Verfahren und Vorrichtung zum Verformen von Hohlprofilwerkstücken

Abstract

 Damit bei einer Vorrichtung zur Verformung von Hohlprofil-Werkstücken aus Metall mit einer Preßform (12), deren Innenkontur (13, 14) der zu erzeugenden Form des Werkstücks (11) entspricht, und einer Preßvorrichtung, mit der nach dem Schließen der Preßform (12) ein aus Feststoffteilen bestehendes Umformmaterial (43) in die Preßform eingebracht wird und das Werkstück (11) unter Anlegen an die Innenkontur (13, 14) der Preßform (12) verformt, eine einfachere und weniger aufwendige Konstruktion der Vorrichtung sowie kürzere Taktzeiten zu erreichen, ist vorgesehen, daß die Vorrichtung so angeordnet ist, daß die Längsachse ein Dorns (18) zur Druckerzeugung im wesentlichen nicht horizontal ausgerichtet ist, daß der Dorn (18) in einer nicht horizontal verlaufenden Richtung in das Umformmaterial (43) einpreßbar ist und daß der Dorn (18) zumindest eine Längsbohrung (44) mit wenigstens einer nach außen führenden Auslauföffnung (46) für das Umformmaterial (43) aufweist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Vorrichtung ist bekannt aus EP-A-0 616 858.

[0002] Es ist bekannt, Hohlprofil-Werkstücke umzuformen, indem die Werkstücke in eine Preßform mit einer Innenkontur eingelegt werden, die der zu erzeugenden Form des Werkstücks entspricht. Mit einem Druck erzeugenden System, beispielsweise einem Druckzylinder, wird dann Öl oder eine Wasser-Öl-Emulsion unter hohem Druck in das Werkstück eingepreßt. Bei ausreichend hohem Druck erreicht man dann durch Anlegen der Werkstoffwandung an die Innenkontur der Preßform die gewünschte Umformung. Die Verwendung flüssiger oder auch gasförmiger Druckmedien bringt jedoch Abdichtungsprobleme mit sich, weil die Hohlprofil-Werkstücke, beispielsweise Aluminium-Hohlprofile, Toleranzen haben, so daß eine ständige Anpassung des Dichtbereichs zur Preßform erforderlich ist. Flexible Dichtungen sind bei sehr hohen Drücken kaum brauchbar, insbesondere dann, wenn höhere Temperaturen auftreten. Darüber hinaus fordert der offene Umgang mit Öl auch aus umweltrechtlicher Sicht hohe Aufwendungen.

[0003] Aus der obengenannten EP-A-0 616 858 ist es bekannt, als Druckmedium, nachfolgend auch Umformmaterial genannt, Feststoffteile, beispielsweise Sand oder kleine Kugeln zu verwenden. Damit wird es möglich, die Umformung der Werkstücke bei wesentlich höheren Temperaturen als bei Verwendung von Öl durchzuführen und mit niedrigeren Drücken zu arbeiten. Bei der bekannten Vorrichtung erfolgt die Zufuhr des Umformmaterials mittels eines Druckzylinders oder auch unter Schwerkrafteinfluß, wobei das Material von der dem Dorn gegenüberliegenden Seite in das Werkstück eingeführt wird.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Vorrichtung im Hinblick auf bessere Verformungsergebnisse bei den Werkstücken sowie eine einfachere und weniger aufwendige Konstruktion der Vorrichtung sowie kürzere Taktzeiten weiterzubilden. Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben.

[0005] Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. So hat zweckmäßig das Einpreßende des Dorns die Form eines Kegels, wobei die Auslauföffnungen für das Umformmaterial dicht vor dem Kegel angeordnet sind. Sie liegen daher außerhalb des Verformungsbereichs des Werkstücks, so daß kein Verstopfen der Öffnungen auftreten kann.

[0006] Zur Verformung eines rohrförmigen Werkstücks mit Kreisquerschnitt oder auch einem anderen Querschnitt, beispielsweise ovalem Querschnitt, wird zweckmäßig zum Verschließen des Werkstücks am unteren Ende von unten ein dichtend in das Werkstück passendes stabförmiges Teil oder Stab, der auch ein am Ende verschlossenes Rohr sein kann, so weit eingeführt, daß sich das vordere Ende des stabfömigen Teils am Ende des Verformungsbereichs befindet. Das Umformmaterial erhält dadurch ein sicheres Widerlager und kann nicht aus dem Werkstück austreten. Eine andere Möglichkeit zum Verschließen eines rohrförmigen Werkstücks besteht darin, am unteren Ende von unten her einen Stab in das Werkstück einzuführen, der am oberen Ende zwischen zwei beabstandeten Platten einen abgedichtet angeordneten Kragen aus elastischem Material aufweist. Der Kragen liegt dichtend an der Innenwand des Werkstücks am Ende des Werkstück-Verformungsbereichs an. Zweckmäßig kann der Kragen über eine durch den Stab führende Bohrung oder das Innere eines rohrförmigen Stabs mittels eines Fluids aufgeweitet werden. Als Fluid verwendet man vorzugsweise Druckluft.

