Verfahren zum Umformen eines Rohrelements

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen eines Rohrelements, bei dem ein Umformwerkzeug eine erste Matrize und eine zweite Matrize aufweist. In einem ersten Verfahrensschritt wird das Rohrelement zwischen der ersten Matrize und der zweiten Matrize mittels eines Axialpressvorgangs plastisch umgeformt.

[0002] Aus der DE 102005050946 A1 ist ein Verfahren zum Umformen eines Rohrelements bekannt, bei dem ein Umformwerkzeug eine Matrize und einen Dorn umfasst, wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein freies Ende des Rohrelements zwischen der Matrize und dem Dorn mittels eines Axialpressvorganges plastisch umgeformt und aufgeweitet wird, wobei während des Axialpressvorgangs Material des Rohrelements in einen umzuformenden Rohrbereich nachgeschoben wird.

[0003] Aus der JP-A-10216893 ist ein Verfahren zum Umformen eines Rohrelements entnehmbar, bei dem in einer Matrize an einem Endabschnitt des Rohrelements mittels eines Stempels ein Flansch geformt wird. Über einen weiteren Stempel wird Material mittels eines Axialpressvorganges in den umzuformenden Rohrbereich nachgeschoben.

[0004] Aus der BE 459237 ist ein Verfahren zum Umformen eines Rohrelements bekannt, bei dem zwischen zwei Matrizenteilen ein Hohlraum derart gebildet wird, dass mittels eines Axialpressvorganges Material des Rohrelements unter Bildung einer ringförmigen Wandverdickung in den Hohlraum gedrückt wird. Innenseitig wird das Rohrelement mit Hilfe eines Dorns abgestützt.

[0005] Aus der DE 10064376 A1 ist ein Verfahren zum Umformen eines Rohrelements bekannt, bei dem ein Umformwerkzeug eine erste Matrize und eine zweite Matrize umfasst, wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein freies Ende des Rohrelements zwischen den Matrizen mittels eines Axialpressvorganges plastisch umgeformt wird, so dass sich eine Verdickung bildet, wobei der umzuformende Bereich unter Wandverdickung in axialer Richtung verkürzt wird und das Rohrelement innenseitig mittels eines Dorns abgestützt wird.

[0006] Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem auf besonders einfache und zuverlässige Weise faltenfreie Verdickungen an einem Rohrelement spanlos herstellbar sind. Insbesondere sind mittels des Verfahrens nahezu beliebige Wülste und Flansche an dem Rohrelement herstellbar. Es soll dazu dienen, eine Vielzahl von unterschiedlichen Geometrien für die Ausformung an einem Rohrende bereitzustellen, wie dicke Endflansche oder dünnwandige Flansche mit großen Durchmessern, Verdickungen zum Aufbringen von stirnseitigen oder radialen Verzahnungen, Rändeln und dergleichen oder auch Verstärkungen zum Anschweißen von Hebeln und dergleichen.

[0007] Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt ein freies Ende des Rohrelements zwischen der ersten Matrize und der zweiten Matrize mittels eines Axialpressvorgangs plastisch umgeformt, insbesondere trichterförmig aufgeweitet, wobei während des Axialpressvorgangs aus einem außerhalb eines umzuformenden Bereichs des Rohr- oder Stangenelements Material des Rohrelements zu dem umzuformenden Bereich bzw. zur Aufweitungszone nachgeschoben wird und der umzuformende Bereich unter Wandverdickung in axialer Richtung verkürzt wird. Durch ein gezieltes Nachschieben von Material aus dem nicht umgeformten Bereich des Rohrelements bzw. von außerhalb der Aufweitungszone lässt sich das ein Schrumpfen der Wandstärke ausgleichen; ebenso lässt sich ein Schrumpfen der Wandstärke durch gleichzeitiges Verkürzen bzw. Stauchen der Aufweitungszone kompensieren, wobei beide Effekte kombiniert anwendbar sind. Vorteilhaft ist es dabei, dass sich das Material gleichmäßig über den Umfang verteilt, so dass eine gleich bleibende Wandstärke trotz aufgeweiteter Form mit vergrößertem Durchmesser erzielbar ist. Dies ermöglicht in einem sich anschließenden zweiten Verfahrensschritt eine weitere Umformung der Aufweitungszone in eine nahezu beliebig gestaltbare Endform, wie z. B. in einen abgestuften Endflansch, weil in einem solchen zweiten Verfahrensschritt somit vergleichsweise geringe Umformgrade erreicht werden.

[0008] In Ausgestaltung der Erfindung wird das Nachschieben des Materials zu dem umzuformenden Bereich mittels eines das Rohrelement innen aufnehmenden Dorns bewerkstelligt, der sich während des Aufweitvorgangs in Richtung auf die zweite Matrize hin bewegt, und über eine entsprechende Oberflächenstruktur verfügt, mittels derer Material des Rohrelements zu dem umzuformenden Bereich bzw. zur aktuellen Aufweitungszone nachgeschoben wird. Ein Dorn ist üblicherweise vorhanden, um das Rohrelement in der Matrize zu zentrieren bzw. innenseitig abzustützen. Sehr einfach ist es daher, die Oberfläche des Dorns mit einer entsprechenden Struktur zu versehen, um so das Nachschieben des Materials in der Aufweitungszone zu bewerkstelligen.

