Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7 zum Herstellen-eines Ausschnittes oder Durchbruchs in der Wandung eines nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren ausgebildeten Bauteils, beispielsweise Hohlkörpers, der sich noch im Umformwerkzeug befindet, mit sich anschließender Feinbearbeitung der Oberfläche. Eine solche Vorrichtung bzw. Verfahren ist aus der DE 103 28 452 B1 bekannt.

Es sind Innenhochdruck-Umformverfahren bekannt, die das Ausschneiden von Ausschnitten aus Bauteilwandungen von außen nach innen ermöglichen, wie dies in der DE 43 22 063 C2 beschrieben ist. Dieses bekannte Verfahren wird mit Hilfe eines von außen an der Mantelfläche des Werkzeuges angreifenden Lochstempels derart vorgenommen, dass der Ausschnitt zunächst bei maximalem Innendruck bis auf eine Restwandungsdicke vorgeschnitten und anschließend bei verringertem Innendruck ausgeschnitten wird.

Das Erzeugen von Durchbrüchen oder Ausschnitten kann aber auch von innen nach außen durchgeführt werden (DE 1 552 122 A1), indem die Wandung durch Erhöhung des Innendruckes in eine Werkzeugausnehmung hinein durchbrochen bzw. ausgeschnitten wird, wobei in der Werkzeugausnehmung ein nach außen verschiebbarer Stützstempel vorgesehen sein kann.

Bei den bekannten derartigen Verfahren kommt es beim Ausschneiden eines Ausschnittes zu einem Nachfließen des Werkstoffs, d.h. zur Veränderung der Wandoberfläche, des Bauteils, z. B. zur Neigung und Franse der Kante im Bereich um den Ausschnitt herum.

Im Stand der Technik sind eine Reihe von Möglichkeiten durch spanlose Formung im kalten Zustand bekannt (Stanzen, Biegen, Pressen. Schneiden, Lochen, Ziehen usw.), um Durchbrüche oder Ausschnitte, die eine bestimmte Formkontur aufweisen, einzubringen sowie engere Wanddicken- und Querschnitttoleranzen und bessere Oberflächengüten des Bauteils zu erzielen.

Aus der DE 103 28 452 B1 ist ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Loches am Außenumfang eines Hohlprofils bekannt geworden. Hier wird ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung aufgezeigt, mit dem bzw. der ein Lochen von Hohlprofilen in einem Innenhochdruckformwerkzeug an nahezu jeder beliebigen Stelle in einfacher Weise ermöglicht wird. Hierzu wird insbesondere vorgeschlagen, dass der Stempel in der Führungsbohrung des Umformwerkzeuges unter Zusammenwirkung des Innenhochdrucks mit einem Antriebsglied bewegt wird. Insofern findet hier ein spanloses Formen des Bauteils oder Teile des Bauteils ausschließlich nach oder allenfalls während des Innenhochdruckformens statt. Bei einer derartigen Vorgehensweise kann es vorkommen, dass Durchbrüche oder Ausschnitte, die eine bestimmte Formkontur aufweisen, nur mit geringer Genauigkeit ausgeschnitten und geformt werden können.

Die Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der vorgenannten Art zu schaffen, mit denen die oben dargelegten Schwierigkeiten vermieden und bei denen sich auch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen oder ähnliche erübrigen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.

Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zunächst die Wandung des im Umformwerkzeug gelagerten und durch Dichtstempel fixierten und positionierten Ausgangswerkstücks mit Hilfe eines Lochstempel schlagartig bis auf eine Restwanddicke vorgeschnitten wird. Dabei wird die schlagartig. Einwirkung des Lochstempels durch einen Abstand zwischen dem oberen Teil des Lochstempels und Hydrozylindem realisiert. Dieser Abstand dient zur Vermeidung der Beschleunigungsstrecke des Hydrozylinders.

Es wird erreicht, dass aus der Wandung eines nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren hergestellten Bauteils, beispielsweise Hohlkörpers, bei noch im Umformwerkzeug befindlichem Hohlkörper, Durchbrüche oder Ausschnitte, die eine bestimmte Formkontur aufweisen, mit hoher Genauigkeit ausgeschnitten und geformt werden und dass die Oberfläche des Bauteils feinbearbeitet wird. Bisher war dies nur in einem getrennten Arbeitsgang außerhalb des Innenhochdruck-Umformwerkzeuges möglich.

In einem weiteren Verfahrensschritt zieht sich der Lochstempel zu Mantelfläche des Werkzeug ges zurück. Die Dichtstempel schieben das Ausgangsstück in eine neue Position, um eine Formänderung des Ausgangswerkstücks, d. h. Dehnung bei der Innenhochdruck-Umformung, zu kompensieren und den vorgeschnittenen Bereich, d.h. die Sollbruchstelle relativ zum Lochstempel, genau zu positionieren. Dann steigt der Innendruck, und während des Umformprozesses wird der Schneidprozess der Ausschnitte aus dem Bauteil nach bekannten, vorstehend beschriebenen, Verfahren von außen nach innen und/oder von innen nach außen durchgeführt. Dabei wird der vorgeschnittene Teil der Wandung des Bauteils, d. h. die vorher mittels der Prägekante des Lochstempels erzeugte Sollbruchstelle, durch schlagartige urid/oder multiple Bewegungen des Lochstempels zwischen den unteren und oberen Todpunkten leicht und sauber abgetrennt.

