Verfahren zum Verformen von Werkstücken

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

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[0002] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verformen von Werkstücken gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit dem allgemein Hohlkörper wie beispielsweise Rohre durch Aufbringen eines Innendruckes aufgeweitet bzw. in eine gewünschte Kontur verformt werden können. Mittels eines solchen Verfahrens können Werkstücke, die beispielsweise eine komplexe geometrische Form haben, vergestellt werden.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

[0003] Zur Herstellung von Werkstücken mit komplexeren Konturen wie beispielsweise Hohlkörper mit Ausbuchtungen oder Hinterschneidungen ist seit längeren das sogenannte Innenhochdruck-Umformverfahren bekannt. Dabei wird das zu verformende Werkstück in eine Werkzeugform eingelegt, die die Kontur des herzustellenden Werkstücks als Gravur bzw. Negativform enthält. Daraufhin wird das Werkzeug durch eine hydraulische Presse geschlossen und zugehalten. Dichtstempel, die an hydraulischen Axialzylindern angebracht sind, verschließen die Vorrohrenden. Durch einen der Dichtstempel hindurch wird Wasser in ein Vorrohr gefüllt und über eine Druckpumpe ein Innendruck in dem Vorrohr aufgebaut. Durch Erhöhen des Druckes über die Druckpumpe wird das Vorrohr aufgeweitet. Gleichzeitig schieben die Dichtstempel die Rohrenden nach, wodurch Werkstoff in die Umformzone fließt. Eine gezielte Regelung des Innendruckes und der Dichtstempelbewegung bewirkt, dass sich der Werkstoff an die Werkzeugkontur anlegt und damit das Fertigteil seine entgültige Form erhält. Dieses Innenhochdruck-Umformverfahren ist beispielsweise in der DE 195 30 055 A1, EP 0 906 800A1, DE 100 56 610 A1 und der DE 102 11 087 A1 beschrieben.

[0004] Bei diesen üblichen Innenhochdruck-Umformverfahren wird der Umformdruck über hydraulische Pumpen erzeugt werden. Diese hydraulische Pumpen erreichen jedoch lediglich Umformdrücke bis zu einem begrenzten Wert. Durch den begrenzten Umformdruck können mit diesem Verfahren viele geometrische Formen und Wandstärken bisher nicht oder nur sehr zeitaufwendig erzeugt werden. Werkstücke mit größeren Wandstärken, die möglicherweise zudem aus einem verformungsfesteren Material bestehen, lassen sich mit diesen bekannten Verfahren, wenn überhaupt, nur bedingt herstellen. Aufgrund der begrenzten Drücke können mit diesen bekannten Verfahrensweisen zudem auch nur relativ geringe Umformungen in Werkstücken erreicht werden.

[0005] Ferner sind die bisherigen Vorrichtungen für das Innenhochdruck-Umformverfahren sehr aufwändig und komplex ausgebildet, um die nötige Dichtigkeit in dem Werkstück zu gewährleisten. Dadurch ist zum einen die Anlagentechnik kostenintensiv, zum anderen entstehen lange Taktzeiten durch den aufwändigen Wechsel der Werkstücke.

[0006] Die US 2,770,874 offenbart ein Umformverfahren, bei dem zwei zueinander bewegliche Stempel hydraulisch oder auf andere Weise gegen ein im Werkstück befindliches plastisches Medium gedrückt werden. Als Medium kommt hier allerdings ein sehr spezielles zum Einsatz, nämlich geschmolzenes Aluminium. Dadurch, dass das geschmolzene Aluminium am Randbereich wieder erstarrt, soll eine Abdichtung gegenüber dem Stempel und dem Werkzeug erzielt werden. Aufgrund der Tatsache, dass dieses hieraus bekannte Umformverfahren nur mit geschmolzenem Aluminium, das zur Dichtung erstarrt, funktioniert, ist es mit einem Umformverfahren, bei dem als Medium zur Erzeugung eines Umformdruckes Wasser, Öl, Kunststoff oder eine Mischung hiervon verwendet wird, nicht vergleichbar.

