DE10337398A1

DE10337398A1 - Internal high pressure deformation device for pipes has a boring for finishing region of workpiece leaving gap filled with fluid

Info

Publication number: DE10337398A1
Application number: DE2003137398
Authority: DE
Inventors: Martin Sindler; Klaus Prof. Dr.-Ing. Siegert; Aribert Prof. Dr.-Ing.(habil.) Schwager
Original assignee: Forschungsgesellschaft Umformtechnik mbH
Current assignee: Forschungsgesellschaft Umformtechnik mbH
Priority date: 2003-08-13
Filing date: 2003-08-13
Publication date: 2005-03-17

Abstract

That the formation device includes a deforming tool (2, 3) with an engraving corresponding to the required final shape. It includes a fluid pressure input (5) into the workpiece cavity and a finishing punch (20) to move the workpiece longitudinally. The finishing region includes a boring (10) with a fluid-filled gap (S1) between it and the outside of the finishing region.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Innenhochdruckumformen nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Nach DE 198 39 535 C1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Innenhochdruckumformen bekannt, mit welcher die Reibung an der Außenwandung des Rohres beim Nachschieben verringert werden soll. Dies erfolgt durch Schwingungsbeaufschlagung mindestens eines Werkzeugteiles, welches mit dem Rohrende in Reibkontakt steht. Dies ist sehr aufwendig zu realisieren, wobei die Reibung immer sehr hoch ist.The invention relates to a device for hydroforming according to the preamble of the first claim. To DE 198 39 535 C1 a method and a device for hydroforming is known with which the friction on the outer wall of the tube to be reduced when re-pushing. This is done by vibration exposure of at least one tool part, which is in frictional contact with the pipe end. This is very complicated to realize, the friction is always very high.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Reibung an der Rohrwandung im Nachschiebebereich des Rohres gegen Null gehen zu lassen.task The invention is the friction on the pipe wall in Nachschiebebereich of the pipe to let go to zero.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.These Task is according to the invention with the Characteristics of the first claim solved. Advantageous versions emerge from the dependent claims.

Die Vorrichtung zum Innenhochdruckumformen eines Werkstückes, besteht dabei bekannter Weise aus einem entlang der Längsachse geteilten Innenhochdruck- Umformwerkzeug, welches eine Gravur entsprechend der zu erzeugenden Werkstückform aufweist, wobei ein Druckerzeuger und eine Druckmittelzuführung in den Innenraum des Werkstücks für ein Fluid Anwendung finden und mittels eines Nachschiebestempels das Werkstück entlang seiner Längsachse axial abdichtbar und in einem Nachschiebebereich nachschiebbar ist. Erfindungsgemäß wird beim Innenhochdruck-Umformen der Nachschiebebereich des Werkstücks von einer Bohrung aufgenommen, wobei zwischen dem Innendurchmesser der Bohrung und dem Außendurchmesser des Nachschiebebereiches des Werkstücks ein mit Fluid gefüllter Spalt vorhanden ist. Der im Spalt vorhandene Druck des Fluids entspricht dabei dem Druck des Fluids im Inneren des Werkstücks, welches bevorzugt als Rohr ausgebildet ist. Die Bohrung zur Aufnahme des Nachschiebebereiches ist dabei bevorzuge in einem Nachschiebezylinder ausgebildet, wobei in dieser Bohrung auch der Nachschiebestempel geführt wird.The Device for hydroforming a workpiece exists known manner from a divided along the longitudinal axis hydroforming forming tool, which has an engraving according to the workpiece shape to be produced, wherein a pressure generator and a pressure medium supply into the interior of the workpiece for a fluid Find application and by means of a Nachschiebestempels along the workpiece its longitudinal axis axially sealable and nachschiebbar in a Nachschiebebereich. According to the invention Hydroforming the Nachschiebebereich the workpiece of a bore, wherein between the inner diameter of the Bore and the outer diameter the Nachschiebebereiches of the workpiece a fluid-filled gap is available. The present in the gap pressure of the fluid corresponds thereby the pressure of the fluid in the interior of the workpiece, which preferably as Pipe is formed. The hole for receiving the Nachschiebebereiches is preferably formed in a Nachschiebezylinder, wherein in this hole also the Nachschiebestempel is led.

