VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES UMFÄNGLICH GESCHLOSSENEN HOHLPROFILS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines umfänglich geschlossenen Hohlprofils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der WO 98/43758 A1 bekannt. Hierbei wird ein Hohlprofilrohling gleichförmigen Querschnitts in ein Innenhochdruckumformwerkzeug eingelegt, dessen Gravur einen bzgl. des Rohlings im Bereich zwischen dessen Enden reduzierten Querschnitt aufweist. Dadurch wird der eingelegte Hohlprofilrohling während des Schließvorganges des Umformwerkzeugs in diesem Bereich gequetscht. Der dadurch bedingte Einzug des Hohlprofilrohlings äußert sich jedoch in einer Schiefstellung bzw. einer Verformung des zu Beginn des Herstellungsverfahrens geradlinig verlaufenden und mit der Stirnfläche senkrecht zur Längserstreckung des Rohlings stehenden Endes des Rohlings. Aufgrund der durch das Quetschen veränderten Endenkontur und der Verkippung der Stirnfläche können die mit einem konischen Dichtbereich versehenen, an den Rohlingsenden anschließend andockenden Axialstempel nur unzureichend gegenüber dem später zu erzeugenden Innenhochdruck den Rohling abdichten. Dies hat zur Folge, dass der später stattfindende Aufweitvorgang des Rohlings mittels des fluidischen Innenhochdrucks nicht völlig prozesssicher ist und damit das Hohlprofil nicht wie gewünscht hergestellt werden kann.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren dahingehend weiterzubilden, dass auch bei starken Quetschverformungen des Hohlprofilrohlings, die sich beim Schließen des Umformwerkzeuges ergeben, eine prozesssichere Herstellung des Hohlprofils ermöglicht wird.

[0004] Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

[0005] Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass durch einen gezielten Zuschnitt der Rohlingsenden die beim Quetschen des Rohlings auftretenden Verformungen kompensiert werden können. Durch das erfindungsgemäße Beschneiden der Rohlingsenden wird erreicht, dass nach dem Quetschen und bei völlig geschlossenem Umformwerkzeug die Stirnflächen der Enden eben sind und weitestgehend senkrecht zur Längserstreckung des Rohlings ausgerichtet sind. Infolge der erreichten Stellung der Rohlingsenden können die Axialstempel an diesen Enden andocken, als ob der Rohling unbeschnitten und vorher keiner Quetschung unterzogen worden wäre. Somit können die Axialstempel den Rohling beiderends ausreichend gegenüber dem noch zu erzeugenden Innenhochdruck abdichten, wodurch eine prozesssichere Herstellung des Hohlprofils ermöglicht wird. Zusätzlich wird durch die Erfindung eine spanabhebende Kollision der Axialstempel und des ansonsten mit gekippten Stirnflächen versehenen Rohlings vermieden, wobei die dabei entstehenden Späne und Fähnchen in aufwendiger Weise während eines Nacharbeitsgangs nach Entnahme des fertiggeformten Hohlprofils entfernt werden müssten. Dieses Entfernen ist zumeist verbunden mit einem Abtrennen der Abdichtabschnitte der Rohlingsenden, so dass aufgrund der Erfindung eine derartige Beschnittoperation entfallen kann, wobei neben der Arbeitsersparnis aufwendig zu entsorgender Materialabfall eingespart werden kann. Auch ist das Vorabeinplanen einer verlorenen Zusatzlänge des Rohlings nicht mehr vonnöten, wodurch aufgrund der kürzeren Länge des Rohlings die bei der anschließenden Aufweitung des Rohlings mittels Innenhochdruck zu überwindende Reibung zwischen Rohling und Umformwerkzeug erheblich verringert wird.

[0006] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 2 erfolgt der Beschnitt der Enden des Rohlings so, dass die Stirnflächen der Enden zur in Quetschrichtung liegenden quer zur Längsachse des Rohlings verlaufenden Mittenachse angeschrägt werden. Diese Beschnittform resultiert aus der zusätzlichen Erkenntnis, dass die durch das Quetschen in Abhängigkeit von der Quetschrichtung entstehenden Deformationen des Rohlings zu einer Schiefstellung des Rohrendenquerschnitts und damit der Stirnfläche zur besagten Achse führen, so dass die Rohrenden im Sinne der Erfindung in Gegenrichtung angeschrägt werden. Bei der erwähnten Schiefstellung des Querschnittes überragt in axialer Richtung ein oberer Umfangsbereich des Rohrendes dessen unteren Umfangsbereich.