Nach der Senkung des Innendrucks wird durch vorstehend beschriebene spanlose Formung eine vollständige Unterbauung durchgeführt, um Neigung, Rand- und Gratbildung des Schnittes zu verhindern und eine bestimmte Formkontur aufweisende Durchbrüche oder Ausschnitte einzubringen. Dieser Arbeitsgang wird mit Hilfe von axialen Bewegungen des Werkstückes mittels der Dichtstempel und vertikaler Bewegungen des Lochstempels, der eine entsprechende Gravur in seiner Stirn- und/oder Seiten-Oberfläche hat, realisiert.

In einem letzten Arbeitsgang wird eine Feinbearbeitung der Oberfläche des Bauteils durchgeführt. Diese Feinbearbeitung der Oberfläche des Bauteils wird beim Entnahmeprozess aus dem Werkzeug durch ein Kaltziehen des Werkstückes durch eine in das Werkzeug angebauten Ziehring mittels gleichzeitiger axialer Schiebung und Drehung des Werkstückes durch die Dichtstempel realisiert.

Das erfindungsgemäße kombinierte Innenhochdruck- und spanlose Formungsverfahren erlaubt es, beliebige Durchbrüche und Ausschnitte am Werkstück und eine Feinbearbeitung der Oberfläche des Bauteils mit hoher Genauigkeit in einem einzigen kombinierten Umform, Stanz-, Bieg-, Einsenk-, Ziehräumwerkzeug durchzuführen. Dabei kann dieses Verfahren durch entsprechende gemeinsame Steuerung des Innenhochdrucks, des Vorschubes, des toten Spiels und der Geschwindigkeit des Lochstempels, der Nachschiebung und axialen Position des Ausgangsstückes und des axialen Vorschubes, der Schiebung und Drehung des Werkstücks praktisch auch in einem Arbeitsgang durchgeführt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1

einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchfüh- rung des Verfahrens;

Fig. 2

eine Querschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 2;

Fig. 3, 6, 11, 14 und 19

Längsschnitte durch die Vorrichtung nach Fig. 1 in ver- schiedenen Arbeitsstufen;

Fig. 13

eine Detaildarstellung "I" gemäß Fig. 11

Fig. 20

eine Detaildarstellung "M" gemäß Fig. 19

Fig. 21 - 26

eine Verfahrensabfolge des erfindungsgemäßen Verfah- rens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 4, 7, 8, 9, 10, 12, 15, 16, 17, 18

die vergrößerten Teillängsschnitte durch die Vorrichtung in verschiedenen Arbeitsstufen;

Fig. 5

ein vergrößerter Teilquerschnitt durch die Vorrichtung;

Fig. 27

ein die Funktionsweise der Vorrichtung erläuterndes Dia- gramm.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, während Fig. 2 einen Querschnitt einer solchen Vorrichtung in einer Ausgangsstellung zu Beginn des Verfahrens zeigt. Die Vorrichtung oder das Werkzeug weist ein Werkzeug 1 auf, in das das Werkstück 2, insbesondere ein Halteröhrchen für eine Kopfstütze von Fahrzeugsitzen eingelegt ist. Das Werkstück 2 wird endseitig von Dichtstempeln 3, 4 beaufschlagt. Über eine Öffnung 5 kann das Fluid zur Durchführung der Innenhochdruckumformung in das hohle Werkstück 2 eingebracht werden. Die Durchbrüche oder Ausschnitte in der Wandung des Werkstücks 2 werden mittels Lochstempeln 8, 10 eingebracht, auf die Hydraulikzylinder 6, 7 wirken. Die Lochstempel werden von Jochen 9, 11 mit Auflagebereichen 12, 14 gehalten, die in ihrer Höhe veränderbar einstellbar sind. Auf diese Weise ergeben sich unterschiedliche Abstände Δ₁, Δ₂ zu den Hydraulikzylindern 6, 7. Die Höheneinstellung wird mittels eines verstellbaren Jochfußes 14, 16 erreicht. Über ebenfalls höhenverstellbare Widerlager 13, 15 ist die Bewegung des Jochs 9, 11 und damit des Lochstempels 8, 10 nach unten begrenzt. Jochfuß 14, 16 und Widerlager 13, 15 sind auf einer Kolbenplatte 18, 20 gelagert, die mittels eines hydraulisches Fluids 19, 21 höhenverstellbar ist.

Zur Feinbearbeitung des Werkstücks 2 im Werkzeug ist auf der Seite des Werkzeugs, auf der das Werkstück eingebracht bzw. entnommen wird, eine Matrize 17 bzw. ein Ziehring angeordnet. Des Weiteren sind in die Lochstempel 8, 10 eine oder zwei teilkreisförmige Nuten 22 eingebracht, die zur Kantenbegradigung an den eingebrachten Durchbrüchen oder Ausschnitten dienen.