Der Nachschiebestempel weist von einer an den mit dem Fluid gefüllten Innenraum angrenzenden Fläche zu seinem Außendurchmesser einen Durchbruch auf, wobei zwischen dem Außendurchmesser des Nachschiebestempels und dem Innendurchmesser der Bohrung ein Spalt vorhanden ist, der mit dem Spalt zwischen dem Außendurchmesser des Nachschiebebereiches und dem Innendurchmesser der Bohrung in Verbindung steht, so dass das Fluid aus dem Innenraum des Werkstücks in den Spalt umlenkbar ist.Of the Nachschiebestempel points from one to the filled with the fluid interior adjacent area to its outer diameter a breakthrough, wherein between the outer diameter of the Nachschiebestempels and the inner diameter of the bore is a gap, the with the gap between the outside diameter of the Nachschiebebereiches and the inner diameter of the bore in connection stands, allowing the fluid from the interior of the workpiece into the gap is deflectable.

Der Nachschiebezylinder liegt während des Innenhochdruck-Umformens am Innenhochdruck-Umformwerkzeug an.Of the Nachschiebezylinder lies during of hydroforming on the hydroforming forming tool.

Der Spalt zwischen Außendurchmesser des Nachschiebebereiches des Werkstücks und Innendurchmesser der Bohrung in Richtung zum Innenhochdruck-Umformwerkzeug ist bevorzugt mittels einer an der Außenwandung des Rohres anliegende Radialdichtung geschlossen. Der Spalt zwischen der Bohrung des Nachschiebezylinders und dem Außendurchmesser des Nachschiebestempel wird durch eine am Außendurchmesser des Nachschiebestempels anliegende zweite Radialdichtung abgeschlossen. Mit dem Spalt steht eine Entlüftungsbohrung in Verbindung.Of the Gap between outer diameter the Nachschiebebereiches of the workpiece and inner diameter of Drilling in the direction of the hydroforming forming tool is preferred by means of a on the outer wall closed radial seal of the tube closed. The gap between the bore of the Nachschiebezylinders and the outer diameter of the Nachschiebestempel is by one on the outside diameter completed the Nachschiebestempels fitting second radial seal. With the gap is a vent hole in connection.

Der Nachschiebestempel ist an einer Stempelplatte angeordnet, die bevorzugt über in Ausnehmungen des Nachschiebezylinders eingreifbare Führungsstangen axial hydraulisch verschiebbar ist. Zur Vereinfachung des Einlegens und der Entnahme des Werkstücks und zur Reduzierung des Weges der Vorschubbewegung ist die Stempelplatte mit dem Nachschiebestempel schwenkbar gelagert, wobei der Schwenkwinkel bevorzugt 90° bis 180° beträgt. Durch den Fluidspalt an der Rohraußenwandung wird die Reibung beim Nachschieben des Rohres in dessen Nachschiebebereich fast bis auf Null reduziert.Of the Nachschiebestempel is arranged on a stamp plate, preferably over in recesses the Nachschiebezylinders engageable guide rods axially hydraulically is displaceable. To simplify insertion and removal of the workpiece and to reduce the path of the feed motion is the stamp plate pivotally mounted with the Nachschiebestempel, wherein the swivel angle preferably 90 ° to 180 °. By becomes the fluid gap on the tube outer wall the friction when pushing the pipe in the Nachschiebebereich almost reduced to zero.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to an embodiment and associated drawings explained in more detail. It demonstrate:

1: Vorrichtung des IHU-Werkzeuges in Ausgangsposition (Explosivdarstellung), 1 : Device of the hydroforming tool in starting position (exploded view),

2: Vorrichtung mit ins IHU-Werkzeug eingelegtem Rohr in Ausgangsposition, 2 : Device with tube inserted into the hydroforming tool in starting position,

3: Vorrichtung bei Beginn des Innenhochdruck-Umformens, 3 : Device at the beginning of hydroforming,

4: Vorrichtung nach Beendigung des Innenhochdruck-Umformens, 4 : Device after completion of hydroforming,

5: Vorrichtung nach Beendigung des Innenhochdruck-Umformens mit geöffneten Werkzeughälften zur Entnahme des Werkstücks. 5 : Device after completion of hydroforming with open tool halves for removal of the workpiece.

