DE1602580A1 - Form fuer die Hochenergieumformung mittels eines hydraulischen Druckstosses - Google Patents

Description

"Porm für die Hochenergieumformung mittels eines hydraulischen Druckstoßes"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Hochenergieumfοrmen und ist insbesondere auf die Vergrößerung und Verbesserung der Maßhaltigkeit der Werkstücke sowie auf die Verbesserung der Form gerichtet.

Um dies zu erreichen, wird erfindimgsgemäß eine form vorgeschlagen, die aus einer Innen- und einer Außenform besteht, deren Berührungsfläche mit einer Kammer der Gesamtfläche x_a versehen ist, wobei a-diejenige Fläche

der Außenseite der Innenform bezeichnet, die der Kammer gegenüberliegt und £a so gewählt wird_s daß ^_a»P größer ist als der G-esamtdruck von 2? ILP, R der¹ Innendurchmesser des Vorwerkstück©s md -L die Länge desjenigen fells d©s Vorwerkstück©s igt., auf dem der Draekstoß P you seite IaB¹T zur Wirkung

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Des weiteren wird mit der Erfindung eine ΙΌπη vorgeschlagen, "bei der der Verformungsdruck auf beide Seiten des zu verformenden Materials axial unter Verwendung eines Kolbens wirkt, der gleichzeitig einem hydraulischen Druckstoß unterworfen wird, wobei in diesem Falle die der Einwirkung des hydraulischen Druckstoßes unterliegende Oberfläche oder der dynamische Druck des Kolbens stufenförmig oder geneigt ausgebildet sind, so daß die effektiv dem Druck unterliegende Oberfläche veränderbar ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Form zum Verformen von Werkstoffen mittels eines hydraulischen Druckstoßes,

Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 dargestellten Form,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Teil eines in der Form nach der Erfindung hergestellten Werkstückes,

Fig. 4 und 5 Diagramme, die die verschiedenen Verformungszustände in dem Stadium veranschaulichen, bei dem die äußere Form nicht bewegt wird (Fig. 4) und nach dem die äußere Form bewegt wurde (Fig. 5),

Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung und

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Pig. 7 "bis 9 im Längsschnitt Einzelheiten des Kolbens einer Form nach Pig. 6, wobei nur die obere Hälfte der Form dargestellt ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Pig* 1 bis 5 besteht die erfindungsgemäße Form aus einer inneren Form 1, einer äußeren Porm 2, einer Kammer 3, einem freien Raum 4, dem zu verformenden Vorwerkstück 5, einem Werkstückhalter 6, wobei auf der Innenseite der inneren Porm 1 der freie . Raum 4 und das Vorwerkstück 5 liegen, während der Werkstückhalter 6 mittels einer Dichtung 8 in eine Seite des Vorwerkstückes 5 eingesetzt ist. Eine Rohrleitung 7i die mit einer hydraulischen Druckkammer (nicht dargestellt) in Verbindung steht, ragt in die andere Seite des Vorwerkstückes 5 hinein und ist mittels einer Packung 9 abgedichtet, während an der Außenseite der Innenform eine Leitung 13 mündet, die ebenfalls mit der (nicht dargestellten) hydraulischen Druckkammer in Verbindung steht, wobei die Packungen 10, 11 den zwischen der Innenform 1 und der Außenform 2 liegenden Ringraum 3, in den die Leitung 13 mündet, abdichten. Eine durch die Außenform 2, den Werkstückhalter 6 und die Innenform 1 führende Belüftungsbohrung 14 mündet im freien Raum 4, wobei der von außen nach innen gerichtete Pfeil (Fig.2).diejenige Kraft anzeigt, die die Außenform 2 von der Außenseite beaufschlagt und a denjenigen Teil der Außenseite der Innenform 1 kennzeichnet, der der Kammer 3 gegenüberliegt.

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Schreiben vom .„1.».J..uni.....i.9..6.Z..._ d&EGxm....£to....di.^

In Pig. 3 ist schließlich ein mit der Ροπή nach den Fig. 1, 2 hergestelltes Werkstück dargestellt.