[0007] In der US 5,445, 001 ist ein Umformverfahren offenbart, bei dem ein Rohr durch Erhöhen des Innendrucks in einer Matrize verformt wird. Die Art, wie der Druck erzeugt wird, ist allerdings nicht näher erläutert. Es wird nur allgemein auf übliche Verfahren verwiesen, so dass offensichtlich ist, dass diese Druckschrift lediglich den zuvor erläuterten Stand der Technik widerspiegelt

[0008] Die BP 0 760 264 A1 zeigt eine Vorrichtung zur hydraulischen Umformung von rohrförmigen Bauteilen, jedoch ist hierin eine äußerst spezielle Ausgestaltung mit einem Abdichtdorn und einem Stempel beschrieben, die allerdings nicht zur unmittelbaren Aufbringung einer Druckkraft direkt auf das Medium geeignet ist. Wie aus der einzigen Figur und der zugehörigen Beschreibung entnommen werden kann, ist hier der Abdichtdorn so angeordnet, dass er an ein Ende des zu verformenden Rohrsstücks einmündet und dort an einer konischen Fläche eine Abdichtung leitet. Der Abdichtdom ist allerdings hohl ausgebildet und über einen Kanal mit einem Stempel gekoppelt, der durch Verschieben mittels Pressendruck in dem Abdichtdom und damit im Werkstück einen Druck aufoaut. Dadurch ist der Aufbau des Werkzeugs und der Umformvorrichtung relativ kompliziert und teuer zu fertigen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0009] Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende technische Problem besteht darin, eine Verfahrensweise bereitzustellen, die eine bessere Umformung von Werkstücken ermöglichen.

[0010] Die JP-A-0 712 42 69 zeigt eine Umformvorrichtung, die aus mehreren Matrizenteilen besteht. In diesen Matrizenteilen ist ein Hohlraum ausgebildet, der die gewünschte Außenkontur des zu verformenden Werkstücks aufweist. Das hohle Werkstück, das zu verformen ist, wird mit Öl, Gummi oder dergleichen gefüllt. Ein Stempel wird durch eine Öffnung in dem hohlen Werkstück eingerührt und übt einen Druck auf das darin befindliche Öl, Gummi oder dergleichen aus, so dass die gewünschte Formgebung in der Matrize erfolgt. Der Stempel übt unmittelbar Druck auf das in dem zu verformenden Hohlkörper befindliche Medium wie Öl, Gummi oder dergleichen aus. Die Abdichtung zwischen Stempel und Werkstück ist weder ersichtlich noch erläutert.

[0011] Bei dem in der EP-A-0 740 969 offenbarten Verfahren wird das Innere eines umzuformenden Hohlkörpers hydraulischem Druck ausgesetzt. Während des Expandierens wird auch an seiner Außenseite ein hydraulischer Druck ausgeübt, wobei der Druck im Inneren des Hohlkörpers größer ist als der Druck an seiner Außenseite. Der äußere Druck beträgt mindestens 500 bar. Überdies ist ein beweglicher Stempel bzw. Kolben in einem extra Halteteil geführt. Nur das Halteteil kommt überhaupt mit dem zu verformenden Werkstück in Kontakt.

[0012] Die JP-A-56 080 329 zeigt eine gänzlich andere Verfahrensweise zum Umformen eines Werkstücks. Hier wird eine Nadel mittels Schlag von oben in eine Flüssigkeit eingetaucht. Erst mit dem Nachuntenschlagen der Nadel wird über separate Einrichtungen eine Abdichtung am oberen Ende des zu verformenden Werkstücks erzielt. Die Nadel selbst wird in einer speziellen Halterung geführt.

[0013] Dieses technische Problem wird durch ein Verfahren zum Umformen eines Werkstücks mittels eines Mediums, das einen Innendruck auf ein in einem Werkzeug eingelegtes Werkstück ausübt und dieses aufweitet bzw. verformt, mit dem Merkmalen des Anspruchs 1, gelost. In einem ersten Schritt wird das Werkstück in eine Matrize (Werkzeug mit Hohlraum) eingelegt, die im Inneren bereits die gewünschte Werkstückkontur als Negativform aufweist. Daraufhin wird das Medium, hier wasser, Öl, Kunststoff oder eine Mischung hiervon, in das Werkstück, beispielsweise über eine Zuführeirichtung eingebracht werden. Grundsätzlich kann das Werkstück bzw. der von diesem Werkstück gebildete Hohlraum im Wesentlichen mit dem anannten Medium gefüllt werden. Es kann aber auch ausreichen, dass zumindest der oder die zu verformenden Abschnitte des Werkstücks von dem Medium bedeckt sind. Anzumerken ist zudem, dass alternativ auch erst das Medium in die Matrize eingefügt bzw. gefüllt wird und anschließend das Werkstück eingelegt wird. Schließlich wird der Stempel verfahren und gegen das Medium gedrückt, so dass dieses das Werkstück entsprechend der Negativform der Matrize verformt. Der Stempel wird dabei zur Erzielung einer Dichtung zum Werkstrick mit einer Presspassung in das werkstück eingefahren.

