Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen von Formteilen bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens (siehe z.B. US-A-4 829 803).
Wenn kleine Radien in Kanten- und Eckenbereichen von Werkstücken mittels Innenhochdruckumformen, also Umformen mittels Druckbeaufschlagung der Werkstücke mit hohem Flüssigkeitsdruck in geeigneten Formwerkzeugen ausgebildet werden sollen, so sind zum Ausformen dieser kleinen Radien extrem hohe Drücke in der Größenordnung von 4000 bar und mehr erforderlich. Dementsprechend werden zum Zuhalten der Werkzeugteile und/oder eines umgebenden Druckgehäuses insbesondere bei großflächigen Teilen sehr hohe Zuhaltekräfte erforderlich, die nur schwer beherrschbar sind, dies gilt insbesondere bei dem herkömmlichen Innenhochdruckumformen, bei dem das Werkzeug gleichzeitig den Druckeinschluß für die Umformung bewirkende Flüssigkeit bildet. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf mittels Innenhochdruckumformens vorgeformte Formteile und ist insbesondere Teil eines entsprechenden Verfahrens; sie kann aber auch bei anderweitig vorgeformten Formteilen eingesetzt werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mittels derer ein Nachformen von Formteilen in kritischen Kanten- und Eckenbereichen erfolgen kann.
Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem ein Nachformen vorgeformter Formteile ausschließlich in Kanten- und Eckenbereich mittels Flüssigkeitshochdruck erfolgt. Eine Vorrichtung zum Formen von Formteilen ist zur Lösung der genannten Aufgabe gekennzeichnet durch ein Formwerkzeugteil mit in seinen Kanten- und Eckenbereichen konkav ausgebildeten Expansionsräumen, die direkt oder indirekt mit Flüssigkeitshochdruck beaufschlagbar sind.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß ausschließlich an Kanten- und Eckenbereichen eines Formwerkzeugteils ausgebildete Expansionsräume mit Flüssigkeitshochdruck beaufschlagt werden, wobei insbesondere in ausgesparten Kanten- und Eckenbereichen eines Formwerkzeugteils (Formeinsatz) an Bereichen des zu verformenden Formteils anliegende, geschlossene Expansionselemente mit Flüssigkeitshochdruck beaufschlagt werden. Die Expansionsräume des entsprechenden Werkzeugteils, das ein Formeinsatz, oder aber auch ein Werkzeugunter- oder -oberteil sein kann, soweit an einem solchen durch konvexe Matrizenausbildungen eines solchen diesen zugewandte konkave Bereiche des Werkstücks'oder Formteils ausgebildet werden, können direkt mit Flüssigkeitshochdruck beaufschlagt werden. Durch das dichte Anliegen eines das Werkstück oder Formteil zwischen sich einschließenden Werkzeugteils und beispielsweise eines Formeinsatzes in ebenen Bereichen oder Bereichen mit vorgesehenen großen Radien, kann, zumindest soweit kleine Radien nicht in Randbereichen des Werkstücks ausgebildet werden bis zu den Schließrändern Werkzeugteile und insbesondere wenn diese von einem separaten Druckgehäuse umgeben sind, ein hinreichender Druckabfall erreicht werden. Vorzugsweise werden aber, wie ausgeführt, separate Expansionselemente vorgesehen, die in weiterer bevorzugter Ausgestaltung aus Schläuchen bestehen können und deren Material vorzugsweise Polymer oder elastisch oder plastisch verformbares Metall ist, wobei im letztgenannten Falle die Expansionselemente verlorene Elemente sind.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung können in Kantenund Eckenbereichen eines vorgeformten Werkstücks oder vorgeformten Formteils lokal Radien unter Flüssigkeitshochdruck nachgeformt werden. Durch die geringe Projektionsfläche bei Flüssigkeitsdruckbeaufschlagung lediglich in Kanten- und Eckenbereichen, wobei die Querabmessungen der beaufschlagten Flächen lediglich wenige Millimeter betragen, kann mit geringen Kräften, insbesondere geringen Preß- und Schließkräften gearbeitet werden. Dadurch, daß die mit unter Hochdruck stehender Flüssigkeit zu füllenden Expansionsräume gegenüber den üblicherweise beim Innenhochdruckumformen zu verfüllenden Räume sehr klein sind, ist ein schnelles Befüllen der genannten Expansionsräume in den Kanten- und Eckenbereichen möglich, so daß kurze Prozeßzeiten für das erfindungsgemäße Nachformen erreicht werden können.