[0009] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Dorn eine raue Oberflächenstruktur auf. Es ist auch möglich, zusätzlich oder anstelle der rauen Oberflächenstruktur des Dorns, eine oder mehrere Riefen und/oder Rillen und/oder Wülste und/oder Nuten, Rändel oder dergleichen am Dorn vorzusehen.

[0010] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird, zusätzlich zu einer Konturierung der Oberflächenstruktur des Dorns oder anstelle einer solchen, das Nachschieben des Materials über einen beweglichen ersten Anschlag bewerkstelligt, der stirnseitig ein in der ersten Matrize aufgenommenes Ende des Rohrelements während des Aufweitvorgangs in Richtung der zweiten Matrize hin bewegt. Dadurch lassen sich hohe Umformgrade bzw. Materialbewegungen hin zur aktuellen Aufweitungszone erreichen, die in dem zweiten Verfahrensschritt dann zu vergleichsweise großen und stabilen Flanschen bzw. Bunden führt.

[0011] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an der zweiten Matrize ein zweiter Anschlag vorgesehen, an dem der umzuformende Bereich des Rohrelements stirnseitig abstützbar ist. Der zweite Anschlag ist dabei vorzugsweise derart gestaltet, dass er mit einer Symmetrieachse des Rohrelements einen Winkel einschließt, der kleiner ist als 90°. Insbesondere weist der Anschlag eine in etwa trichterförmige Anschlagfläche auf. Mit Hilfe der solchermaßen gestalteten zweiten Matrize lässt sich der umzuformende Bereich in axialer Richtung und/oder parallel zur Wandung des umzuformenden Bereichs stauchen und verkürzen. Dabei ergibt sich eine Vergrößerung der Wandstärke, wobei in bevorzugter Weise die Vergrößerung der Wandstärke zumindest so groß gewählt ist, dass die infolge von Querschnittsvergrößerungen (Aufweitung) erzeugte Reduzierung der Wandstärke kompensiert wird.

[0012] Weiter vorzugsweise umfasst ein Anschlag wenigstens ein relativbeweglich an der zweiten Matrize gelagertes Druckelement, welches den umzuformenden Bereich des Rohrelements wenigstens abschnittsweise stirnseitig abstützt. Das Druckelement ist bevorzugt auswechselbar gestaltet und lässt sich gegenüber der zweiten Matrize in unterschiedliche Positionen bringen. Besonders vorteilhaft lassen sich mehrere, bevorzugt in einer ringförmigen Konfiguration angeordnete Druckelemente vorsehen, deren Positionen einzeln und unabhängig voneinander gegenüber der zweiten Matrize einstellbar sind.

[0013] Weiter vorzugsweise ist das Druckelement mittels einer Feder und/oder eines fremdbetätigbaren Antriebs verstellbar ausgeführt. Als Antriebe kommen insbesondere hydraulisch und/oder elektrisch arbeitende Maschinen in Betracht, die ggf. auch über eine Prozessoreinheit derart ansteuerbar sind, dass ihre Position und/oder die ausgeübte Kraft und/oder die Verschiebegeschwindigkeit vorausbestimmt einstellbar ist. Ergänzend ist ein Sensorelement vorgesehen, das den Umformgrad im umzuformenden Bereich zumindest indirekt erfasst, Informationen an die Prozessoreinheit übermittelt, sodass über die Prozessoreinheit eine Regelung von Position und/oder ausgeübter Kraft und/oder Verschiebegeschwindigkeit des Druckelements vorgenommen werden kann.

[0014] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist an der zweiten Matrize ein dritter Anschlag vorgesehen, an dem der umzuformende Bereich des Rohrelements stirnseitig abstützbar ist, wobei der dritte Anschlag wenigstens abschnittsweise in das Rohrelement eingreift und mit dem zweiten Anschlag einen Winkel von näherungsweise 90° einnimmt. Insbesondere weist der dritte Anschlag eine kegelige Anschlagfläche auf, die während des Axialpressvorgangs an einer innenliegenden Oberfläche des Rohrelements entlang gleitet. Durch Zusammenwirken des zweiten Anschlags und des dritten Anschlags lässt sich das Rohrelement besonders effektiv abstützen, wobei die Anschläge im Zuge der plastischen Umformung des Rohrelements wenigstens abschnittsweise dessen Geometrie festlegen.

[0015] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird in einem zweiten Verfahrensschritt das Rohrelement mittels eines zweiten Axialpressvorgangs einer zur Ausformung bereitgestellten dritten Matrize, die an das insbesondere trichterförmig aufgeweitete bzw. vorgeformte Ende angreift, dieses in seine Endform umgeformt. Dabei kann der umgeformte Bereich eine Endform annehmen, die einen nahezu beliebig gestaltbaren Flansch umfasst, welcher wiederum Verdickungen zum Aufbringen von stirnseitigen oder radialen Verzahnungen, Rändeln und dergleichen oder zum Aufbringen von Verstärkungen zum Anschweißen von Hebeln und dergleichen aufweist. Damit lässt sich in einfacher Art und Weise eine vielseitige Technologie zum Herstellen von radialen Verdickungen an einem Rohr- oder Stangenende bereitstellen, die sich einen breiten Anwendungsbereich erschließen kann, wie im Automobilbereich, z. B. bei Getriebewellen, Antriebswellen, Nockenwellen, Fahrwerksteilen oder in der Bau- und Rohrleitungstechnik.