[0014] Der Grundgedanke hierbei ist, dass das zu verformende Werkstück und der Stempel einen abgeschlossenen Hohlraum definieren, der nun durch das Medium ausgefüllt wird. Durch Verdrängen des Mediums wird in dem abgeschlossenen Hohlraum ein Innendruck aufgebaut, der zu einem Verformen des Werkstücks in den durch die Negativform vorgegebenen Ausweichraum führt. Der Druck ist also dabei durch die Kraft, mit der der Stempel eingedrückt wird und dessen Stirnfläche, die dem Medium zugewandt ist, bestimmt. Dadurch lässt sich - wie oben erwähnt - ein höherer Innendruck als bisher erzielen, was neue Einsatzbereiche ermöglichen kann, und zudem ist keine Pumpe zum Erzeugen des Innendruckes notwendig. Es sei hier nochmals herausgestellt, dass der bewegliche Stempel den Umformdruck auf das Medium bewirkt und nicht eine Pumpe wie beim bekannten Verfahren. Da der Druck über eine mechanische Pressvorrichtung erzeugt wird, können hierbei Umformdrücke von bis zu 25.000 bar (oder u. U. sogar mehr) erreicht werden.

[0015] Das Medium, auf das der Stempel den Umformdruck ausübt, kann einen festen, halbfesten oder flüssigen Aggregatzustand aufweisen. Für flüssige Stoffe eignen sich Wasser oder Öle, jedoch besteht auch die Möglichkeit, feste Stoffe wie z.B. Kunststoffe einzusetzen. Letztere eigenen sich besonders aufgrund der niedrigen Viskosität gegenüber flüssigen Medien, da somit die Dichtheit der Vorrichtung einfacher gewährleistet werden kann. Grundsätzlich ist aber festzuhalten, dass für das erfindungsgemäße Verfahren alle Medien verwendbar sind, die auch bei den bisherigen bekannten Innenhochdruck-Verfahren eingesetzt wurden.

[0016] Eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens sieht den Einsatz eines zusätzlichen Dichtunsssystems vor, das beispielsweise am Stempel oder an der Matrize angebracht ist.

[0017] Um die Befüllunssdauer des Werkstücks mit dem Medium zu verkürzen, kann in einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung die Matrize bzw. das Werkzeug in ein Medium eingetaucht werden. Über den in das Werkstück mit Presspassung einfahrbaren Stempel und optional dem separaten Dichtungssystem kann dennoch gewährleistet werden, dass der Druckaufbau ausschließlich im Inneren des Werkstücks erfolgt, um es somit zu verformen.

[0018] Eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass das dargestellte Verfahren mittels Kaltumformung ausgeführt wird. Alternativ hierzu ist aber auch eine Warmumformung denkbar und durchführbar. Besonders bei spröden Materialien kann es von Vorteil sein, das Werkstück, die Matrize und/ oder das Medium zu erhitzen, um somit die Umformqualität zu erhöhen. Hierfür kann an der eingangs genannten, erfindungsgemäßen Vorrichtung zumindest eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des Werkstücks, der Matrize und/ oder des Mediums vorhanden sein.

[0019] Eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, das der Umformdruck nicht konstant, sondern ansteigend auf das Medium ausgeübt wird. Dadurch können Materialfehler, die während eines plötzlichen Ausüben von hohem Druck entstehen können, vermieden werden. Beispielsweise kann der Anstieg des Umformdrucks stetig oder in stufen erhöht werden.