Gem. 1 bis 5 besteht die Vorrichtung zum Innenhochdruckumformen eines Rohres 1 aus dem Innenhochdruck-Umformwerkzeug A, dem Nachschiebezylinder B und der Stempelplatte C. Das Innenhochdruck-Umformwerkzeug A weist eine obere Werkzeughälfte 2 und eine untere Werkzeughälfte 3 auf. In den Werkzeughälften 2 und 3 ist eine Gravur 4 entsprechend der zu erzeugenden Werkstückform eingebracht. Weiterhin ist eine Druckmittelzuführung 5 zur Zuleitung des Fluids Flu in das Rohr 1 vorgesehen. Weiterhin ist am IHU-Werkzeug A in Richtung zum Nachschiebezylinder B ein axial wirkender Druckring 6 angeordnet. Der Nachschiebezylinder B ist im Ausführungsbeispiel (1) auf Rollen 23 gelagert und weist eine Nachschiebebohrung 10 mit einem Innendurchmesser d10 auf, in die eine Entlüftungsbohrung 11 mündet. Es ist weiterhin eine erste radiale Dichtung 12 in Richtung zum Innenhochdruck-Umformwerkzeug A und eine zweite radiale Dichtung 13 in Richtung zur Stempelplatte C vorgesehen. Mindestens zwei erste achsparallele Führungsbohrungen 14 sind zur Aufnahme von in Richtung zum Innenhochdruck-Umformwerkzeug A reichenden ersten Stangen 15 vorgesehen und mindestens zwei zweite achsparallele Führungsbohrungen 16 dienen zur Aufnahme von in Richtung zur Stempelplatte C weisenden zweiten Stangen 17. Zu jeder ersten Führungsbohrung 14 führt (in Richtung zu deren Bohrungsgrund) eine erste Druckzufuhr L1 und zu jeder zweiten Führungsbohrung 16 führt (in Richtung zu deren Bohrungsgrund) eine zweite Druckzufuhr L2. An der Stempelplatte C ist der Nachschiebestempel 20 angeordnet, beide sind fest miteinander verbunden. Dieser weist von seiner in Richtung zum Innenhochdruck-Umformwerkzeug A weisenden Stirnfläche 21 zu seinem Außendurchmesser D20 Überströmöffnungen 22 auf.Gem. 1 to 5 the device consists of hydroforming a tube 1 from the hydroforming A, the Nachschiebezylinder B and the punch plate C. The hydroforming A has an upper mold half 2 and a lower tool half 3 on. In the tool halves 2 and 3 is an engraving 4 introduced according to the workpiece shape to be generated. Furthermore, a pressure medium supply 5 for supplying the fluid Flu into the tube 1 intended. Furthermore, the hydroforming tool A in the direction of the Nachschiebzylinder B an axially acting pressure ring 6 arranged. The Nachschiebezylinder B is in the embodiment ( 1 ) on rolls 23 stored and has a Nachschiebebohrung 10 with an inner diameter d10, in which a vent hole 11 empties. It is also a first radial seal 12 towards the hydroforming die A and a second radial seal 13 provided in the direction of the stamp plate C. At least two first axis-parallel guide holes 14 are for receiving in the direction of the hydroforming A reaching reaching first rods 15 provided and at least two second axially parallel guide holes 16 serve to receive in the direction of the punch plate C facing second rods 17 , At every first pilot hole 14 leads (towards its bore bottom) a first pressure supply L1 and to each second guide bore 16 leads (towards the bottom of the hole) a second pressure supply L2. On the stamp plate C is the Nachschiebestempel 20 arranged, both are firmly connected. This points from its pointing in the direction of the hydroforming forming tool A end face 21 to its outer diameter D20 overflow openings 22 on.

Die zweite radiale Dichtung 13 kann auch am Nachschiebestempel 20 angeordnet werden.The second radial seal 13 can also at the Nachschiebestempel 20 to be ordered.

Der Außendurchmesser D1 des Rohres 1 ist kleiner als der Innendurchmesser d10 der Nachschiebebohrung 10, so dass zwischen diesen ein erster Spalt S1 vorhanden ist (3-4). Der Nachschiebestempel 20 weist an seinem Außendurchmesser D20 mindestens einen Bereich auf, der eine Verbindung von der Überströmöffnung 22 zum ersten Spalt S1 gewährleistet. Bevorzugt ist dafür der Außendurchmesser D20 des Stempels 20 kleiner als der Innendurchmesser d10 der Nachschiebebohrung 10, so dass ein zweiter Spalt S2 gebildet wird, der mit dem ersten Spalt S1 in Verbindung steht. Zwischen dem IHU-Werkzeug A und dem Nachschiebezylinder B ist ein axial wirkender Dichtring 6 angeordnet. Der erste Spalt S1 wird in Richtung zum IHU-Werkzeug durch die erste Radialdichtung 12 und der zweite Spalt S2 in Richtung zur Stempelplatte C durch die zweite Radialdichtung 13 begrenzt.The outer diameter D1 of the pipe 1 is smaller than the inner diameter d10 of the Nachschiebebohrung 10 such that there is a first gap S1 between them ( 3 - 4 ). The Nachschiebestempel 20 has at its outer diameter D20 at least a portion of the connection from the overflow 22 guaranteed to the first gap S1. Preferred for this is the outer diameter D20 of the punch 20 smaller than the inner diameter d10 of the extension hole 10 so that a second gap S2 is formed, which communicates with the first gap S1. Between the hydroforming tool A and the Nachschiebzylinder B is an axially acting sealing ring 6 arranged. The first gap S1 becomes toward the hydroforming tool through the first radial seal 12 and the second gap S2 toward the stamp plate C through the second radial seal 13 limited.