[0007] Um zu vermeiden, daß bei der Verformung des Werkstücks eine Wanddickenverringerung auftritt, wird mit Vorteil eine Vorrichtung zum Stauchen des Werkstücks während des Preßvorgangs vorgesehen. Das kann beispielsweise dadurch geschehen, daß das Werkstück von oben her während des Preßvorgangs in Richtung der Dornbewegung in die Form eingepreßt wird.

[0008] Das Umformmaterial ist zweckmäßig ein feinkörniger Sand.

[0009] Ein Verfahren zum Verformen von Hohlprofil-Werkstücken aus Metall ist Gegenstand des Anspruchs 8 mit seinen Unteransprüchen.

[0010] Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Es zeigen:

Fig. 1

die Schnittansicht einer Verformungseinrichtung nach der Erfindung mit eingelegtem Hohlprofil-Werkstück vor Beginn der Verformung,

Fig. 2

die Schnittansicht entsprechend Fig. 1 nach Einfüllen des Verformungsmaterials und vor Beginn der Verformung,

Fig. 3

die Schnittansicht entsprechend Fig. 1 und 2 nach teilweiser Verformung des Werkstücks,

Fig. 4

die Schnittansicht entsprechend Fig. 3 nach Zurückziehen des Dorns und Auffüllen des Verformmaterials,

Fig. 5

die Schnittansicht gemäß Fig. 4 nach vollständiger Verformung des Werkstücks und

Fig. 6

die Schnittansicht entsprechend Fig. 5 nach Zurückziehen des Dorns,

Fig. 7

die Schnittansicht entsprechend Fig. 2 nach Einfüllen des Verformungsmaterials und vor Beginn der Verformung.

[0011] Das zu verformende Werkstück, das bei dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel ein Aluminiumrohr 11 mit Kreisquerschnitt ist, liegt in einer geteilten Preßform 12 mit zwei Kavitäten 13, 14, die der zu erzeugenden Form des Werkstücks 11 entsprechen. Heizplatten oder -bänder 16 erzeugen und halten die gewünschte Preßformtemperatur, um das Werkstück 11 zu erwärmen bzw. die Temperatur des vorher erwärmten Werkstücks zu halten. Bei der Verformung von Aluminium liegt die Temperatur zweckmäßig oberhalb von 200°C. Von oben ragt ein Dorn 18 durch eine Hülse 20 und ein Drückelement 22 in das Werkstück 11 hinein. Der Dorn ist verdrehungssicher in der Hülse 20 gelagert. Weitere Führungen für den Dorn 18, beispielsweise in Form eines Führungsrohrs im Werkstück 11, sind zur Vereinfachung nicht dargestellt. Der Dorn 18 kann mittels eines nicht dargestellten Hydraulikantriebs in das Werkstück 11 hineingeführt und zurückgezogen werden. Dabei kann die Position des Dorns 18 mittels einer elektronischen Steuerung (nicht gezeigt) der Hydraulikvorrichtung genau eingestellt werden. Gleiches gilt für die Geschwindigkeit beim Vorschub des Dorns sowie beim Zurückziehen.

[0012] Die Hülse 20 und das Drückelement 22 sind in einem Gehäuse 24 mit einer Endplatte 26 verschiebbar gelagert. Dadurch kann das Werkstück 11 während des Umformens gestaucht werden, wie noch näher erläutert werden soll. Das Verschieben der Hülse 20 und damit des Druckelements 22 erfolgt ebenfalls mit Hilfe einer nicht dargestellten Hydraulikvorrichtung.

[0013] Von unten ist in das Werkstück 11 ein mit einer Bohrung 28 versehener Stab oder vorzugsweise stabförmiges Teil 30 eingeführt, der/das am oberen, zum Dorn gerichteten Ende zwei beabstandete Platten 32, 34 besitzt. Zwischen den Platten 32, 34 ist abgedichtet ein Kragen 36 aus temperaturfestem, elastischem Material angeordnet. Durch die Bohrung 28 und Querbohrungen 38 am unteren Ende sowie 40 am oberen Ende kann der Kragen 36 mit Druckluft aufgeblasen werden, so daß er sich abdichtend an die Wand des Werkstücks 11 anlegt.