[0016] In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das Rohrelement vor einem Axialpressvorgang oder währenddessen wenigstens lokal erwärmt. Dabei kommen materialabhängige Temperaturen in einem Bereich um die Rekristallisationstemperatur des Werkstoffs in Betracht.

[0017] Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen dargestellt sind.

[0018] Hierzu zeigen

Fig. 1

in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt durch ein Umformwerkzeug mit einem Rohrelement in einem ersten Verfahrensschritt gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung,

Fig. 2

in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt durch ein Umformwerkzeug mit einem Rohrelement in einem ersten Verfahrensschritt gemäß einer zweiten Ausgestal- tung der Erfindung,

Fig. 3

in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt durch ein Umformwerkzeug mit einem Rohrelement in einem ersten Verfahrensschritt gemäß einer dritten Ausgestal- tung der Erfindung und

Fig. 4

in einer schematischen Darstellung einen Querschnitt durch ein Umformwerkzeug mit einem umgeformten Rohrelement gemäß Fig. 1, Fig. 2 oder Fig. 3 in einem zweiten Verfahrensschritt.

[0019] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum plastischen, spanlosen Umformen eines Rohrelements R , zu dessen Durchführung ein Umformwerkzeug 1 vorgesehen ist. Die Gestaltung des Umformwerkzeugs 1 gemäß den Fig. 1 bis 4 ist bevorzugt näherungsweise rotationssymmetrisch bezüglich einer Achse Z ausgeführt. Im Folgenden wird auf das Rohrelement R Bezug genommen, das in den Fig. 1 bis 4 dargestellt ist.

[0020] Das Umformwerkzeug 1 umfasst eine erste Matrize 2 und eine zweite Matrize 4 sowie einen Dorn 3. In nicht dargestellter Weise sind dem Umformwerkzeug 1 zumindest ein Presswerkzeug sowie in bevorzugter Weise eine Heizeinrichtung in Form einer Induktionsheizung zugeordnet.

[0021] Die erste Matrize 2 und die zweite Matrize 4 sind jeweils bevorzugt als im Wesentlichen kreisringförmiges, ungeteiltes Bauteil ausgeführt. Die erste Matrize 2 kann optional in einzelne Ringsegmente oder dergleichen unterteilt sein. Die erste Matrize 2 ist derart gestaltet, dass ein im Bereich eines Abschnitts A1 eingesetztes Rohrelement R passgenau bzw. mit geringem Spiel umgeben wird. Das Rohrelement R wird außerdem auf dem Dorn 3 geführt. Der Dorn 3 ist als im Wesentlichen kreiszylindrisches Bauteil gestaltet und mit einem nicht dargestellten Presswerkzeug verbunden. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist der Dorn als Sechskant mit einem in axialer Richtung in etwa konstanten Sechseckquerschnitt ausgeführt. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Dorn mit einem beliebigen Polygonquerschnitt oder dergleichen versehen, dabei kann das Rohrelement einen korrespondierenden Innenquerschnitt oder einen kreisförmigen Innenquerschnitt aufweisen, wobei letzterer im Verlauf des Umformverfahrens an die Kontur des Dorns anpassbar ist.

[0022] Die vom Presswerkzeug aufgebrachte Kraft ist in Fig. 1 durch einen Pfeil P1 gekennzeichnet. Der Dorn 3 ist derart gestaltet, dass er von dem in das Umformwerkzeug 1 eingesetzten Rohrelement R passgenau bzw. mit geringem Spiel umgeben wird. Das Rohrelement R ist etwa über die Hälfte seiner axialen Erstreckung in der ersten Matrize 2 aufgenommen und stößt stirnseitig an einem in den Figuren links dargestellten Ende 6 mit einer ersten Stirnfläche 7 an einen als Absatz ausgeführten ersten Anschlag 8 innerhalb der ersten Matrize 2 an.

[0023] Wie in Fig. 1 näher dargestellt, ist das der ersten Stirnfläche 7 gegenüberliegende, gestrichelt dargestellte Rohrende 9' unbearbeitet zunächst parallel verlaufend zur Achse Z ausgerichtet. Das Rohrende 9, 9' wird sowohl in einem ersten als auch in einem zweiten Verfahrensschritt durch Umformen bearbeitet; es bildet daher einen umzuformenden Bereich 10, der von einem parallel zur Z-Achse verlaufenden Teil 11 des Rohrelements R beginnt und an einem stirnseitig abragenden Endabschnitt 21 (zweite Stirnfläche) endet. Der verformte Zustand des Rohrendes 9 nach erfolgtem erstem Verfahrensschritt ist in der Fig. 1 entsprechend mit durchgezogenen Linien dargestellt.