Gem. 1 wurde das Rohr 1 in das IHU-Werkzeug A eingelegt und das IHU-Werkzeug geschlossen. Der Nachschiebebereich 1.1 ragt über das IHU-Werkzeug in Richtung zum Nachschiebezylinder B hinaus. Der Nachschiebestempel 20 reicht mit seinem vorderen Ende in Richtung des Nachschiebebereiches 1.1. Nun fährt der Nachschiebezylinder B durch Druckmittelbeaufschlagung der zweiten Führungsbohrungen 16 und somit durch das Ausfahren der zweiten Führungsstangen 17 gegen die feststehende Stempelplatte C in Richtung zum IHU-Werkzeug A, bis er unter axialer Vorspannung am IHU-Werkzeug anliegt, wobei der Druckring 6 axial abdichtet. Gleichzeitig wird die erste Radialdichtung 12 gegen den Außendurchmesser D1 des Rohres 1 gepresst und dichtet den ersten Spalt S1 ab. Der Stempel 20 fährt in Richtung zum IHU-Werkzeug A, so dass dieser durch die Bohrung 10 des Nachschiebezylinders B reicht und mit einem Absatz an der Stirnfläche des Nachschiebebereiches 1.1 anliegt. Danach erfolgt über die Druckmittelzuführung 5 die Zuleitung des Fluids Flu in den Innenraum des Rohres 1, wodurch dieses aufgeweitet wird. Gleichzeitig fährt der Stempel 20 weiter in Richtung zum IHU-Werkzeug und „schiebt" den Nachschiebebereich 1.1 des Rohres 1 in Richtung zum IHU-Werkzeug A nach. Dabei strömt durch die Überströmöffnungen 22 im Stempel 20 das Fluid Flu in den zweiten Spalt S2 und in den ersten Spalt S1 zwischen Außendurchmesser D1 des Rohres 1 und Außendurchmesser D20 des Stempels 20 und Innendurchmesser d10 der Nachschiebebohrung 10 (3). Die Entlüftungsbohrung 11 dient dabei zur Entlüftung. Bei Beendigung des IHU-Vorganges (4) wurde die Gravur 4 vollständig ausgeformt und der Nachschiebestempel 20 steht in seiner in Richtung zum IHU-Werkzeug vordersten Position. Nun wird über Druckbeaufschlagung der ersten Führungsbohrungen 14 über die erste Druckzuführungen L1 (bei Druckentlastung der zweiten Führungsbohrungen 16) durch Ausfahren der Führungsstangen 15 der Nachschiebezylinder B vom IHU-Werkzeug A in Richtung zur Stempelplatte C weg bewegt und das IHU-Werkzeug A geöffnet (5) Das IHU-geformte Rohr 1 kann nun entnommen werden.Gem. 1 became the pipe 1 inserted in the hydroforming tool A and the hydroforming tool is closed. The Nachschiebebereich 1.1 projects beyond the hydroforming tool in the direction of the Nachschiebzylinder B addition. The Nachschiebestempel 20 extends with its front end towards the Nachschiebebereiches 1.1 , Now moves the Nachschiebzylinder B by pressurizing the second guide holes 16 and thus by the extension of the second guide rods 17 against the stationary punch plate C in the direction of the hydroforming A tool until it rests under axial bias on the hydroforming die, wherein the pressure ring 6 axially seals. At the same time, the first radial seal 12 against the outer diameter D1 of the tube 1 pressed and seals the first gap S1. The Stamp 20 moves in the direction of the hydroforming tool A, so that this through the hole 10 of the Nachschiebezylinders B and with a paragraph on the end face of the Nachschiebebereiches 1.1 is applied. Thereafter, via the pressure medium supply 5 the supply of fluid Flu in the interior of the tube 1 , whereby this is widened. At the same time the stamp moves 20 continue toward the hydroforming tool and "push" the re-shift area 1.1 of the pipe 1 towards the hydroforming tool A. It flows through the overflow 22 in the stamp 20 the fluid flow into the second gap S2 and into the first gap S1 between the outer diameter D1 of the tube 1 and outer diameter D20 of the punch 20 and inner diameter d10 of Nachschiebbohrung 10 ( 3 ). The vent hole 11 serves for venting. At the end of the hydroforming process ( 4 ) was the engraving 4 completely formed and the Nachschiebestempel 20 stands in its foremost position towards the hydroforming tool. Now is about pressurization of the first guide holes 14 via the first pressure feeders L1 (with pressure relief of the second guide bores 16 ) by extending the guide rods 15 the Nachschiebezylinder B from the hydroforming A tool in the direction of the punch plate C moves away and the hydroforming A tool open ( 5 ) The hydroformed pipe 1 can now be removed.