[0020] Mit dem erfindungsgemäßen Innenhochdruck-Umformverfahren können verschieden ausgeprägte Werkstücke verformt werden. Neben Hohlstücken sind beispielsweise auch Halbrohrschnitte, Bleche oder U-Profile verformbar, die entlang ihrer Längsachse auch in verschiedene Richtungen gebogen oder verformt sein können.

[0021] Zusammengefasst wird erfindungsgemäß ein zu verformendes Werkstück in eine Matrize eingelegt. Anschließend wird das Werkstück mit einem Medium befüllt, auf das ein verschiebbarer Stempel durch Verdrängen des Mediums einen Umformdruck ausübt. Dadurch schmiegt sich das Werkstück an die Negativform und erhält die gewünschte Form. Der Stempel wird dabei beispielsweise von einer Presse angetrieben.

[0022] Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, anstatt wie bei dem eingangs genannten bekannten Verfahren den Umformdruck über eine Pumpe zu erzeugen, erstmals einen hohen Innendruck durch Verdrängen des speziellen, zuven gemännten Mediums auszuüben. Beispielsweise kann mittels einer hydraulischen Presse und einen hierdurch zu verschiebenden Stempel auf ein vorgegebenes Mediumvolumen ein sehr großer Druck ausgeübt werden. Damit lassen sich deutlich höhere Umformdrücke erreichen als bisher. Durch das Erzeugen des Umformdrucks durch Verschieben des beweglichen Stempels, also allgemein durch Verdrängen eines verformbaren, aber im wesentlichen inkompressiblen Mediums, sind weitaus höhere Innendrücke in dem zu verformenden Werkstück erzeusbar als bisher. Zudem ist erstmals für die Durchführung des Innenhochdruck-Umformverfahrens keine hydraulische Pumpe mehr notwendig, sondern es wird nunmehr hierfür die bisher zum Zuhalten des Werkzeugs verwendete Presse eingesetzt. Auβerdem ist durch die Presspassung zwischen Stempel und werkstück eine Dichtung zu erzielen.

[0023] Bei dem Innenhochdruck-Umformverfahren ist daraufzu achten , dass der Umformdruck sich ausschließlich im Inneren des zu verformenden Werkstücks aufbaut, da ein äußerer Druck der Umformrichtung entgegenwirkt. Der Stempel hat hierzu, um den Druck ausschließlich im Inneren aufzubauen, einem gegenüber dem Innendurchmesser des Hohlteils des Werkstücks, in den der Stempel eingedrückt wird, ein Übermaß aufweist anden Auβendurchmesh. sich - je nach zu formendem Bauteil - möglicherweise zusätzlich zu dem Dichtungseffekt gewünschte Wanddicken herstellen.

[0024] Eine weitere beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst ein Dichtungssystem, das den Stempel umfangseitig umgibt, damit kein Medium seitlich des beweglichen Stempels austreten kann.

[0025] Eine weitere beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass das Dichtungssystem beispielweise eine Hülse, in die der Stempel axial einfahrbar ist, und zumindest.eine Dichtung zwischen Hülse und Stempel umfasst. Die Hülse liegt formschlüssig an dem Werkstück auf und dichtet somit das Medium gegenüber der Matrize ab. In der Hülse, in der sich der Stempel bewegen kann, kann außerdem ein Dichtring angeordnet, so dass das Medium gegenüber der Umgebung abgedichtet wird. Beispielsweise kann die Hülse stirnseitig noch mit zumindest einer Ringzacke oder dergleichen ausgestattet sein, die in das Werkstück eingreift und für eine bessere Abdichtung sorgt.

[0026] Eine weitere beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass in dem Werkzeug mehrere Hohlräume vorgesehen sind, in die jeweils zumindest ein Stempel einfahrbar ist. Damit können mit einem Werkzeug in einer Presse gleichzeitig mehrere Werkstücke geformt werden. Bei größeren Werkstücken kann es u.U. auch zweckmäßig sein, an einem Hohlraum an verschiedenen Stellen mehrere Stempel vorzusehen.