[0024] In einem ersten Verfahrensschritt wird nun die zweite Matrize 4 mit Hilfe eines nicht näher dargestellten Presswerkzeugs in Richtung auf die erste Matrize 2 zu bewegt. Dieser Axialpressvorgang mit Hilfe des Presswerkzeugs ist in Fig. 1 durch einen Pfeil P2 gekennzeichnet. Die erste Matrize 2 dient als Gegenhalter zur zweiten Matrize 4, die somit die Funktion eines Stempels übernimmt. Insbesondere ist dabei das Rohrelement R zwischen erster Matrize 2 und Dorn 3 unbeweglich eingeklemmt. Eine derartige Fixierung wird mit Hilfe einer nennenswerten Oberflächenrauhigkeit an erster Matrize 2 und Dorn 3 begünstigt. Die Bewegung der zweiten Matrize 4 führt zu einer Verformung bzw. Stauchung des aus der ersten Matrize 2 herausstehenden Rohrendes 9, indem ein in etwa kegelstumpfförmiger dritter Anschlag 19 der zweiten Matrize mit einer kegeligen (oder alternativ parabolischen, kugeligen, elliptischen etc.) Anschlagfläche 20 in das Rohrende 9 hineindrückt. Entsprechend wird das Rohrende 9 trichterförmig, kugelabschnittsförmig, elliptisch, parabolisch oder in ähnlicher Geometrie (nicht notwendigerweise rotationssymmetrisch) aufgeweitet. Ein zwischen der Achse Z und dem Rohrende 9 bzw. der kegeligen Anschlagfläche 20 eingeschlossener Winkel α beträgt vorliegend etwa 45°. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist die Anschlagfläche aus wenigstens zwei Abschnitten gebildet, wobei ein erster vorderer Abschnitt einen kleineren Winkel α1 und ein zweiter hinterer Abschnitt einen größeren Winkel α2 zur Achse Z aufweist. In einem weiteren modifizierten Ausführungsbeispiel ist die Anschlagfläche aus wenigstens zwei Abschnitten gebildet, wobei ein erster vorderer Abschnitt einen größeren Winkel α1 und ein zweiter hinterer Abschnitt einen kleineren Winkel α2 zur Achse Z aufweist.

[0025] In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Anschlagfläche 20 eine erhöhte Oberflächenrauhigkeit auf, die eine Stauchung des umzuformenden Bereichs 10 begünstigt. Alternativ oder zusätzlich ist ferner vorsehbar, Querrillen, Rändel, Noppen., Kerben oder sonstige Oberflächenstrukturen in der Anschlagfläche 20 anzuordnen, um ebenfalls ein Anhaften von Material mit gleichzeitigem Stauch-Effekt zu erreichen.

[0026] Im Zuge des ersten Verfahrensschritts und des enthaltenen Axialpressvorgangs stößt die zweite Matrize 4 in nicht dargestellter Weise mit einem zweiten Anschlag 23 stirnseitig gegen den Endabschnitt 21 des Rohrelements, wobei eine trichterförmige Anschlagfläche 22 in etwa einen Winkel β von 45° mit der Symmetrieachse Z des Rohrelements aufweist und näherungsweise parallel zur schmalen Stirnseite des umzuformenden Bereichs 10 ausgerichtet ist. Die trichterförmige Anschlagfläche 22 ist ferner auch näherungsweise rechtwinklig angeordnet zur kegeligen Anschlagfläche 20, so dass zweiter Anschlag 23 und dritter Anschlag 19 zusammenwirkend eine ringförmige Rinne mit bevorzugt V-förmigem Querschnitt bilden, in der der Endabschnitt 21 des Rohrelements aufgenommen und abgestützt wird.

[0027] Mit Hilfe der solchermaßen gestalteten zweiten Matrize 4 wird der umzuformende Bereich 10 in axialer Richtung Z und/oder parallel zur Wandung des umzuformenden Bereichs 10 gestaucht und verkürzt, wenn die zweite Matrize 4 mitsamt dem Endabschnitt 21 in Richtung der ersten Matrize 2 bewegt wird. Dabei ergibt sich eine Vergrößerung der Wandstärke seitens des umzuformenden Bereichs 10, was insbesondere durch ein "Aufstauen" von Material am zweiten Anschlag 23 erreicht wird, wobei in bevorzugter Weise die Vergrößerung der Wandstärke zumindest so groß gewählt ist, dass die im Rahmen der Aufweitung erzeugte Reduzierung der Wandstärke kompensiert oder überkompensiert wird. Schließlich wird die stirnseitige Form des Rohrelements R im Bereich seines Endabschnitts 21 durch die Anschläge 19, 23 bis zum Ende des ersten Verfahrensschritts definiert.

[0028] Bevor der zweite Verfahrensschritt des Umformens erfolgen soll, ist während des Aufweitvorgangs des Rohrendes 9 ergänzend und bevorzugt zeitgleich vorgesehen, aus einem außerhalb des umzuformenden Bereichs 10 des Rohrelements R liegenden Abschnitt, wie beispielsweise dem parallel zur Achse Z verlaufenden Teil 11 des Rohrelements R, Material zu dem im zweiten Verfahrensschritt umzuformenden Bereich 10 nachzuschieben. Hierzu ist es vorgesehen, während des Aufweitvorgangs den Dorn 3 in Richtung zu der zweiten Matrize 4 hin zu bewegen. Um einen Transport von Rohrelementwerkstoff bzw. Material zu dem umzuformenden Bereich 10 mittels des Dorns 3 zu erhalten, hat der Dorn 3 hierzu eine besondere Oberflächenstruktur, die zu einem "Mitnahmeeffekt" des Rohrelementwerkstoff bzw. des Materials innerhalb der Rohrwahndung führt. Hierzu ist vorgesehen, eine das Rohrelement R berührende Außenfläche 15 des Dorns 3 entsprechend rauh auszubilden. Eine entsprechende Bewegung des Dorns 3 führt dann in der Aufweitphase zu einem Materialtransport in Richtung Rohrende 9. Es kann der Dorn 3 entlang seiner axialen Erstreckung komplett und zumindest teilweise mit einer rauhen Außenfläche 15 ausgebildet sein. Durch den Materialtransport lässt sich das Schrumpfen der Rohrwandung 9 bzw. der Wandstärkenschwund infolge des Aufweitens vorteilhafterweise vollständig ausgleichen. Es ist ferner möglich, eine gewisse Materialanhäufung 12 am Rohrende 9 zu erhalten, die vorteilhaft für den anschließenden Umformvorgang des umzuformenden Bereichs 10 ist.