Die Stempelplatte C und der Stempel 20 können schwenkbar gelagert sein, um das Einlegen und Entnehmen der Rohres 1 nicht zu behindern.The stamp plate C and the stamp 20 can be pivotally mounted to the insertion and removal of the pipe 1 not to hinder.

Zur Verbesserung der axialen Führung des Stempels 20 und des Rohres in der Nachschiebebohrung 10 kann dieser ein oder mehrere (nicht dargestellte) Führungselemente aufweisen, die innen an der Nachschiebebohrung 10 entlang gleiten.To improve the axial guidance of the punch 20 and the pipe in the supply hole 10 This may have one or more (not shown) guide elements, the inside of the Nachschiebebohrung 10 glide along.

Durch das Umlenken des Fluids Flu aus dem Innenraum des Rohres 1 in den Spalt S1 ist der Innendruck im Rohr 1 gleich dem Außendruck im Spalt S1 (Nachschiebebereich). Mit der Erfindung wurde eine äußerst einfache Methode zur Reduzierung der Reibung im Nachschiebbebereich des Rohres fast biss auf Null geschaffen.By deflecting the fluid Flu from the interior of the tube 1 in the gap S1 is the internal pressure in the pipe 1 equal to the external pressure in the gap S1 (Nachschiebebereich). With the invention, an extremely simple method for reducing the friction in the Nachschiebbebereich the tube was created almost to zero.

Claims

Apparatus for hydroforming a workpiece, comprising an internal high-pressure forming tool which is split along the longitudinal axis and has an engraving corresponding to the workpiece shape to be produced, using a pressure generator and a pressure medium feed into the interior of the workpiece for a fluid and a postmark by means of which the workpiece is along axially sealed in its longitudinal axis and is nachschiebbar in a Nachschiebebereich, characterized in that the hydroforming of the Nachschiebebereich of the workpiece is received by a bore, wherein between the inner diameter of the bore and the outer diameter of the Nachschiebebereiches the workpiece a fluid-filled first gap is present ,

Device according to claim 1, characterized in that the pressure of the fluid present in the first gap is equal to the pressure of the Fluids in the interior of the workpiece equivalent.

Device according to Claim 1 or 2, characterized that the bore for receiving the Nachschiebebereiches in a Nachschiebezylinder trained and in this hole the Nachschiebestempel is tangible.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized that the Nachschiebestempel has a breakthrough that of a at the filled with the fluid Interior adjacent area to its outer diameter ranges and that between the outside diameter the Nachschiebestempels and the inner diameter of the bore second gap is present, with the first gap between outer diameter the Nachschiebebereiches and inner diameter of the bore in connection stands, so that the fluid from the interior of the workpiece in the first gap is deflected.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized that the Nachschiebezylinder during of the hydroforming resists the hydroforming tool.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized that between Nachschiebezylinder and hydroforming a Axial seal is arranged.

Device according to one of claims 1 to 6, characterized that the first gap between the outer diameter of the Nachschiebebereiches of the workpiece and inner diameter of the bore toward the hydroforming forming tool is closed.

Device according to claim 7, characterized in that that the first gap in the direction of the hydroforming die by one on the outer wall the tube fitting first radial seal is completed.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized that the second gap between the bore of the Nachschiebezylinders and the outside diameter of the Nachschiebestempel by one on the outer diameter of the Nachschiebestempels fitting second radial seal is completed.

Device according to one of claims 1 to 9, characterized that with the first gap a vent hole in communication stands.

Device according to one of claims 1 to 10, characterized that the Nachschiebestempel is arranged on a stamp plate.

Device according to claim 11, characterized in that that the Nachschiebezylinder over guide rods is axially displaceable hydraulically.

Device according to one of claims 3 to 12, characterized that the Nachschiebezylinder is axially divided.

Device according to claim 11 or 12, characterized in that that the stamp plate is pivotable with the Nachschiebestempel.

Device according to claim 14, characterized in that that the stamp plate can be swiveled through 90 ° to 180 ° is.