Die Erfindung ist insbesondere einsetzbar bei einem Werkzeug zum Innenhochdruckumformen mit einem zwischen Werkzeugunter- und -oberteil vorgesehenen Distanzring, wobei zumindest in einem der genannten Werkzeugteile und letzteren ein Werkstück geformt wird und wobei die Flüssigkeitszuleitung zum Verformen des Werkstücks durch den Distanzring erfolgt, wie dies in der parallelen Patentanmeldung "Verfahren und Vorrichtung zum hydraulischen Umformen eines Werkstücks" der Anmelderin beschrieben ist, deren Inhalt vollständig zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht wird. In diesem Falle wird der Distanzring nach dem Vorformen des Werkstücks entfernt und ein in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildeter Formeinsatz in dem Werkzeug positioniert, wobei Werkzeugunter- und -oberteil aus der ersten Innenhochdruck-Umformphase ohne Veränderung für das Nachformen verwendet werden können. Der Formeinsatz ist dabei ein vollständiger oder teilweiser Formspeicher der Blechformteilendgeometrie, der in den nachzuformenden bzw. kalibrierenden Kanten- und Eckenbereichen ggf. die genannten Expansionselemente aufweist. Das Ausdehnen der Expansionselemente wird durch den Formschluß des Einsatzes, d.h. die die Expansionselemente aufnehmenden Expansionsräume begrenzenden und als Wiederlager wirkenden Wandungen des Einsatzes begrenzt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen einzeln erläutert ist. Dabei zeigt:
Die Figur 1 zeigt ein Werkzeug-Unterteil eines Formwerkzeugs zum Formen von Werkstücken mittels Flüssigkeitshochdruck, das auf der konkaven Seite des dargestellten Werkstücks 2 eingewirkt hat. Das dargestellte Werkstück 2 kann dabei zusammen mit einem anderen Werkstück gleicher oder anderer Formgestaltung, das in die Matrizenausformung eines Werkzeugoberteils eingedrückt wurde, in dem der Hochdruck zwischen den beiden Werkstücken ausgeübt wurde, gebildet sein, gemäß dem Vorgehen nach der DE 197 28 276 oder DE 195 35 870, wobei zwischen beiden Werkstücken ggf. auch ein Distanzring, durch den der Befülldruck geleitet wird, sein kann. Alternativ kann das Werkstück 2 auch alleine geformt worden sein, wobei ein Werkzeug-Oberteil notwendig ist, dieses aber beliebige Formgebung aufweisen kann. Vorzugsweise erfolgte die Formung, wenn mit hydraulischem Hochdruck gearbeitet wird, in einem, vom Werkzeug separaten, dieses umgebende, geschlossenen Druckgehäuses. Die Erfindung sieht nun das separate Nachformen der insbesondere konkaven Kanten 3, 4, 5 des Werkstücks (2) vor. Hierzu ist ein Werkzeugeinsatz 6 vorgesehen, der über den größten Teil seines am Werkstück 2 anliegenden Umfangs der Matrizenausformung des Werkzeugteils, hier des Werkzeug-Unterteils folgt, aber den Kanten- und Eckenbereichen 7 konkave Expansionsausnehmungen 8 aufweist, in die Druckleitungen münden. In der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform sind hierzu in den Expansionsräumen 8 geschlossene Expansionselemente 9 eingelegt, die beispielsweise aus Schläuchen bestehen können und vorzugsweise aus hochbelastbarem, flexiblem, elastischem Polymerwerkstoff bestehen. Die Expansionselemente 9 können aber je nach Komplexität der Kanten und der Größe des Umformgrades der nachzuformenden Bereiche auch verformbare Metallschläuche oder Rohre sein, die entweder lediglich in ihrem Elastizitätsbereich verformt werden - der Querschnittsdurchmesser der Expansionselemente 9 kann durchaus gering sein - oder aber bei plastischer Verformung auch verlorene Expansionselemente sein können.
Die Expansionselemente 9 sind an einer in das Werkzeug zum Einsatz 8 führenden Flüssigkeits-Hochdruckleitung angeschlossen, wobei die Druckerzeugung in der beim Innenhochdruckumformen üblichen Weise erfolgt.