[0007] In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 werden die Rohlingsenden derart beschnitten, dass deren Stirnflächen parallel zueinander angeordnet verbleiben. Im Falle, dass nach erfolgter Quetschung die Endbereiche des Hohlprofilrohlings höhenversetzt zueinander zu liegen kommen, ist die Stirnfläche des einen unbeschnittenen Endes nach oben gekippt, so dass der untere Umfangsbereich axial den oberen Umfangsbereich des Endes überragt, und die Stirnfläche des anderen unbeschnittenen Endes nach unten gekippt, wobei in axialer Richtung der obere Umfangsbereich des Endes den unteren Umfangsbereich überragt. Der Rohling kann daher vor dem Quetschvorgang an beiden Enden unter gleichem Winkel in Gegenrichtung der Kippung beschnitten werden. Die daraus herrührende Gleichartigkeit des Beschnittes stellt dabei eine Arbeitserleichterung des Schneidverfahrens dar. Gleiches gilt im übrigen für einen Seitenversatz der Enden nach erfolgter Quetschung.

[0008] Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung stellt gemäß Anspruch 4 die spezielle Bestimmung des Anschrägungswinkels des Beschnittes dar, der in einem Bereich zwischen 6° und 10°, vorzugsweise 8°, liegt. Hierzu hat sich in Untersuchungen praktischer und theoretischer Art herausgestellt, dass die Verkippung der Stirnflächen, die durch die quetschende Deformation hervorgerufen wird, nahezu immer in diesem Winkelbereich liegt, so dass in Gegenrichtung ein ebenso großer Anschrägungswinkel der Stirnfläche des Endes beim Beschnitt vorgesehen werden muss.

[0009] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 5 wird vor dem Beschneiden der Enden, die durch den späteren Quetschvorgang real auftretende Endendeformation in einer Computersimulation, insbesondere einer Finite-Elemente-Simulation ermittelt und dann daraus zur Kompensation der Deformation präzise eine optimale Beschneidungskontur und einen optimalen Anschrägungswinkel des zu erfolgenden Beschnitts errechnet. Hierdurch kann mit relativ geringem Aufwand ohne Inanspruchnahme von vielzähligen, mühseligen, empirischen Untersuchungen der für jedes Bauteil und für jede Art der Quetschung geeignete Anschrägungswinkel und Beschneidungskontur individuell ermittelt werden.

[0010] Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt gemäß Anspruch 6 der Beschnitt der Enden zweidimensional. Dabei wird zwar die exakte Raumkontur des Rohlingsendes nicht erfasst, jedoch ist ein derartiger Beschnitt besonders verfahrensökonomisch und schnell ausführbar.

[0011] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß Anspruch 7 erfolgt der Beschnitt der Enden in einem dreidimensionalen Konturenschnitt. Dies kann beispielsweise mittels eines Schneidlasers erfolgen und bietet den axial andockenden Axialstempel die denkbar beste Anbindungsfläche, so dass eine optimale Abdichtung mittels der Stempel erreicht wird.

[0012] Im Folgenden ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1

in einem seitlichen Halbschnitt einen beidseitig erfindungsgemäß beschnittenen Hohlprofilrohling in einem geöffneten Umformwerkzeug,

Fig. 2

in einem seitlichen Halbschnitt den Hohlprofilrohling aus Figur 1 nach erfolgtem Quetschvorgang bei geschlossenem Innenhochdruckumformwerkzeug.

[0013] In Figur 1 ist ein Innenhochdruckumformwerkzeug 1 dargestellt, welches aus einem Oberteil 2 und einem Unterteil 3 besteht. Die Werkzeuggravur 4, die von beiden Werkzeugteilen 2 und 3 gebildet wird und einen Formraum für einen in das Werkzeug 1 eingelegten und umzuformenden Hohlprofilrohling 5 begrenzt, ist derart gestaltet, dass ein Ende 6 der Gravur 4 zum anderen Ende 7 höhenversetzt angeordnet ist. Diese beiden Enden 6 und 7 der Gravur 4 weisen im geschlossenen Umformwerkzeug 1 gemäß Figur 2 in etwa den gleichen Durchmesser auf wie der eingelegte Hohlprofilrohling 5. In einem Mittenbereich 8, der die beiden Enden 6 und 7 miteinander verbindet, ist die Gravur 4 erheblich querschnittsverengt.

[0014] Der Hohlprofilrohling 5 weist seinerseits an seinen beiden Enden 9 und 10 eine in Richtung der Längsachse 11 des Hohlprofilrohlings 5 geneigte Stirnfläche 12 bzw. 13 auf. Während ein oberer Umfangsbereich der Stirnfläche 12 deren unteren Umfangsbereich 15 in axialer Richtung überragt, überragt ein unterer Umfangsbereich der Stirnfläche 13 deren oberen Umfangsbereich 17 in axialer Richtung. Der Hohlprofilrohling 5, bei dem die Stirnflächen 12 und 13 seiner Enden 9 und 10 parallel zueinander angeordnet sind, befindet sich vollständig innerhalb der Gravur 4 des Umformwerkzeuges 1. Der Anschrägungswinkel α der Stirnfläche 12 bzw. 13 zur Mittenhochachse 18 beträgt 8°.