Nachfolgend wird das Verfahren mit Hilfe der Fig. 3, 6, 11, 14 und 19 beschrieben, die die verschiedenen Arbeitsstufen zeigen. In einem ersten Schritt wird das durch die Dichtstempel 3 positionierte Werkstück 2 durch die Lochstempel 8, 10 schlag- oder stoßartig vorgeschnitten. Im Falle des Lochstempels 10, der anschließend einen vollständigen Ausschnitt bewirkt, ist das Joch 11 weiter ausgefahren, so dass sich ein geringerer Abstand Δ₁ ergibt. Ein Stoß wird durch Auftreffen einer vertikalen Platte auf das Widerlager 13 gestoppt, wie dies in Fig. 3 verdeutlicht ist. Die Fig. 4 und 5 zeigen hierzu Vergrößerungen. Durch den Stoß wird eine Vorschädigung in das Material eingebracht.

Anschließend wird das Wirkfluid in das Innere des Werkstücks 2 gepumpt, nachdem die Lochstempel 8, 10 bis zur Mantelfläche des Werkzeugs zurückgezogen worden sind. Da es während der eigentlichen Innenhochdruckumformung zu einer Dehnung des Materials kommt, wird das Werkstück 2 vorher durch axiale Verschiebung der Dichtstempel 3, 4 in eine Position gebracht, die genau die Sollbruchstelle zum jeweiligen Lochstempel positioniert (Fig. 6). Die Fig. 7-10 verdeutlichen den nachfolgenden Schnittprozess unter Einwirkung des Innenhochdrucks. Hierbei gibt es die Möglichkeit, dass sich der verschiebbare Lochstempel von außen nach innen (Fig. 8, 9) bewegt oder von innen nach außen (Fig. 7, 10). Bei dem Innenhochdruckumformen legt sich die Wandung des Werkstücks 2 an die Innenseite 24;25 des Werkzeugs an. An den Ausschnitten oder Durchschnitten bilden sich Schneidkanten 26, 27.

Mit Hilfe der Fig. 11 wird ein sich anschließender Verfahrensschritt gezeigt, der der Kantennachbehandlung bzw. dazu dient, Durchbrüche oder Ausschnitte mit einer bestimmten Formkontur einzubringen. Der Lochstempel 8, 10 mit dem ausgeschnittenen Blech 28 oder umgeformten Blechabschnitt 31 wird in Verfahrrichtung noch weiter in das Werkzeug geführt, so dass die Kantenbereiche 29, 30 der Ausschnitte oder Durchbrüche mit der gravierten Nut 22 im Stempelkopf fluchten. Die Dichtstempel 3, 4 werden axial verfahren und auf diese Weise die möglicherweise durch den Schneidprozess verformten Kanten durch die erzwungene Bewegung in die Nuten 22 begradigt. Eine solche Hin- und Herbewegung und die Effekte der Begradigung der Kantenbereiche (29, 30, 32) sind aus den Fig. 14-18 ersichtlich.

Zur Oberflächenkalibrierung schließt sich anschließend ein Ziehprozess an. Hierbei wird das umgeformte Werkstück 2 unter vorzugsweise gleichzeitigen Drehungen durch die Matrize 17 gezogen und aufgrund des Ziehrings hinsichtlich seiner Manteloberfläche 33 begradigt.

Die Verfahrensabfolge ist schließlich mit Hilfe der Fig. 21-27 dargestellt. Das Werkstück 2 wird von den Dichtstempeln 3, 4 aufgenommen und durch axiale Bewegung in das Werkzeug positioniert. Mittels stoßartig einwirkender Lochstempel 8, 10 wird eine Vorschädigung in die Wandung eingebracht. Bei Erhöhung des Innendrucks folgt dann durch schlagartige und/oder multiple Bewegung des Lochstempels der eigentliche Ausschnitt oder Durchschnitt. Zur Nachbehandlung der Kanten werden diese durch axiale Bewegung des Werkstücks in eine eingravierte Nut 22 im Lochstempel gezwungen. Anschließend folgt der Kalibriervorgang mit nachfolgender Entnahme des Werkstücks.

Fig. 28 zeigt die Geschwindigkeiten des jeweiligen Lochstempels, wie sie sich aus den einzelnen Abständen Δ₁ Δ₂ zwischen dem oberen Teil des Lochstempels und den Hydraulikzylindern ergeben.

1

Werkzeug

2

Werkstück

3

Dichtstempel

4

Dichtstempel

5

Zuführöffnung

6

Hydraulikzylinder

7

Hydraulikzylinder

8

Lochstempel

9

Joch

10

Lochstempel

11

Joch

12

Auflagebereich

13

Widerlager

14

Jochfuß

15

Widerlager

16

Jochfuß

17

Matrize

18

Kolbenplatte

19

Fluid

20

Kolbenplatte

21

Fluid

22

Nut

23

Nut

24

Werkzeuginnenseite

25

Werkzeuginnenseite

26

Schneidkante

27

Schneidkante

28

ausgeschnittenes Blech

29

Kantenbereich

30

Kantenbereich

31

Umgeformter Blechabschnitt

32

Kantenbereich

33

Manteloberfläche