[0014] Fig. 2 zeigt die Vorrichtung gemäß Fig. 1 nach dem Einfüllen eines Umformmaterials 43 in Form von Sand, der schematisch gepunktet dargestellt ist. Das Einfüllen erfolgt von einem Trichter 42 am oberen Ende des Dorns 18 durch eine zentrale Bohrung 44 des Dorns 18 und Auslauföffnungen, die in Form von Kanälen 46 von der zentralen Bohrung 44 schräg nach unten zum Außenumfang des Dorns 18 führen und dort dicht hinter einer kegeligen Spitze 48 des Dorns 18 münden. Der Raum unterhalb des Dorns wird vollständig mit Umformmaterial 43 gefüllt, wobei die Platten 32, 34 mit dem aufgeblasenen Kragen 36 das Werkstück 11 nach unten abdichten.

[0015] Fig. 3 zeigt den ersten Verformungsschritt für das Werkstück 11. Der Dorn 18 ist mit seiner kegeligen Spitze 48 in das Umformmaterial 43 eingepreßt worden und hat dabei die Werkstückwände in die Kavität 13 hineingedrückt und zur Anlage gebracht. Gleichzeitig ist mittels der Hülse 20 und des Drückelements 22 das Werkstück 11 in Richtung nach unten gestaucht worden, so daß sich im Bereich der Kavität 13 praktisch keine Verringerung der Wanddicke des Werkstücks 11 ergibt.

[0016] Fig. 4 zeigt den nächsten Bearbeitungsschritt. Der Dorn 18 ist aus seiner Position gemäß Fig. 3 nach oben zurückgeführt worden. Der dadurch entstehende freie Raum im Werkstück 11 ist mit Umformmaterial 43 ausgefüllt worden, das wiederum durch die zentrale Öffnung 44 und die Auslauföffnungen 46 zugeführt worden ist. Anschließend wird gemäß Fig. 5 der Dorn 18 wiederum nach unten gepreßt, so daß das Umformmaterial das Werkstück in die Kavität 14 preßt und dort zur Anlage bringt. Wiederum ist gleichzeitig mittels der Hülse 20 und des Drückelements 22 das Werkstück 11 gestaucht worden, um eine Verringerung der Wandstärke im Bereich der Kavität 14 zu vermeiden.

[0017] Fig. 6 zeigt den Endzustand der Vorrichtung nach Zurückziehen des Dorns 18. Der Kragen 36 ist entlüftet worden, und nach Zurückziehen des Stabes 30 kann kann das Umformmaterial 43 nach unten herausfallen. Anschließend wird die geteilte Form 12 geöffnet, und das Werkstück 11 kann entnommen werden.

[0018] Ein neues Werkstück 11 kann dann sofort eingelegt werden, und ein neuer Zyklus beginnt, nachdem alle Teile wieder in die Position gemäß Fig. 2 gebracht worden sind und neues Umformmaterial 43 eingefüllt worden ist.

[0019] Fig. 7 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, bei welcher die kegelige Spitze 48 des Dorns 18 einen flacheren Winkel aufweist. In bevorzugter Ausführung weist das Einpreßende des Dorns (18) im vorderen Endbereich einen Kegelwinkel von 15 bis 165 Grad, in besonders bevorzugter Weise einen Winkel von 90 Grad auf.

[0020] In überraschender Weise konnte der Erfinder nachweisen, daß durch die Wahl des Kegelwinkels des Einpreßendes des Dorns (18) das Nachziehen des zu verformenden Werkstücks beeinflußt wird. Hierbei stellte sich heraus, daß durch die Wahl eines spitzeren Kegelwinkels das Nachziehen des zu verformenden Werkstücks erhöht wird.