Erfindungsgemäß werden nun eine Innenform 1 und eine Außenform 2 mit verhältnismäßig geringer Wandstärke verwendet. Um die Außenform auf die Innenform 1 zu stoßen und damit diese nicht bewegt wird, auch wenn sie nach außen bewegt wird, ist' es erforderlich, daß der G-esamtdruck a«P_t mit dem die Innenform von ihrer Außenseite her nach innen gedrückt wird, größer ist als der Druck 2 RLP, der-die Innenform- als Druckstoß nach außen drückt. In der vorstehenden Pormel bezeichnet R den Innenradius des Vorwerkstückes 5, L die länge des freiliegenden Teils des Vorwerkstückes 5, auf dem der Druckstoß von der Innenseite her zur Wirkung kommt, P den hydraulischen Druckstoß, wobei insbesondere wenn die Außenform 2 bewegt wird, £_a gemäß der Darstellung in Fig. 4 frößer wird. Wenn die Außenform 2 nicht bewegt wird, ist

£_a = B₁ -f a₂ + a^ + .... (vgl. Pig. 4) und bei Bewegung der Außenform

<γ a* = a₁ +^₁ + a₂ + b₂ + a_ + b, .... (vgl. Pig. 5)~

Demzufolge wird die Innenform 1 mehr und mehr nach innen bewegt und hält das Vorwerkstück 5 feet, was einer automa~ tischen Regelung gleichkommt.

Im allgemeinen wird beim Verformen mit hydrauli-009817/1056

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schem Druckstoß der Werkstoff aufgrund des von der Werkstoff Innenseite wirksamen Druckstoßes nach außen expandiert und verformt, so daß er die Form der Innenkontur des freien Baums der Form annimmt. In diesem Falle jedoch wirkt, wenn das Werkstück in Eontakt mit der Form kommt, der Druck, der die Form nach außen zu öffnen versucht, ebenfalls auf die Form, so daß die Form meistens zweiteilig im Verhältnis zur Kontur ausgebildet ist, um ein leichtes Hinpassen und Herausnehmen des Werkstoffes bzw. Werkstückes zu gewährleisten. In dem Moment, da die Form durch den Druckstoß nach außen bewegt wird, treten Fehler auf, d.hv das Werkstück wird zu groß oder nicht formengetreu,

TJm dies zu vermeiden, wird erfindungsgemäß die Form in eine Innen- und Außenform unterteilt, wobei der hydraulische Druckstoß auch in der Kammer wirksam wird, die zwischen den beiden Formen liegt, so daß die Formgebung mit großer Genauigkeit bei radialem Einwärtspressen der Innenform durchgeführt wird, wobei die Formenkonstruktion einfach· und ihre Handhabung leicht ist. Im Gegensatz dazu muß eine herkömmliche Form eine große Wandstärke besitzen und mittels einer stabilen Konstruktion abgestützt sein, um eine Bewegung der Form zu verhindern, während bei der Erfindung dasselbe mit einer Innen- und einer Außenform verhältnismäßig geringer Wandstärke erreicht wird und gleichzeitig, auch wenn die Außenform einmal zufällig nach außen bewegt

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wird, die Innenform durch eine große Kraft nach, innen gedrückt und niemals bewegt wird, so daß sich ein maßhaltiges und formgerechtes Werkstück ergibt.

Das Ausführungsbeispiel nach den Pig. 6 bis 9 besteht aus einer Form 16 für die Formgebung des Werkstoffes mit einem freien Raum 17 für die Formgebung und Belüftungsbohrungen 18, über die der freie Raum 17 mit der Atmosphäre verbunden ist. Die Form ist unterteilt, um das verformte Werkstück herausnehmen zu können, wobei die Formteile in üblicher Weise miteinander verbunden sind. Das zu verformende Vorwerkstück 19 besitzt die Gestalt eines Zylinders. Oberhalb der Mittellinie der Fig. 6 ist der Zustand der Form unmittelbar vor der Verformung dargestellt, während unterhalb der Mittellinie der Zustand nach der Formgebung dargestellt ist. Die Kolben 20, 22 sind gleitbar bzw. verschieblich in der Form 16 geführt. Sie kommen bei ihrer Bewegung in Kontakt mit den Stirnkanten des Vorwerkstückes 19 und besitzen Dichtungspackungen 21, 23 und 31, 32, die zwischen dem Vorwerkstück 19 und der Form 16 liegen. Auf der dem Vorwerkstück 19 abgewandten Seite besitzen die Kolben 20, 22 eine geneigte oder stufenförmige Oberfläche 24-, 25 (Fig. 6 und 7). Einer oder beide Druckkanäle 26, 28 auf den Seiten A und B der Form sind mit einer (nicht dargestellten) hydraulischen Druckkammer einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Flüssigkeitsdruckes durch Innenkräfte verbunden, während