[0015] Zur Herstellung des Hohlprofils werden zuerst die Enden 9 und 10 des Rohlings 5 so beschnitten, dass sich angeschrägte Stirnflächen 12 und 13 ergeben, wobei diese möglichst zur in Quetschrichtung liegenden Achse angeschrägt sein sollen, um ein optimales Deformationsergebnis, das aus dem Quetschvorgang hervorgeht, zu erhalten und um damit ein sauberes Abdichten der später zur Innenhochdruckumformung andockenden Axialstempel zu sichern. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt der Beschnitt der Rohlingsenden 9 und 10 derart, dass deren Stirnflächen 12 und 13 parallel zueinander verbleiben. Um den gewünschten Beschnitt zu ermöglichen, wird vor dem Beschneidungsvorgang die durch den späteren Quetschvorgang hervorgerufene Deformation der Enden 9 und 10 in einer Finite-Elemente-Computersimulation ermittelt und dann daraus die geeignete Beschneidungskontur und der geeignete Anschrägungswinkel α errechnet. Der so beschnittene Hohlprofilrohling 5 wird nun in die Gravur 4 des Umformwerkzeuges 1 eingelegt, wonach dieses geschlossen wird. Aufgrund des die Gravur 4 verengenden Mittenbereichs 8 erfolgt im Schließvorgang des Umformwerkzeuges 1 durch das Aufeinanderzufahren des Oberteils 2 und des Unterteils 3 eine Quetschung des Hohlprofilrohlings 5. Die mittige Quetschung 19, die aus Figur 2 zu erkennen ist, welche das Umformwerkzeug 1 in seinem geschlossenen Zustand darstellt, wirkt sich auf die Enden 9 und 10 des Hohlprofilrohlings 5 derart aus, dass die Stirnflächen 12 und 13 des Rohlings 5 senkrecht zu seiner Längserstreckung stehen. Alsdann werden die Axialstempel an die Enden 9 und 10 des Hohlprofilrohlings 5 herangefahren und dichten diesen mit einem konischen Dichtbereich ab. Über die Axialstempel wird nun in den Hohlprofilrohling 5 ein Druckfluid eingeleitet und unter Hochdruck gesetzt. Aufgrund des bestehenden Innenhochdruckes wird der Hohlprofilrohling 5 aufgeweitet, wobei er sich vollständig an der Gravur 4 des Umformwerkzeuges 1 anlegt. Das Druckfluid wird nun entspannt und aus dem nun fertiggeformten Hohlprofil herausgeleitet, wonach die Axialstempel von dem Umformwerkzeug 1 zurückgefahren werden. Schließlich wird dieses geöffnet und das Hohlprofil aus der Gravur 4 entnommen.

[0016] Im Übrigen sei an dieser Stelle betont, dass während der Innenhochdruckumformung mittels der Axialstempel Rohlingsmaterial axial nachgeschoben werden kann. Die Erfindung bringt hierfür den bedeutenden Vorteil, dass durch die Geradestellung der Stirnflächen 12,13 eine homogene Krafteinleitung der Axialstempel in den auszubauchenden Umformbereich des Innenhochdruckumformprozesses ermöglicht wird, was infolge der darauf beruhenden Vermeidung von unerwünschten Faltenbildungen und Materialverdickungen außerordentlich zur Prozesssicherheit des Umformprozesses beiträgt.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines umfänglich geschlossenen Hohlprofils mittels Innenhochdruckumformen, wobei ein hohler länglicher Rohling in ein InnenhochdruckUmformwerkzeug eingelegt wird, wobei im Schließvorgang des Umformwerkzeuges der nach dem Einlegen vollständig innerhalb des Umformwerkzeuges befindliche Rohling in einem zwischen seinen Enden liegenden Bereich gequetscht wird, wonach der gequetschte Rohling mittels fluidischen Innenhochdruckes in die Endform des Hohlprofils aufgeweitet wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Enden (9,10) des Rohlings (5) vor dem Quetschvorgang unter Bildung jeweils einer angeschrägten Stirnfläche (12,13) beschnitten werden, und dass die Beschnittkontur der Enden (9,10) und der Anschrägungswinkel (α) derart gewählt werden, dass die Enden (9,10) mittels des Quetschvorganges so deformiert werden, dass deren Stirnflächen (12,13) eine im wesentlichen ebene Form aufweisen und eine Lage einnehmen, die weitestgehend senkrecht zur Längserstreckung des Rohlings (5) ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Beschnitt so erfolgt, dass die Stirnflächen (12,13) der Enden (9,10) zur in Quetschrichtung liegenden quer zur Längsachse (11) des Rohlings (5) verlaufenden Mittenachse (18) angeschrägt werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rohlingsenden (9,10) derart beschnitten werden, dass deren Stirnflächen (12,13) parallel zueinander angeordnet verbleiben.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Anschrägungswinkel (α) in einem Bereich zwischen 6 und 10°, vorzugsweise 8° liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass vor dem Beschneiden der Enden (9,10) die durch den späteren Quetschvorgang auftretende Endendeformation in einer Computersimulation ermittelt und dann daraus zur Kompensation der Deformation eine Beschneidungskontur und ein Anschrägungswinkel (α) des zu erfolgenden Beschnitts errechnet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Beschnitt der Enden (9,10) zweidimensional erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Beschnitt der Enden (9,10) in einem dreidimensionalen Konturenschnitt erfolgt.

