu einer Einheit miteinander verbunden. Das Einführstück 22 ist mit einer Einlaufschräge 26 und einer sich dieser anschließenden, zum Anschlag 23 hin auslaufenden Einlaufkante 27 ausgebildet. Der Anschlag 23 ist mit einer Dichtkante 28 versehen, die in situ, d.h. bei in das offene Ende des umzuformenden Hohlkörpers eingefahrenem Stempel den Innenraum des Hohlkörpers dichtend verschließt. In der unteren Hälfte der Fig. 3 ist gestrichelt eine alternativ unmittelbar in dem Einführstück 22 vorgesehene Dichtkante 29 eingezeichnet. Der Außenmantel 30 der Führungsaufnahme 24 liegt beim Vorschieben der Dichtstempelanordnung der Innenwandung des Einlaufkanals 8 an (vgl. die Fig. 1 und 5) und gewährleistet die Führung des Dichtstempels; eine gesonderte Führungseinheit braucht nicht vorgesehen zu werden.
In der Fig. 5 ist für den Dichtstempel die Betriebsposition dargestellt, in der der Dichtkopf 212 so weit in den Innenraum des Werkstückes bzw. Hohlkörpers 14 eingedrungen ist, daß sich die Dichtkante 28 des Anschlags 23 den Innenhohlraum verschließend an die Stirnseite des Werkstückes 14 angelegt hat. Es ist dort weiterhin zu erkennen, daß der Außenmantel 30 der Führungsaufnahme 24 im Zusammenspiel mit dem Einlaufkanal 8 die Führung des Dichtkopfes 212 übernimmt und die Dichtstempelverlängerung 11 in einer Führungsbuchse 31 angeordnet ist. Einhergehend mit der durch die Umformung aufgrund des über die Hochdruckbohrung 19 in den Innenhohlraum des Werkstückes 14 eingeleiteten Druckmediums sich verkürzenden Länge des Werkstückes 14 wird die Dichtstempelanordnung in Pfeilrichtung 21 vorgeschoben.

Claims (3)

  1. Vorrichtung zur Innenhochdruck-Umformung von Hohlkörpern, umfassend ein mindestens zweiteiliges Werkzeug (1a bzw. 1b) und diesem an beiden Seiten zugeordnete Axialzylinder (10), die dazu geeignet sind, mit Dichtstempeln (111) die Enden des in den Konturraum des Werkzeugs eingelegten Hohlkörpers zu verschließen, wobei zumindest ein Dichtstempel (11) eine an eine Druckmittelquelle angeschlossene Hochdruckbohrung aufweist und wobei mindestens einer der Dichtstempel (11) mit einem von vorne lösbaren Dichtkopf (12; 112;212) versehen ist, der mindestens zweiteilig ist, aus einem voreilend angeordneten, mit einer Einlaufschräge (26) ausgebildeten Einführstück (22) sowie einer sich anschließenden Führungsaufnahme (24) besteht und einen zwischen dem Einführstück (22) und der Führungsaufnahme (24) angeordneten Anschlag (23) besitzt,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (23) eine Dichtkante (28) bereitstellt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Einführstück (22) und der Anschlag (23) gehärtet sind und die Führungsaufnahme (24) aus einem Material mit guten Zähigkeitseigenschaften und hoher Verschleißfestigkeit besteht.
  3. Vorrichtung zur Innenhochdruck-Umformung von Hohlkörpern, umfassend ein mindestens zweiteiliges Werkzeug (1a bzw. 1 b) und diesem an beiden Seiten zugeordnete Axialzylinder (10), die dazu geeignet sind, mit Dichtstempeln (111) die Enden des in den Konturraum des Werkzeugs eingelegten Hohlkörpers zu verschließen, wobei zumindest ein Dichtstempel (11) eine an eine Druckmittelquelle angeschlossene Hochdruckbohrung aufweist und wobei mindestens einer der Dichtstempel (11) mit einem von vorne lösbaren Dichtkopf (12; 112;212) versehen ist, der mindestens zweiteilig ist, aus einem voreilend angeordneten, mit einer Einlaufschräge (26) ausgebildeten Einführstück (22) sowie einer sich anschließenden Führungsaufnahme (24) besteht und einen zwischen dem Einführstück (22) und der Führungsaufnahme (24) angeordneten Anschlag (23) besitzt,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Einführstück (22) mit einer Dichtkante (29) ausgebildet ist.
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