DE19642824A1

DE19642824A1 - Method and device for deforming metal hollow profile workpieces

Info

Publication number: DE19642824A1
Application number: DE1996142824
Authority: DE
Inventors: Hermann Bartels
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-10-17
Filing date: 1996-10-17
Publication date: 1998-04-23
Also published as: AU5221498A; WO1998017415A1; DE19781143D2

Abstract

Disclosed is a method for hot-forming hollow profile metal workpieces (2) enabling substantial deformation of up to 100 % and more, even for complicated hollow profile metal and non-straight workpieces at very short cycle times and low structural workpiece material loads. In order to heat the workpiece (2) up to the required temperature as quickly as possible, a pressure fluid (7) is passed through the workpiece until the forming temperature is reached. The pressure fluid (7) is then pressed into the workpiece at forming pressure. The workpiece is quickly cooled by drenching it with a cold pressure fluid (7). By heating it up and cooling it down quickly undesirable structural changes in the workpiece (2) are avoided. Heat transfer oil with a steam pressure of 1 B at a temperature of 250 DEG C or more is used as a pressure fluid (7), thus enabling high forming temperatures to be attained.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verformen von Hohlprofil-Werkstücken aus Metall, bei dem das Werkstück in eine Preßform eingelegt wird, deren Innenkontur der zu erzeugenden Form des Werkstücks entspricht und bei dem nach Schließen der Preßform ein Druckmedium in das Werkstück eingepreßt wird, derart, daß das Werkstück unter Anlegen an die Innenkontur der Preßform verformt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for shaping of hollow profile workpieces made of metal, in which the workpiece is placed in a mold, the inner contour of the conforming shape of the workpiece and in the after Closing the mold a pressure medium in the workpiece is pressed in such a way that the workpiece is in contact the inner contour of the mold is deformed, and a Device for performing the method.

Es ist bekannt, Hohlprofil-Werkstücke umzuformen, indem die Werkstücke in eine Preßform mit einer Innenkontur eingelegt werden, die der zu erzeugenden Form des Werkstücks entspricht. Mit einem druckerzeugenden System, beispielsweise einem Druckzylinder, wird dann Öl oder eine Wasser-Öl-Emulsion unter Druck in das Werkstück eingepreßt. Man erreicht dadurch ein Anlegen der Werkstoffwandung an die Innenkontur der Preßform. Öl oder eine Wasser-Öl-Emulsion läßt sich jedoch nur bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen im Bereich unter 100°C verwenden. Die dabei zu erreichenden Verformungsgrade von beispielsweise Aluminium sind relativ klein.It is known to form hollow profile workpieces by placing the workpieces in a mold with an inner contour be inserted, the shape of the workpiece to be generated corresponds. With a pressure generating system, for example a pressure cylinder, then oil or one Water-oil emulsion pressed into the workpiece under pressure. This achieves an application of the material wall to the Inner contour of the mold. Oil or a water-oil emulsion can only be used at relatively low levels Use temperatures below 100 ° C. That too degrees of deformation of aluminum, for example are relatively small.

Aus der DDR-PS 25 188 ist es bereits bekannt, Feststoffteile, beispielsweise Sand oder kleine Kugeln, als Druckmedium zu verwenden. Die erreichbaren Verformungsgrade reichen jedoch nicht aus, insbesondere deswegen, weil sich bei der Verwendung der erforderlichen hohen Drücke die Feststoffteilchen ineinander verkeilen und keine weitere Verformung mehr zulassen.From the GDR PS 25 188 it is already known Solid parts, such as sand or small balls, as Use media. The degrees of deformation that can be achieved However, they are not sufficient, especially because when using the required high pressures Wedge solid particles into each other and no more Allow more deformation.

Bekannt ist es auch bereits, zur Druckerzeugung im Druckmedium einen Dorn in das Druckmedium einzupressen. Dabei kann der Dornbewegung eine Stauchbewegung des Werkstücks überlagert sein und das Einpressen des Dorns in zwei oder mehreren Schritten erfolgen (DE-OS 43 09 932).It is also already known to generate pressure in the Press medium a mandrel into the print medium. The mandrel movement can be a compression movement of the Be overlaid on the workpiece and pressing the mandrel in two or more steps take place (DE-OS 43 09 932).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art verfügbar zu machen, das eine starke Verformung bis zu 100% und mehr auch bei komplizierten und von der geraden Form abweichenden Hohlprofil-Werkstücken bei sehr kurzen Taktzeiten und geringfügiger Gefügebelastung des Werkstückmaterials ermöglicht. Das Verfahren soll dabei insbesondere bei Aluminium, aber auch bei anderen Metallen, einschließlich von Stahl, anwendbar sein. Daneben will die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angeben. Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 bzw. Anspruch 6 gekennzeichnet.The invention is based on the object Make processes of the type mentioned at the beginning available, a strong deformation up to 100% and more complicated and deviating from the straight form Hollow profile workpieces with very short cycle times and slight structural stress on the workpiece material enables. The method is intended in particular for Aluminum, but also other metals including of steel. In addition, the invention wants one Specify the device to perform the procedure. The solution to the problem is in claim 1 and claim 6 featured.