[0029] Anstelle oder zusätzlich zu einer Aufrauhung der Außenfläche 15 des Dorns 3 ist es möglich, diesen mit einer umlaufenden Nut 14, mit mehreren Nuten und/oder Kerben, Noppen, Rändeln oder dergleichen zu versehen. So kann während der Bewegung des Dorns 3 in der Aufweitphase Material zunächst die Nut 14 ausfüllen, um anschließend weiteres Material in Richtung Rohrende 9 quasi mitzureißen. Die Nut 14 ist z.B. axial etwa in der Mitte des Rohrelements R am Dorn 3 aus der Außenfläche 15 ausgenommen, so dass noch genügend Raum für eine Verschiebung des Dorns 3 nach rechts zur zweiten Matrize 4 hin während der Aufweitphase vorliegt. Die Verschiebegeschwindigkeit des Dorns ist entsprechend zu wählen. Die Verschiebung des Dorns 3 kann kontinuierlich oder auch in mehreren kurzen Intervallen erfolgen.

[0030] Eine andere Möglichkeit einen Materialtransport in Richtung Rohrende 9 zu bewirken, ist in Fig. 2 dargestellt. Die Stirnfläche 7 am linken Ende 6 des Rohrelements R wird von einem Ring oder einer Hülse 17 stirnseitig bedeckt. Ein in Fig. 1 fester Anschlag 8 innerhalb der ersten Matrize 2 ist durch die Hülse 17 ersetzt. Über ein nicht näher dargestelltes Presswerkzeug kann ein neben der Gegenkrafterzeugung zur von der zweiten Matrize 4 aufgebrachten Stempelkraft P2 zum Aufweiten des Rohrendes 9 auch noch eine die Gegenkraft P2 übersteigende Axialpresskraft P1 aufgebracht werden, um so einen beweglichen Anschlag 8' zu erhalten. Der bewegliche Anschlag 8' bzw. ein kurzzeitiges oder länger andauerndes Verschieben der Hülse 17 in Richtung der zweiten Matrize 4 während des Aufweitvorgangs führt dann zu einer Verschiebung von Material in Richtung des Rohrendes 9. Eine solchermaßen erzeugte Materialverlagerung wirkt dann dem Wandstärkenschwund aufgrund der Aufweitung des Rohrendes 9 entgegen und führt ggf. zu einem Materialüberschuss 12 am Rohrende 9. Denkbar ist auch, den durch die Hülse 17 gebildeten beweglichen Anschlag 8' mit den Maßnahmen zum Materialtransport gemäß Fig. 1, insbesondere mit der rauhen Oberflächenstruktur des Dorns 3 und/oder der Nut 14 usw. zu kombinieren. Hierzu wäre dann noch ein weiteres Presswerkzeug angreifend am Dorn 3 vorsehbar.

[0031] In einem dritten, modifizierten Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 3 ist im Bereich des zweiten Anschlags 23 eine Anordnung mehrerer separater Druckelemente 24 vorgesehen. Die Druckelemente 24 umgeben die zweite Matrize 4 bevorzugt ringförmig und sind bevorzugt relativbeweglich zu dieser an der zweiten Matrize 4 gelagert. An den Druckelementen 24 ist jeweils eine Anschlagfläche 22' vorgesehen, die analog zur oben beschriebenen trichterförmigen Anschlagfläche 22 gegen das Rohrende 9 gedrückt werden kann. Bevorzugt bilden mehrere Anschlagflächen 22' zusammengenommen eine trichterförmige Anschlagfläche. Weiter bevorzugt ist zwischen den Anschlagflächen 22' und der kegeligen Anschlagfläche 20 ein Winkel zwischen 60° und 100° gebildet, wobei unterschiedliche Druckelemente 24 unterschiedliche Ausrichtung relativ zur kegeligen Anschlagfläche 20 aufweisen können.

[0032] Vorliegend sind die Druckelemente 24 parallel zur kegeligen Anschlagfläche 20 verschieblich geführt angeordnet, wobei mindestens einem Druckelement 24 eine Feder 25 zugeordnet ist, deren Federkraft das Druckelement 24 gegen das (teilumgeformte) Rohrende 9 drücken kann. Die Feder 25 kann als nichtverstellbare (mechanische) Feder ausgestaltet sein. Weiter bevorzugt ist die Feder mechanisch, hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch verstellbar ausgeführt.