[0021] Ferner liegt es im Rahmen der Erfindung, zusätzlich zu den Auslauföffnungen, die in Form von Kanälen 46 von der zentralen Bohrung 44 schräg nach unten zum Außenumfang des Dorns 18 führen und dort dicht hinter einer kegeligen Spitze 48 des Dorns 18 münden weitere Kanäle 46 entlang der axialen Erstreckung des Dorns anzuordnen und somit zu einer schnelleren Nachführung des Umformmaterials, vor dem jeweiligen Preßvorgang zu gelangen.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Verformung von Hohlprofil-Werkstücken aus Metall mit

einer Preßform (12), deren Innenkontur (13, 14) der zu erzeugenden Form des Werkstücks (11) entspricht, und

einer Preßvorrichtung, mit der nach dem Schließen der Preßform (12) ein aus Feststoffteilen bestehendes Umformmaterial (43) in die Preßform eingebracht wird und

das Werkstück (11) unter Anlegen an die Innenkontur (13, 14) der Preßform (12) verformt, wobei die Preßform (12) einen Dorn (18) aufweist, der zur Druckerzeugung in das Umformmaterial (43) einpreßbar ist,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorrichtung so angeordnet ist, daß die Längsachse des Dorns (18) im wesentlichen nicht horizontal ausgerichtet ist,

daß der Dorn (18) in einer nicht horizontal verlaufenden Richtung in das Umformmaterial (43) einpreßbar ist und daß der Dorn (18) zumindest eine Längsbohrung (44) mit wenigstens einer nach außen führenden Auslauföffnung (46) für das Umformmaterial (43) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Einpreßende des Dorns (18) im wesentlichen die Form eines Kegels besitzt und daß Auslauföffnungen (46) dicht vor dem Kegel angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Einpreßende des Dorns (18) im vorderen Endbereich einen Kegelwinkel von 15 bis 165 Grad, vorzugsweise von 90 Grad aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß durch die Wahl des Kegelwinkels das Nachziehen des zu verformenden Werkstücks einstellbar und insbesondere durch die Wahl eines spitzeren Kegelwinkels das Nachziehen des zu verformenden Werkstücks erhöht ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4 zum Verformen eines rohrförmigen Werkstücks,
dadurch gekennzeichnet, daß zum Verschließen des Werkstücks (11) am unteren Ende von unten ein dichtend in das Werkstück passendes Teil (30) so weit eingeführt ist, daß sich dessen vorderes Ende am Ende des Werkstück-Verformungsbereichs befindet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4 zum Verformen eines rohrförmigen Werkstücks,
dadurch gekennzeichnet, daß zum Verschließen des Werkstücks (11) am unteren Ende von unten ein Teil in das Werkstück (11) eingeführt ist, der am oberen Ende ein zwischen zwei beabstandeten Platten (32, 34) abgedichtet angeordneten Kragen (36) aus elastischem Material aufweist, der dichtend an der Innenwand des Werkstücks (11) am Ende des Werkstück-Verformungsbereichs anliegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Kragen (36) über eine durch das Teil (30) führende Bohrung (28) mittels eines Fluids aufweitbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (20, 22) zum Stauchen des Werkstücks (11) während des Preßvorgangs.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Umformmaterial (43) Sand ist.

10. Verfahren zum Verformen von Hohlprofil-Werkstücken (11) aus Metall, bei dem das Werkstück in eine Preßform (12) eingelegt wird, deren Innenkontur (13, 14) der zu erzeugenden Form des Werkstücks (11) entspricht, und bei dem nach Schließen der Preßform (12) ein aus Feststoffteilen bestehendes Umformmaterial (43) in das Werkstück (11) eingeführt wird, derart, daß das Werkstück unter Anlegen an die Innenkontur (13, 14) der Preßform (12) verformt wird, wobei zur Druckerzeugung im Umformmaterial (43) ein Dorn (18) in das Umformmaterial eingepreßt wird,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorrichtung so angeordnet wird, daß die Längsachse des Dorns (18) im wesentlichen nicht horizontal ausgerichtet ist,

daß das Umformmaterial (43) unter Schwerkrafteinfluß durch den Dorn (18) in das Werkstück (11) eingeführt wird, wozu der Dorn (18) zumindest eine Längsbohrung (44) mit wenigstens einer Auslauföffnung (48) für das Umformmaterial (43) aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Dornbewegung eine Stauchbewegung des Werkstücks (11) überlagert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das Einpressen des Dorns (18) in zwei oder mehreren Schritten erfolgt und zwischen den Schritten jeweils nach Rückführen des Dorns (18) Umformmaterial (43) nachgefördert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dornbewegung und die Stauchbewegung unabhängig voneinander gesteuert werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (11) auf eine Temperatur von wenigstens 200°C erwärmt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des Werkstücks (11) wenigstens teilweise durch die Preßform (12) erfolgt.

16. Verfahren nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (11) vor dem Einlegen in die Preßform (12) und/oder das Umformmaterial vorgewärmt wird.

Zeichnung