[0027] Je nach Produktionsbedingungen kann es auch vorteilhaft sein, mehrere Werkzeuge der zuvor erläuterten Art in einer Presse gleichzeitig einzusetzen, um mehrere Werkstücke zu verformen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0028] Im Folgenden sind zum besseren Verständnis und zur weiteren Erläuterung mehrere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1

den Grundaufbau einer beispielhaften Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 2

eine beispielhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in zwei verschiedenen Verfahrenzuständen,

Fig. 3

eine zweiteilige, konische Matrize mit einer Negativform für die Vorrichtung gemäß der Fig. 2,

Fig. 4

einen Armierungsring und die in Fig. 3 gezeigte Matrize,

Fig. 5

eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens der Erfindung mit einem Dichtungssystem,

Fig. 6

ein vergrößerte Darstellung des in Fig. 5 gezeigten Dichtungssystems,

Fig. 7

eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens der Erfindung, die mit einer Pressvorrichtung betrieben und gesteuert wird, und

Fig. 8

den prinzipiellen Ablauf des erfindungsgemäßen Umformverfahrens.

[0029] In allen Figuren hinweg sind gleiche Teile mit übereinstimmenden Bezugszeichen gekennzeichnet.

BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

[0030] In der Fig. 1 ist der grundsätzliche Aufbau einer beispielhaften Ausführungsform einer Vorrichtung 1 gezeigt. Mit dieser Vorrichtung sind beispielsweise Umformungen an Werkstücken in einfache geometrische Formen ohne Hinterschneidungen möglich. Die Matrize 4, die auf einem Unterboden 11 befestigt ist oder gegen den Unterboden 11 gepresst wird, besitzt im Inneren einen Hohlraum 14 mit einer Negativform 5 (hier eine Vertiefung oder Einbuchtung), an die sich das Werkstück 2 unter Druck anschmiegt. Weiterhin umfasst die Umformvorrichtung einen Stempel 3, der mit Presspassung in das Werkstück 2 einfahrbar ist, um einen Umformdruck P auf ein Medium 7 auszuüben, das sich in dem Werkstück 2 befindet. In der Ausführungsform, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist, kann die Matrize 4 aus einem Stück gefertigt sein, da das Werkstück 2 im vorliegenden Fall z.B. keine komplizierten Hinterschneidungen aufweist und somit einfach aus der Matrize 4 nach der Verformung zu entnehmen ist. Hierfür muss nur der Unterboden 11 abgenommen werden bzw. die Matrize 4 vom Unterboden 11 abgehoben werden. Dann kann das verformte Werkstück 2, das nun auch in die Vertiefung 5 hineinragt, nach unten aus der Matrize 4 herausgenommen werden.

[0031] Bei dem in der Fig. 1 gezeigten Zustand ist das zu verformende Werkstück 2 bereits (beispielsweise formschlüssig) in die Matrize 4 eingelegt. Das Medium 7 ist über eine Zuführeinrichtung 15 in das Werkstück 2 eingebracht, so dass mindestens die zu verformenden Stellen des Werkstücks 2 (hier der Werkstückabschnitt, der der Verzierung 5 in der Matrize 4 gegenüberliegt) bedeckt sind. Dann wird der Unterboden 11 als Unterlage bzw. Gegenlage für das Werkstück 2 dienen. Durch Einpressen des Stempels 3 wird mit Hilfe des Mediums 7 das Werkstück 2 in die Vertiefung 5 gedrückt und nimmt die entsprechend vorgegebene Form bzw. Gestalt an.

[0032] Die Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung der Fig. 1, mit der auch komplexe Geometrien wie beispielsweise Hinterschneidungen geformt werden können. Ein

[0033] Werkstück 2 wird in eine Matrize 4 eingefügt und durch einen Auswerfer 10 in einer definierten Höhe gehalten. Da die zu erreichende Endform eine Hinterschneidung aufweist, wird die Matrize 4 zweiteilig ausgebildet (siehe Fig. 3), um nach dem Umformvorgang die Entnahme des Werkstücks 2 zu ermöglichen. Um die Matrize 4 selbst bei hohem Umformdruck zusammenzuhalten, wird in Fig. 2 ein Armierungsring 6 als Befestigungsmittel verwendet, der formschlüssig die Matrize 4 umgibt. Um die Dichtheit der Matrize sicherzustellen, ist der Armierungsring 6 sowie die Matrize 4 konisch mit Übermaß ausgeführt, um mittels einer Pressverbindung tangentiale Druckspannung zu erzeugen und somit den Zusammenhalt der Matrize 4 zu gewähren.