[0033] Alternativ oder zusätzlich zu einer Feder 25 ist wenigstens einem Druckelement 24 insbesondere ein Antriebselement 26 zugeordnet, welches direkt oder indirekt Drehmoment oder Kraft auf ein Druckelement 24 ausübt. Das Antriebselement 26 ist über eine separate, nicht dargestellte Steuerungseinrichtung (z.B. NC-Rechnereinheit) ansteuerbar, wobei in der Steuerungseinrichtung beispielsweise ein Positionsverlauf, ein Kraftverlauf und/oder ein Geschwindigkeitsverlauf wenigstens eines Druckelements 24 für die Zeit der Durchführung des Verfahrensschritts hinterlegt ist. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel sind für mehrere Druckelemente 24 mehrere ggf. unterschiedliche Positions-, Kraft- und/oder Geschwindigkeitsverläufe abgespeichert. Ferner kann auch eine zeitlich variierende Federkennlinie hinterlegt sein. In einem weiteren modifizierten Ausführungsbeispiel ist mehreren Druckelementen ein gemeinsames Antriebselement 26 zugeordnet. In einem weiteren modifizierten Ausführungsbeispiel wirkt das Antriebselement 26 impulsartig bzw. stoßweise auf ein zugeordnetes Druckelement 24 ein, so dass dieses während des Umformverfahrens mehrmals kurzzeitig mit impulsartig an- und abschwellender Kraft gegen das Rohrende 9 drückt.

[0034] Mittels verstellbarer Druckelemente 24 lässt sich der Umformvorgang besonders gut dahingehend anpassen, dass eine maximal mögliche Anstauchung des Rohrendes 9 erreicht werden kann, die ohne Faltenbildung im umzuformenden Bereich 10 erreichbar ist. Schließlich ist auch von einer rotationssymmetrischen Form abzuweichen, indem unterschiedliche Druckelemente unterschiedlich angesteuert werden. Auch und gerade mit gepulsten Pressvorgängen (auch an einzelnen Druckelementen) lassen sich hohe oder lokal hohe Umformgrade erreichen.

[0035] Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen können ergänzend über eine Sensoreinheit in nicht dargestellter Weise an dem Umformwerkzeug 1 Messwerte erfasst werden, die insbesondere Rückschlüsse auf den Umformgrad des Rohrelements R ermöglichen. Anhand der erfassten Messwerte, die an die Steuerungseinrichtung übermittelt werden, errechnet die Steuerungseinrichtung eine Steuergröße wenigstens eines Druckelements 24 und/oder wenigstens einer Feder 25. Schließlich sind somit (via Steuerungseinrichtung sowie Antriebselement) Position, Federzustand und/oder Geschwindigkeit der Druckelemente 24 in Abhängigkeit vom Umformprozess einstellbar bzw. regelbar.

[0036] In Fig. 4 ist die endgültige Formgebung des gestrichelt angedeuteten, aufgeweiteten Rohrendes 9 gezeigt, das dann beispielsweise die Form eines abgestuften Flansches aufweist, der faltenfrei verdickt ist. Um dies zu erreichen, ist ein zweiter Verfahrensschritt vorgesehen, der darin besteht, das nach dem ersten Verfahrensschritt aufgeweitete Rohrende 9 in seine endgültige, an der ersten Matrize 2 anliegende Form zu bringen. Hierzu ist eine dritte Matrize 5 vorgesehen, welche nun als Stempel, ggf. in derselben Einspannung des Rohrelements R, das abgebogene Rohrende 9 in eine beliebige Form nachprägt. Vorteilhaft ist es dabei, wenn das Rohrende 9 über eine Materialanhäufung 12 verfügt, um bestimmte Endformen mit ausreichendem Material an bestimmten Stellen herstellen zu können.

[0037] Denkbar für das Endstück 9 bzw. die Endform sind neben der dargestellten abgestuften Form auch dicke Endflansche oder dünnwandige Flansche mit großem Durchmesser. Das Endstück kann aber auch Verdickungen zum Aufbringen von stirnseitigen oder radialen Verzahnungen, Rändeln usw. und Verstärkungen zum Anschweißen von Hebeln usw. aufweisen. Hierzu sind entsprechende Profilierungen an der dritten Matrize 5 vorsehbar.

[0038] Zur Realisierung des Aufweitvorgangs des Rohrendes 9 sowie zum Umformen in seine Endform mittels der dritten Matrize 5 ist es vorgesehen, das Rohrelement R lokal in seinem endseitigen Bereich 9, 10 oder insgesamt mittels der Heizeinrichtung auf eine Temperatur von beispielsweise ca. 700°C zu erwärmen und rasch in das Umformwerkzeug 1 einzusetzen. Das Umformverfahren kann jedoch grundsätzlich kalt, halbwarm oder warm durchgeführt werden. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel kann das Rohrelement R mit einem Temperaturprofil beaufschlagt werden, das an unterschiedlichen, axial und/oder radial voneinander beabstandeten Stellen des Rohrelements R unterschiedliche Temperaturen vorsieht.

[0039] Es versteht sich im übrigen, dass die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele sich nahezu beliebig kombinieren lassen.

[0040] Mit dem dargestellten Verfahren lassen sich spanlos und faltenfrei besonders breite, d. h. in axialer Richtung und gegebenenfalls auch in radialer Richtung ausgedehnte Verdickungen an Rohrelementen schaffen. Derartige Verdickungen sind besonders stabil bei dynamischen Belastungen eines solchermaßen gefertigten Maschinenelements und lassen sich mit hoher Genauigkeit herstellen. Somit eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere zur Herstellung von hohlen oder teilweise hohlen Wellen oder dergleichen. Mögliche Anwendungen bieten sich im Automobilbereich, z. B. bei Getriebewellen, Antriebswellen, Nockenwellen, Fahrwerksteilen, aber auch in der Bau- und Rohrleitungstechnik allgemein.