Wenn, wie zu Beginn der Figurenbeschreibung gesagt, das Werkzeug-Unterteil 1 ein Teil eines Innenhochdruck-Umformwerkzeugs ist, so wird nach dem Vorformen des Werkstücks 2 durch Innenhochdruckumformen das Werkzeug und ggf. das umgebende separate Druckgehäuse geöffnet, wobei, soweit dabei zwei Werkstücke umgeformt wurden, das obere Formteil mit angehoben wird. Sodann wird der Formeinsatz 6 eingesetzt bzw. zwischen die beiden Formenteile und demgemäß die beiden Werkzeugteile eingeschwenkt, wie dies in der Figur 2 dargestellt ist. Anschließend wird das Werkzeug und ein ggf.umgebendes Druckgehäuse wieder geschlossen. Sodann wird Flüssigkeit unter Hochdruck in die Expansionsräume 8, genauer bei dargestellten Ausführungsbeispiel in die Expansionselemente 9 eingebracht. Diese dehnen sich dann in ihrem nicht vom Formeinsatz 6 abgestützten Bereich gegen die an ihnen anliegenden Kantenbereiche 3, 4, 5 des Werkstücks 2 aus und drücken diese in die Kanten und Ecken des Werkzeugteils, hier des Werkzeug-Unterteils 1. Hierdurch werden die Krümmungsradien in den Kanten- und Eckenbereichen des Werkstücks 2, die gemäß der Darstellung der Figur 1 zunächst relativ groß sind, wesentlich verkleinert und nähern sich den Krümmungsradien des in den Kanten- und Eckenbereichen der Matrize des Werkzeugteils an.
Nach Nachformen der Kanten und Ecken 3 bis 5 kann das Werkzeug (mit evtl. dem Druckgehäuse) wieder geöffnet und das fertiggeformte Werkstück 2 aus dem Werkzeugteil (hier Werkzeug-Unterteil) entnommen werden.
Grundsätzlich kann das Nachformen der Kanten und Ecken 3 bis 5 eines vorgeformten Werkstücks 2 auch in einem von dem Vorformwerkzeug separaten Nachformwerkzeug mit dem Werkzeug-Unterteil 1 und dem Formeinsatz 6 erfolgen. In diesem Falle wird in das leere Werkzeug (Werkzeug-Unterteil 1) das vorgeformte Werkstück 1 eingelegt. Anschließend wird der Formeinsatz 6 eingefahren. In diesem Falle ist ein separates Werkzeug-Oberteil nicht mehr erforderlich und soweit mit geschlossenen Expansionselementen 9 gearbeitet wird, auch kein separates Druckgehäuse.
Während in den Figuren 1 und 2 die Festlegung der Expansionselemente 9 am Formwerkzeugteil bzw. Formeinsatz 6 nicht näher dargestellt und die Expansionselemente grundsätzlich auch wie ersichtlich in den vorhandenen Ausnehmungen des Formeinsatzes 6 eingelegt sein können, zeigen die Ausgestaltungen der Figuren 3 bis 6 Maßnahmen zur Festlegung der Expansionselemente an einem Formwerkzeugteil bzw. Formeinsatz 6. Bei der Ausgestaltung der Figur 3 weist der Formeinsatz 6 eine im Querschnitt teilkreisförmige Nut 11 mit Hinterschneidungen 12, 13 auf, in die das im Querschnitt als "8" ausgebildete Expansionselement mit seinem oberen Teil (in der Zeichnung) formschlüssig eingelegt ist, sind zwei mit Druck beaufschlagbare Hohlräume 14, 15 vorgesehen, die durch einen Steg 16 getrennt sind. Der Hohlraum 15 könnte auch mit vollelastischem Material ausgebildet sein. Alternativ kann der Steg 16 entfallen, so daß die Hohlräume 14, 15 ineinander übergehen.
Bei der Ausgestaltung der Figur 4 ist zur Aufnahme eines Teils des Expansionselements 9 ebenfalls eine Nut 11 mit Hinterschneidungen 12, 13 vorgesehen, in die in Einsetzrichtung konisch abgeschrägte Nasen 17 eines Haltebereichs des Expansionselements 9 der formschlüssigen Festlegung eingreifen.
Bei der Ausgestaltung der Figur 5 weist das Expansionselement 9 seitliche Laschen 19 auf, die durch mittels Schrauben 21 am Formeinsatz 6 festgelegte Halteplatten 22 überdeckt sind, so daß durch diese und die die Laschen 19 durchgreifenden Schrauben 21 ebenfalls eine formschlüssige Festlegung des Expansionselements 9 am Formeinsatz 6 erfolgt.
Bei der Ausgestaltung der Figur 6 ist die Nut 11 ohne Hinterschneidung ausgebildet. Das Expansionselement ist mittels Klebstoff 23 am Boden der Nut festgeklebt und wird hierdurch kraftschlüssig gehalten. Statt eines ebenen Bodens könnte dieser selbstverständlich auch teilkreisförmig ausgebildet sein. Auch eine Kombination der Befestigungstechniken der Figuren 3 bis 5 einerseits (formschlüssig) und der Figur 6 andererseits (kraftschlüssig) kann vorgesehen sein.