[0034] In das Werkstück 2 wird anschließend bis mindestens über die zu verformende Stelle beispielsweise mit einer Zuführeinrichtung 15 ein Medium 7 eingefüllt und durch den in das Werkstück 2 mit Presspassung einfahrbaren Stempel 3 Umformdruck P ausgeübt. Durch diesen Umformdruck P verformt sich das Werkstück 2 so lange, bis die Negativform 5' erreicht ist. Um das verformte Werkstück 2 zu entnehmen, wird der Armierungsring 6 von der Matrize 4 entfernt, so dass die Matrize 4 geöffnet und das Werkstück 2 entnommen werden kann. Fig. 3 und 4 veranschaulichen die möglichen Ausführungsformen der Matrize 4 und des Armierungsrings 6. Daraus ist auch ersichtlich, dass die Matrize 4 bei komplexen geometrischen Formen des Werkstücks 2 im Querschnitt beliebig viele Teilungen aufweisen kann.

[0035] Wie bereits eingangs erwähnt, ist es bei dem Innenhochdruck-Umformverfahren erforderlich, dass der Umformdruck P ausschließlich im Inneren des zu verformenden Werkstücks 2 aufgebaut wird. Deswegen ist in Fig. 5 beispielhaft eine Umformvorrichtung 1 mit einem Dichtungssystem 8 dargestellt. Das Dichtungssystem 8 umfasst eine Hülse 12, die formschlüssig in die Matrize 4 eingesetzt ist und in der gezeigten beispielhaften Ausführungsfom des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung stirnseitig auf der zugewandten Stirnseite des Werkstücks 2 aufliegt. Auf der Innenwandung der Hülse sitzt zumindest ein O-ring 13₁ zur Abdichtung des Stempels 3. Auf der der Matrize 4 zugewandten Stirnseite der Hülse 12 ist zumindest ein Dichtring 13₂ angeordnet, der die Matrize 4 gegenüber der Atmosphäre abdichtet. Außerdem ist der Stempel 3 in der Innenbohrung bzw. Innenloch der Hülse 12 verschiebbar gelagert. Der Stempel 3 ist in die Innenbohrung bzw. das Innenloch der Hülse 12 mit einer Presspassung eingepasst sein. Im Übrigen sind hier der Unterboden 11 und die Matrize miteinander verbunden, beispielsweise durch Schrauben (nicht gezeigt).

[0036] Bei Erhöhung des Umformdrucks durch den Stempel 3, der in der Hülse 12 gleitet, ist somit ausschließlich eine Druckerhöhung auf das sich in dem Werkstück 2 befindende Medium 7 sichergestellt, so dass das Werkstück 2 verformt (aufgeweitet) wird und an die Negativform 5 der Matrize 4 ohne Druckverlust angepresst wird.

[0037] In der Fig. 6 wird eine weitere Ausführungsform eines Dichtungssystems 8 gezeigt, das eine Hülse 12 mit Ringzacke und eine Dichtung 13, umfasst, die die Hülse 12 und den Stempel 3 abdichtet. Da der Stempel 3 mit Presspassung in das Werkstück 2 einfahrbar ist, die Hülse 12 die Ringzacke hat (siehe Detail B), die eine Abdichtung zwischen der Hülse 12 und dem Werkstück 2 leistet, und die weitere Dichtung 13₂ die Hülse 12 gegenüber der Matrize 4 abdichtet, ist der Druckaufbau ausschließlich im Inneren des Werkstücks 2, das mit dem Medium 7 gefüllt ist, sichergestellt.

[0038] Die Fig. 7 zeigt eine weitere mögliche Ausführungsform der Umformvorrichtung 1 mit einem konischen Armierungsring 6, der eine mehrteilige konische Matrize 4 umschließt und einen Stempel 3, der durch eine mechanische Vorrichtung 9 (beispielsweise eine Presse) gesteuert wird. Die Matrize 4, die im Inneren die Negativform 5 aufweist, umschließt das unverformte Werkstück 2, das mittels einer Zuführeinrichtung 15 mit einem Medium 7 mindestens bis über die zu verformenden Flächen gefüllt wird. Die mechanische Vorrichtung 9 steuert den Stempel 3 derart, dass Druck auf das Medium 7 ausgeübt wird. Dabei wird der Stempel 3 mit Presspassung in das Werkstück 2 eingefahren, wodurch sich der Umformdruck P erhöht und sich dadurch das Werkstück 2 an die Negativform 5 anschmiegt. Das Dichtungssystem 8 verhindert dabei zum einen den Austritt des Mediums 7 und zum anderen, dass sich der Druck nur im Inneren des Werkstücks 2 aufbaut.