Ansprüche

1. Verfahren zum Umformen eines Rohrelements, bei dem

- ein Umformwerkzeug (1) eine erste Matrize (2) und eine zweite Matrize (4) aufweist,

- in einem ersten Verfahrensschritt ein freies Ende (9) des Rohrelements (R) zwischen der ersten Matrize (2) und der zweiten Matrize (4) mittels eines Axialpressvorgangs plastisch umgeformt, insbesondere trichterförmig aufgeweitet, dadurch gekennzeichnet, dass

- während des Axialpressvorgangs aus einem außerhalb eines umzuformenden Bereichs (10) des Rohrelements (R) Material des Rohrenelements zu dem umzuformenden Bereich (10) bzw. zur Aufweitungszone nachgeschoben wird und

- der umzuformende Bereich (10) unter Wandverdickung in axialer Richtung verkürzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass

- das Nachschieben des Materials zu dem umzuformenden Bereich (10) mittels eines das Rohrelement (R) innen abstützenden Dorns (3) bewerkstelligt wird,

- der sich während des Aufweitvorgangs in Richtung auf die zweiten Matrize (4) zu bewegt, und über eine entsprechende Oberflächenstruktur verfügt, mittels der Material des Rohrelements (R) zu dem umformenden Bereich (10) bzw. zur Aufweitungszone nachgeschoben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Oberflächenstruktur des Dorns (3) rau gestaltet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine oder mehrere Riefen und/oder Rillen und/oder Wülste und/oder Nuten (14) oder dergleichen am Dorn (3) vorgesehen sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Nachschieben des Materials über einen beweglichen ersten Anschlag (8') bewerkstelligt wird, der stirnseitig ein in der ersten Matrize (2) aufgenommenes Ende (6) des Rohrelements (R) während des Aufweitvorgangs in Richtung der zweiten Matrize (4) hin bewegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der bewegliche Anschlag (8') in Form eines Ringes oder Hülse (17) ausgebildet ist und stirnseitig an einer Stirnfläche (7) am Ende (6) des Rohrelements (R) zur Anlage gelangt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der zweiten Matrize (4) ein zweiter Anschlag (19, 23) vorgesehen, an dem der umzuformende Bereich (10) des Rohrelements (R) stirnseitig abstützbar ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein zweiter Anschlag (19, 23) wenigstens ein relativbeweglich an der zweiten Matrize (4) gelagertes Druckelement umfasst, welches den umzuformenden Bereich (10) des Rohrelements (R) wenigstens abschnittsweise stirnseitig abstützt.

9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Druckelement mittels einer Feder und/oder eines fremdbetätigbaren Antriebs verstellbar ausgeführt ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
mehrere separat voneinander verstellbare Druckelemente vorgesehen sind, die insbesondere ringförmig an der zweiten Matrize (4) angeordnet sind.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der zweiten Matrize (4) ein insbesondere dritter Anschlag (19) vorgesehen ist, an dem der umzuformende Bereich (10) des Rohrelements stirnseitig abstützbar ist, wobei der insbesondere dritte Anschlag (19) wenigstens abschnittsweise in das Rohrelement eingreift und mit dem zweiten Anschlag (23) einen Winkel von 70° bis 100° einnimmt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einem zweiten Verfahrensschritt mittels eines zweiten Axialpressvorgangs einer zur Ausformung bereitgestellten dritten Matrize (5) das Rohrelement (R) im Bereich eines trichterförmig aufweiteten bzw. umgeformten Endes (9) in seine Endform (18) umgeformt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Endform (18) als Flansch ausgeführt ist, der Verdickungen zum Aufbringen von stirnseitigen oder radialen Verzahnungen, Rändeln und dergleichen oder zum Aufbringen von Verstärkungen zum Anschweißen von Hebeln und dergleichen aufweist.

Claims

1. A method for the shaping of a pipe element, in which

- a shaping tool (1) has a first die (2) and a second die (4),

- in a first method step, a free end (9) of the pipe element (R) is shaped plastically between the first die (2) and the second die (4) by means of an axial pressing procedure, particularly widened in a funnel-shaped manner, characterised in that

- during the axial pressing procedure, from outside of a region (10) to be shaped of the pipe element (R), material of the pipe element is advanced to the region (10) to be shaped or to the widening zone, and

- the region (10) to be shaped is shortened in the axial direction with wall thickening.

2. The method according to Claim 1,
characterised in that

- the advancing of the material to the region (10) to be shaped is implemented by means of a mandrel (3) which inwardly supports the pipe element (R),

- the mandrel moves in the direction towards the second die (4) during the widening procedure and has a corresponding surface structure, by means of which material of the pipe element (R) is advanced to the region (10) to be shaped or to the widening zone.

3. The method according to Claim 2,
characterised in that
the surface structure of the mandrel (3) is constructed in a rough manner.

4. The method according to Claim 2 or 3,
characterised in that
one or more striae and/or channels and/or beads and/or grooves (14) or the like are provided on the mandrel (3).

5. The method according to Claim 1 or 2,
characterised in that
the advancing of the material is implemented by means of a movable first stop (8') which at the end-face side moves an end (6) of the pipe element (R) accommodated in the first die (2) in the direction of the second die (4) during the widening procedure.

6. The method according to Claim 5,
characterised in that
the movable stop (8') is constructed in the form of a ring or sleeve (17) and at the end-face side comes to rest against an end face (7) at the end (6) of the pipe element (R).

7. The method according to any one of Claims 1 to 6,
characterised in that
a second stop (19, 23) is provided at the second die (4), on which stop the region (10) to be shaped of the pipe element (R) can be supported at the end-face side.