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für den Pall, daß nur ein Kanal mit der Druckquelle -verbunden ist, der andere Kanal mittels eines Deckels (nicht dargestellt) dicht verschlossen ist. Mit 27 und 29 sind Dichtungen bezeichnet und mit 30 das das Innere des Vorwerkstükkes 19 ausfüllende Wasser.

Die Verformung mit der erfindungsgemäßen Form läuft in der Weise ab, daß zunächst, wie sich aus der oberen Hälfte der Pig. 6 ergibt, ein Vorwerkstück 19 in die Form 16 eingelegt, dessen Inneres mit Wasser gefüllt und die Kolben 20, 22 in Kontakt mit den Stirnseiten des Vorwerkstückes 19 gebracht werden. Die A- und/oder B-Seite der Kolben werden mit einer hydraulischen Druckquelle (nicht dargestellt) bzw. mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Flüssigkeitsdruckes durch Druckstöße verbunden. Nach Erzeugung eines hydraulischen Druckstoßes und flüssigkeitsdichtem Verschließen der verbleibenden Kolbenseite, d.h. der mit der hydraulischen Druckquelle nicht verbundenen Seite A oder B, steht das Wasser 30 innerhalb d'es Vorwerkstückes 19 unmittelbar unter hohem Druck und wird entsprechend der Formgebung des freien Raums 16 aufgeweitet und verformt. Dieser Zustand ist in der unteren Hälfte der Fig. 6 dargestellt, wobei zu diesem Zeitpunkt die Formgebung nicht nur durch den Innendruck im Innern des Vorwerkstückes durchgeführt wird, sondern das Vorwerkstück 19 auch von seinen beiden Stirnseiten her durch die Kolben 20, 22 gepreßt wird,

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die unter demselben hydraulischen Druckstoß stehen, so daß eine Spannungskomponente im Vorwerkstück 19 auftritt und die plastische Verformung erleichtert und das Vorwerkstück gleichzeitig aufgeweitet und axial zusammengepreßt wird, wodurch eine zu geringe Wandstärke einerseits oder ein Reißen andererseits vermieden werden. Die Dichtungen 27, 29 verhindern jeden. Druckverlust.

Sofern nicht das Verhältnis des auf das Vorwerkstück 19 wirkenden Innendrucks zum von den Kolben 20, 22 aufgebrachten Seitendruck in bestimmter Weise eingestellt wird, wird die Wandstärke des Vorwerkstückes zu gering bei zu kleinem .Seitendruck oder liegt das Werkstück 19 bei zu hohem Seitendruck nicht dicht an der Form 16 an, sondern wird aufgefaltet. Um das richtige Verhältnis zwischen den beiden Druckkomponenten zu erreichen, müssen Größe und Form der unter Druck stehenden Teile der Seitenflächen der Kolben 20, 22 in geeigneter Weise ausgewählt werden. Darüber hinaus wirkt eine einzige Druckwelle nicht immer gleichzeitig auf die A- und B-Seite einer Form nach Fig. 6, da die Längen oder Lagen der Druckleitungen unterschiedlich sind, so daß die Form und Dimension der Flächen 24, 25 der Kolben 20, 22 in bezug auf das Werkstück bestimmt werden sollten. In diesem Falle kann die Größe des Seitendruckee der Druckwelle, der auf die Kolben 20, 22 wirkt, nicht immer nach der Formel: Druck je Flächeneinheit χ Druckfläche wie bei

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einem üblichen hydrostatischen Druck bestimmt werden, sondern es muß außerdem auch eine dynamische Komponente mit in Betracht gezogen werden* Demzufolge muß gemäß Fig» 7 bis 9, wenn ein hydrostatischer Druck auf beide Kolben wirkt, die Größe der den Kolben nach rechts bewegenden Kraft der Formel:

(Druck je Flächeneinheit) X-Kd₁ - dp ),

entsprechend der Differenz zwischen den Druckflächen entsprechen. Dabei sind d.., dp, d,, d, die den einzelnen Druckflächen entsprechenden Durchmesser nach den Pig. 7 bis 9. Da jedoch die Druckwelle von links nach rechts als dynamischer Druck wirkt, muß zunächst eine nach rechts wirkende Kraft des Kolbens nach der. Formel:

(dynamischer Druck) χ j(d. - d, )

entsprechend der effektiv unter Druck befindlichen Fläche bestimmt werden; weiter tritt die Wirkung jeder-geneigten Fläche hinzu.