[0039] Einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen Innenhochdruck-Umformverfahrens zeigt die Fig. 8. Zu Beginn wird die mit der Negativform 5 ausgebildete Matrize 4, die im Falle von Hinterschneidungen aus mehreren Teilen bestehen kann, mit dem Armierungsring 6 versehen, der die Matrize verstärkt und/oder zusammenhält. Dazu wird der auf der Innenumfangsseite konisch ausgebildete Armierungsring 6 auf die auf der Außenumfangsseite konisch geformte ein- oder mehrteilige Matrize 4 gesteckt. Anschließend wird das zu verformende Werkstück 2 eingelegt und im nächsten Schritt mit einem Medium 7 befüllt, bis mindestens die zu verformenden Stellen des Werkstücks bedeckt sind. Zu Pressbeginn wird der Stempel 3 durch die mechanische Vorrichtung 9 in Richtung des Hohlraums 14 des Werkstücks 2 verschoben und dadurch ein Umformdruck P über das Medium 7 im Werkstückinnern aufgebaut. Dabei kann das Dichtungssystem 8 eingesetzt werden, um sicherzustellen, dass der Druckaufbau ausschließlich im Inneren des Werkstücks 2 erfolgt. Während des Pressens übt der Stempel 3, der von der mechanischen Vorrichtung 9 gesteuert wird, so lange Druck auf das Medium 7 aus, bis sich das Werkstück 2 vollständig an die Negativform 5 angeschmiegt hat. Während des Umformvorgangs kann der Umformdruck P konstant oder variabel gehalten werden. Im letzten Schritt des Verfahrens wird der Armierungsring 6 entfernt, die Matrize 4 geöffnet und das verformte Werkstück 2 entnommen.

[0040] Bei der in der Fig.7 gezeigten Vorrichtung kann zum Entnehmen beispielsweise die mehrteilige Matrize 4 etwas radial nach außen gezogen werden, so dass das verformte Werkstück 2 über einen Auswerfer 10 aus der Matrize ausgeworfen werden kann.

Ansprüche

1. Verfahren zum Verformen von Werkstücken (2) mit zumindest den folgenden Verfahrensschritten:

a) Einlegen des Werkstücks (2) in einen Hohlraum (14) einer Matrize (4), der die Negativform (5) der gewünschten Außenkontur eines verformten Werkstücks (2) besitzt,

b) Einbringen eines Mediums (7), das Wasser, Öl, Kunststoff oder eine Mischung hiervon ist, in das Werkstück (2), und

c) Drücken eines Stempels (3) gegen das Medium (7), so dass dieses das Werkstück (2) entsprechend der Negativform (5) der Matrize (4) verformt, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (3) zur Erzielung einer Dichtung zum Werkstück (2) mit einer Presspassung in das Werkstück (2) eingefahren wird und dabei der Stempel (3) gegen das Medium (7) gedrückt wird, so dass dieses das Werkstück (2) entsprechend der Negativform (5) der Matrize (4) verformt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in Schritt c) der Stempel (3) durch eine mechanische Vorrichtung (9) wie beispielsweise eine Presse gedrückt und verschoben wird.

3. Verfahren nach Anspruche 1 oder 2, wobei das Medium (7) fest, halbfest oder flüssig ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Medium (7) in einen Hohlraum (14) des Werkstücks (2) eingefüllt wird, bis zumindest die eine oder mehreren Werkstückbereiche, die zu verformen sind, mit dem Medium (7) bedeckt sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in Schritt c) die Druckkraft auf den Stempel (3) variiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in Schritt a) das Werkstück (2) in eine Negativform (5) einer ein- oder mehrteiligen Matrize (4) eingebracht wird, die mit einer Halterung (6) zusammengefügt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein Armierungsverband (6) zum Zusammenhalten der ein- oder mehrteiligen Matrize (4) formschlüssig um die Matrize (4) gelegt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei in Schritt a) die Matrize (4) und der Armierungsverband (6) konisch und/oder mit Übermaß ausgebildet sind und die ein- oder mehrteilige Matrize (4) formschlüssig in den Armierungsverband (6) gepresst wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Medium (7) im Schritt b) mittels einer Zuführeinrichtung (15) in das Werkstück (2) eingebracht wird.