8. The method according to any one of Claims 1 to 7,
characterised in that
a second stop (19, 23) comprises at least one pressing element which is mounted on the second die (4) such that it can be moved relatively and supports the region (10) to be shaped of the pipe element (R) at least in sections at the end-face side.

9. The method according to Claim 8,
characterised in that
the pressing element is realised such that it can be adjusted by means of a spring and/or a drive that can be actuated independently.

10. The method according to any one of Claims 8 to 9,
characterised in that
a plurality of pressing elements which can be adjusted separately from one another are provided, which are arranged in particular annularly on the second die (4).

11. The method according to any one of Claims 1 to 10,
characterised in that
a in particular third stop (19) is provided on the second die (4), on which third stop, the region (10) to be shaped of the pipe element can be supported at the end-face side, wherein the in particular third stop (19) engages at least in sections into the pipe element and forms an angle of 70° to 100° with the second stop (23).

12. The method according to any one of Claims 1 to 11,
characterised in that
in a second method step, in the region of an end (9) which is widened or shaped in a funnel-shaped manner, the pipe element (R) is shaped into its final shape (18) by means of a second axial pressing procedure of a third die (5) provided for shaping.

13. The method according to Claim 12,
characterised in that
the final shape (18) is realised as a flange which has thickenings for the application of end-face or radial teeth, knurls and the like or for the application of reinforcements for the welding on of levers and the like.

Revendications

1. Procédé de formage d'un élément tubulaire, dans lequel

- un outil de formage (1) présente une première matrice (2) et une deuxième matrice (4),

- dans une première étape de procédé, une extrémité libre (9) de l'élément tubulaire (R) est transformé plastiquement entre la première matrice (2) et la deuxième matrice (4) au moyen d'un cycle de moulage axial, en particulier élargi en forme d'entonnoir, caractérisé en ce que

- pendant le cycle de moulage axial, du matériau de l'élément tubulaire est poussé de l'extérieur d'une zone à transformer (10) de l'élément tubulaire (R) dans la zone à transformer (10) ou dans la zone d'élargissement, et

- la zone à transformer (10) est réduite dans le sens axial avec épaississement de paroi.

2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que

- la poussée du matériau dans la zone à transformer (10) est réalisée au moyen d'un mandrin (3) qui sert d'appui intérieur à l'élément tubulaire (R),

- ledit mandrin se déplace pendant l'opération d'élargissement vers la deuxième matrice (4) et dispose d'une structure superficielle correspondante au moyen de laquelle le matériau de l'élément tubulaire (R) est poussé dans la zone à transformer (10) ou dans la zone d'élargissement.

3. Procédé selon la revendication 2,
caractérisé en ce que
la structure superficielle du mandrin (3) est rugueuse.

4. Procédé selon la revendication 2 ou 3,
caractérisé en ce que
une ou plusieurs cannelures et/ou stries et/ou renflements et/ou rainures (14) ou autres semblables sont prévus sur le mandrin (3).

5. Procédé selon la revendication 1 ou 2,
caractérisé en ce que
la poussée du matériau est réalisée à l'aide d'une première butée mobile (8') qui déplace en bout une extrémité (6), logée dans la première matrice (2), de l'élément tubulaire (R) pendant l'opération d'élargissement vers la deuxième matrice (4).

6. Procédé selon la revendication 5,
caractérisé en ce que
la butée mobile (8') est formée comme un anneau ou une douille (17) et parvient à l'installation en bout à une face terminale (7) se trouvant à l'extrémité (6) de l'élément tubulaire (R).

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que
il est prévu au niveau de la deuxième matrice (4) une deuxième butée (19, 23) sur laquelle peut s'appuyer en bout la zone à transformer (10) de l'élément tubulaire (R).

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce que
une deuxième butée (19, 23) comprend au moins un élément de pression logé de manière à pouvoir se déplacer relativement au niveau de la deuxième matrice (4), élément de pression sur lequel s'appuie en bout au moins par section la zone à transformer (10) de l'élément tubulaire (R).

9. Procédé selon la revendication 8,
caractérisé en ce que
l'élément de pression est réalisé de manière à être mobile au moyen d'un ressort et/ou d'un mécanisme d'entraînement à actionnement externe.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 9,
caractérisé en ce que
plusieurs éléments de pression pouvant être déplacés indépendamment l'un de l'autre sont prévus, éléments de pression disposés en particulier en forme d'anneau au niveau de la deuxième matrice (4).

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10,
caractérisé en ce que
il est prévu au niveau de la deuxième matrice (4) une en particulier troisième butée (19) sur laquelle peut s'appuyer en bout la zone à transformer (10) de l'élément tubulaire, étant donné que la en particulier troisième butée (19) prend au moins par section dans l'élément tubulaire et forme avec la deuxième butée (23) un angle de 70° à 100°.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11,
caractérisé en ce que
dans une deuxième étape de procédé, l'élément tubulaire (R) est transformé en sa forme finale (18) au niveau d'une extrémité (9) élargie en forme d'entonnoir ou transformée au moyen d'une deuxième opération de moulage axial d'une troisième matrice (5) fournie pour le formage final.

13. Procédé selon la revendication 12,
caractérisé en ce que
la forme finale (18) est réalisée comme bride qui présente des renflements pour l'application de dentures, molettes en bout ou radiales et autres semblables ou pour l'application de renforcements pour la soudure de leviers et autres semblables.

Zeichnung