Claims

1. A method for producing a peripherally closed hollow profiled element by means of internal high-pressure forming, a hollow elongated blank being inserted into an internal high-pressure forming tool, the blank located completely inside the forming tool after the insertion being compressed in a region lying between its ends during the closing operation of the forming tool, after which the compressed blank is expanded into the final shape of the hollow profiled element by means of fluidic internal high pressure, characterized in that the ends (9, 10) of the blank (5) are trimmed before the compression operation, with a respective beveled front face (12, 13) being formed, and in that the trimming contour of the ends (9, 10) and the beveling angle (α) are selected in such a way that the ends (9, 10) are deformed by means of the compression operation in such a way that their front faces (12, 13) have an essentially plane form and assume a position which is as perpendicular as possible to the longitudinal extent of the blank (5).

2. The method as claimed in claim 1, characterized in that the trimming is effected in such a way that the front faces (12, 13) of the ends (9, 10) are beveled relative to the center axis (18) lying in the compression direction and running transversely to the longitudinal axis (11) of the blank (5).

3. The method as claimed in either of claims 1 and 2, characterized in that the blank ends (9, 10) are trimmed in such a way that their front faces (12, 13) remain arranged parallel to one another.

4. The method as claimed in one of claims 1 to 3, characterized in that the beveling angle (α) lies within a range of between 6° and 10°, preferably 8°.

5. The method as claimed in one of claims 1 to 4, characterized in that the end deformation occurring due to the subsequent compression operation is determined by a computer simulation before the trimming of the ends (9, 10) and then a trimming contour and a beveling angle (α) of the trimming to be effected is calculated therefrom for compensating for the deformation.

6. The method as claimed in one of claims 1 to 5, characterized in that the trimming of the ends (9, 10) is effected two-dimensionally.

7. The method as claimed in one of claims 1 to 5, characterized in that the trimming of the ends (9, 10) is effected by a three-dimensional contour cut.

Revendications

1. Procédé de fabrication d'un profilé creux fermé tout autour au moyen d'un formage à haute pression interne, une ébauche creuse de forme allongée étant introduite dans un outil de formage à haute pression interne, l'ébauche se trouvant complètement à l'intérieur de l'outil de formage après son insertion étant écrasée en une région située entre ses extrémités au cours de l'opération de fermeture de l'outil de formage, l'ébauche écrasée étant ensuite élargie au moyen d'une haute pression interne fluidique pour fournir la forme définitive du profilé creux,
caractérisé en ce que
les extrémités (9, 10) de l'ébauche (5) sont découpées avant l'opération d'écrasement en formant à chaque fois une face frontale biseautée (12, 13), et en ce que le contour de la découpe des extrémités (9, 10) et l'angle de biseautage (α) sont choisis tels que les extrémités (9, 10) soient déformées au moyen de l'opération d'écrasement de telle sorte que leurs faces frontales (12, 13) présentent une forme substantiellement plane et adoptent une position qui est essentiellement perpendiculaire à l'étendue longitudinale de l'ébauche (5).

2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
la découpe s'effectue de telle sorte que les faces frontales (12, 13) des extrémités (9, 10) soient biseautées en direction de l'axe médian (18) s'étendant dans la direction d'écrasement transversalement à l'axe longitudinal (11) de l'ébauche (5).

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2,
caractérisé en ce que
les extrémités (9, 10) de l'ébauche sont découpées de telle sorte que leurs faces frontales (12, 13) restent disposées parallèlement l'une à l'autre.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que
l'angle de biseautage (α) est situé dans une plage comprise entre 6 et 10°, de préférence vaut 8°.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que,
avant la découpé des extrémités (9, 10), la déformation des extrémités se produisant sous l'effet de l'opération d'écrasement subséquente est déterminée par une simulation informatique puis l'on en déduit par calcul un contour de découpe et un angle de biseautage (α) de la découpe à effectuer, permettant de compenser la déformation.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que
la découpe des extrémités (9, 10) s'effectue de manière bidimensionnelle.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que
la découpe des extrémités (9, 10) s'effectue suivant une coupe de contour tridimensionnelle.

Zeichnung