Claims

1. A method for deforming workpieces (2) with at least the following method steps:

a) positioning the workpiece (2) into a cavity (14) of a die (4), the cavity having the negative form (5) of the desired outer shape of a deformed workpiece (2),

b) introducing a medium (7) including water, oil, plastics, or a mixture thereof into the workpiece (2), and

c) pressing a punch (3) against the medium (7), such that the medium deforms the workpiece (2) according to the negative form (5) of the die (4), characterized in that the punch (3) is inserted into the workpiece (2) for achieving a sealing to the workpiece (2) by press fit and thereby pressing the punch (3) against the medium (7), such that the medium deforms the workpiece (2) according to the negative form (5) of the die (4).

2. The method according to claim 1, wherein in step c), the punch (3) is pressed and displaced by a mechanical device (9), such as a press.

3. The method according to claim 1 or 2, wherein the medium (7) is solid, semisolid, or liquid.

4. The method according to any one of the claims 1 to 3, wherein the medium (7) is filled into a cavity (14) of the workpiece (2) at least until the single or a plurality of workpiece portions to be deformed are covered by the medium (7).

5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein in step c), the compression force on the punch (3) is varied.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein in step a), the workpiece (2) is positioned into a negative form (5) of a one-piece or multi-part die (4) assembled by a retainer (6).

7. The method according to claim 6, wherein an armouring assembly (6) is form-fitted placed around the die (4) to hold the one-piece or multi-part die (4) together.

8. The method according to claim 7, wherein in step a), the die (4) and the armouring assembly (6) are conically shaped and/or with oversize, and the one-piece or multi-part die (4) is form-fitted pressed into the armouring assembly (6).

9. Method according to any one of the claims 1 to 8, wherein in step b), the medium (7) is inserted into the workpiece (2) via a feeder system (15).

Revendications

1. Procédé de formage de pièces (2) avec au moins les étapes de procédé suivantes :

a) chargement de la pièce (2) dans un espace creux (14) d'une matrice (4) qui possède la forme négative (5) du contour externe souhaité d'une pièce façonnée (2),

b) acheminement d'un agent (7), qui est de l'eau, une huile, une matière synthétique ou un mélange de ceux-ci, dans la pièce (2), et

c) enfoncement d'un plongeur (3) contre l'agent (7) de sorte que le plongeur déforme la pièce (2) de manière correspondante à la forme négative (5) de la matrice (4), caractérisé en ce que le plongeur (3) est inséré dans la pièce (2) avec un ajustement serré pour assurer une étanchéité avec la pièce (2) et en ce que, de la sorte, le plongeur est pressé contre l'agent (7) de sorte que celui-ci déforme la pièce (2) de manière correspondante à la forme négative (5) de la matrice (4).

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, à l'étape c), le plongeur (3) est pressé et déplacé par un dispositif mécanique (9), par exemple une presse.

3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel l'agent (7) est solide, semi-solide ou liquide.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'agent (7) est introduit dans un espace creux (14) de la pièce (2) jusqu'à ce qu'au moins la ou les zones de la pièce, qui doit ou doivent être façonnés, soi(en)t recouvert(s) par l'agent.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel, à l'étape c), on fait varier la force de compression sur le plongeur (3).

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, à l'étape a), la pièce (2) est chargée dans une forme négative (5) d'une matrice (4) à une ou plusieurs parties, qui est assemblée avec une attache (6).

7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel un assemblage d'armature (6) est placé autour de la matrice (4) par engagement positif pour solidariser la matrice (4) à une ou plusieurs parties.

8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel, à l'étape a), la matrice (4) et l'assemblage d'armature (6) sont conformés en cône et/ou avec un surdimensionnement et la matrice (4) à une ou plusieurs parties est pressée dans l'assemblage d'armature (6) par engagement positif.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'agent (7) est introduit dans la pièce (2) à l'étape b) au moyen d'un dispositif d'alimentation (15).

Zeichnung