Durch die Stufung der Druckflächen 24, 25 der Kolben 20, 22 oder durch Änderung der Neigung der Flächen gemäß den Fig* 7 bis 9 sowie durch Änderung des Durchmessers d_ kann der Seitendruck für den Fall eingestellt werden, daß der Werkstoff durch einen hydraulischen Druckstoß verformt wird bzw. die Größe der Kraft des Seitendruckes frei geändert werden, auch wenn die Durchmesser d. und dp fest-

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liegen. Demzufolge kann nach der -vorliegenden Erfindung zur Verbesserung der Formgebung die Größe des Seitendruckes der Kolben 20, 22 durch Änderung des Durchmessers d, der Flächen 24, 25 der Kolben geändert werden, und zwar unabhängig von der Größe der Außendurchmesser d.. und dp des Werkstoffe 19. Außerdem ist, sofern d., unverändert bleibt, es nicht erforderlich, die Form 16 zu wechseln, so daß die erfindungsgemäße Form zu einem beträchtlichen technischen Fortschritt führt. Schließlich können nach dem obenbeschriebenen Fall die Kolben 20 und 22 benutzt werden, wobei auch die Möglichkeit besteht, daß nur einer von beiden benutzt wird oder der Seitendruck aus nur einer Richtung besonders gewählt wird, beispielsweise beim Herstellen eines asymmetrischen Werkstückes.

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Claims (5)

1. !umschreiben vom jLJunJ JlSSl. cft&umJubiJIJLe-^ „.

   !okyu Sharyo Seizo Kabushiki Kaisha, No. 1, Kamariya-cho, Kanazawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa-ken, Japan

   Patentansprüche:

   ί i.jPorm für die Hochenergieumformung mittels eines hydraulischen Druckstoßes, dadurch gekennzeichn et, daß sie in eine Innen- und eine Außenform (1, 2) unterteilt ist und sich in der Berührungsfläche der Formteile (1, 2) eine Kammer (3) mit der Gesamtfläche Ha befindet, wobei a derjenigen Pläche der Außenseite der Innenform entspricht, die der Kammer (3) gegenüberliegt und ^_a so gewählt wird, daß ^_a«P größer ist als der Gesamtdruck 2 Ti RLp, wobei R der Innenradius eines Vorwerkstückes (5), L die Länge desjenigen Teils desselben ist, auf den der hydraulische Druckstoß P von der Innenseite her wirkt.
2. 2. Form nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein axialer Seitendruck von beiden Stirnseiten auf das Vorwerkstück (19) unter Verwendung von Kolben (20, 22) ausgeübt wird, die gleichzeitig unter dem hydraulischen Druckstoß stehen, wobei die unter dem hydraulischen Druckstoß oder dem dynamischen Druck stehenden Kolben (20, 22) gestufte oder geneigte Druckflächen (24, 25) besitzen und in ihrer wirksamen Druckfläche geändert werden können.

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   um Schreiben vom 1 _f.Tt»ij, 19&7
3. 3* Form, nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine topfförmige Außenform (2) mit einer über eine Leitung (13) an eine Druckmittelquelle angeschlossenen etwa mittigen Ringkammer (3) und -eine die Ringkammer (3) überdeckende Innenform (1) sowie einen das Werkstück (5) zusammen mit einer weiteren Druckleitung (7) haltenden Werkstückhalter (6).
4. 4. Form nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammer (3) aus einzelnen Ausnehmungen mit halbkreisförmigem Querschnitt besteht .
5. 5. Form nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch zwei in den zylindrischen Innenraum der Form (16) hineinragende Kolben (20, 22) mit gegenüber der Formachse geneigten oder stufenförmig ausgebildeten Druckflächen (24, 25).

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   Le e rs e i f e