Durch das Spülen mit dem heißen Druckmedium kann ein außerordentlich schnelles Aufheizen des Werkstücks auf die gewünschte Verformungstemperatur erreicht werden, so daß der anschließende Verformungsschritt schnell und ohne große Gefügebelastung erfolgen kann. Danach ist wiederum eine schnelle Abkühlung durch das Spülen mit dem kalten Druckmedium möglich, so daß das Werkstück schon nach kurzer Zeit aus der geöffneten Preßform entnommen werden kann. Mit dem schnellen Abkühlen in der Form ist außerdem ein Kalibrieren des Teils verbunden, d. h. das Material ist jetzt stabil und kann seine Form nicht mehr verändern. Die Verwendung eines Wärmeträgeröls der heute verfügbaren Art, das erst im Bereich von 250°C oder darüber einen Dampfdruck von 1 B entwickelt, ermöglicht die Anwendung der gewünschten hohen Umformtemperaturen. Die Form des Werkstücks spielt keine wesentliche Rolle, weil der Umformdruck an allen Punkten des Werkstücks unabhängig von dessen Form gleich ist.By flushing with the hot pressure medium, a extremely quick heating of the workpiece to the Desired deformation temperature can be reached so that the subsequent deformation step quickly and without major Structural stress can take place. Then there is another rapid cooling by rinsing with the cold Print medium possible, so that the workpiece after a short time Time can be removed from the open mold. With rapid cooling in the mold is also a Calibrate the part connected, d. H. the material is now stable and can no longer change its shape. The Use of a heat transfer oil of the type available today, a steam pressure only in the range of 250 ° C or above Developed by 1 B, allows the application of the desired high forming temperatures. The shape of the workpiece plays not essential because the forming pressure on everyone Points of the workpiece are the same regardless of their shape is.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. So kann für die Zuführung des heißen bzw. kalten Druckmediums je ein Behälter vorgesehen sein, der auf einer Temperatur im Bereich von etwa 250°C oder darüber bzw. 20°C gehalten ist. Das heiße bzw. kalte Druckmedium wird zweckmäßig mit Hilfe von Pumpen im Kreislauf über die Behälter und durch das Werkstück geführt.Developments of the invention are the subject of Subclaims. So for the supply of the hot or cold pressure medium, a container can be provided on the a temperature in the range of about 250 ° C or above or 20 ° C is held. The hot or cold pressure medium becomes expediently with the help of pumps in the circuit over the Container and through the workpiece.

Am Anfang bzw. auch am Ende eines Taktzyklus kann das Werkstück mit einem inerten Gas, beispielsweise Stickstoff, gespült werden. Dadurch läßt sich zum einen die Bildung eines zündfähigen Gemischs aus noch vorhandenem Sauerstoff und Teilen der Wärmeträgerflüssigkeit vermeiden und zum anderen am Ende eines Zyklus die restliche Wärmeträgerflüssigkeit aus dem Werkstück entfernen. Um eine Schwächung der Wandstärke des Werkstücks beim Umformen ganz oder teilweise zu vermeiden, kann vorgesehen sein, daß das Werkstück während des Umformens von wenigstens einem Ende aus nachgeschoben wird.This can happen at the beginning or at the end of a clock cycle Workpiece with an inert gas, for example nitrogen, be rinsed. On the one hand, this enables education an ignitable mixture of oxygen still present and avoid parts of the heat transfer fluid and others the rest at the end of a cycle Remove heat transfer fluid from the workpiece. To one The wall thickness of the workpiece is completely weakened during forming or partially to avoid, it can be provided that the Workpiece during the forming of at least one end is pushed out.

Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens werden zweckmäßig zwei Endverschlüsse für das Werkstück vorgesehen, die dichtend an die stirnseitigen Endflächen des Werkstücks anlegbar sind und einen Durchgang für die Zu- bzw. Abführung des Druckmediums in das Werkstück besitzen. Je ein Hydraulikzylinder ist für das Nachschieben der Endverschlüsse und damit des Werkstücks während der Umformung vorgesehen. Die Hochdruckpumpe zur Erzeugung des Druckmediums mit dem Umformdruck sowie die Hydraulikzylinder für die Endverschlüsse werden mit Vorteil rechnergesteuert (NC-gesteuert), wobei der Vorschub der Endverschlüsse abhängig vom Umformungsfortschritt erfolgt.In the device for performing the method two end closures for the workpiece are appropriate provided the sealing to the end faces of the Workpiece can be created and a passage for the or discharge the pressure medium into the workpiece. One hydraulic cylinder each is used for feeding Terminations and thus the workpiece during the Forming provided. The high pressure pump to generate the Pressure medium with the forming pressure as well as the hydraulic cylinder for the terminations are advantageously computer controlled (NC controlled) with the feed of the end closures depending on the progress of forming.

Nachfolgend wird das Verfahren nach der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels für eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben. Es zeigen:The following is the method according to the invention using an exemplary embodiment for a device for Implementation of the procedure described. Show it:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Preßform mit allen zugeordneten Bauteilen und Nebenaggregaten zur Durchführung des Verfahrens und Fig. 1 shows a cross section through a mold with all associated components and ancillary units for performing the method and

Fig. 2 die Preßform mit den Nebenaggregaten gemäß Fig. 1 nach Durchführen einer Verformung. Fig. 2 shows the mold with the ancillary units of FIG. 1 after performing a deformation.

Die Preßform 1 ist in bekannter Weise teilbar (nicht dargestellt), so daß nach Öffnen der Form das Werkstück 2 im vorliegenden Fall ein Aluminiumrohr, eingelegt werden kann. Um die Preßform 1 auf einer gewünschten mittleren Temperatur zu halten, ist sie von einer elektrischen Heizung 3 mit anschließender Wärmeisolierung 4 umgeben. Von beiden Seiten her sind gegen die Endflächen des Werkstücks 2 T-förmige Endverschlüsse 5 über Dichtungen 6 angesetzt, wobei zur Führung das vordere Ende der Endverschlüsse 5 in das Werkstück 2 eindringt. Die beiden Endstücke 5 können mit Hilfe von Hydraulikzylindern 28 verschoben werden, insbesondere das Werkstück 2 während des Umformvorgangs nachschieben, wie noch beschrieben werden soll.The mold 1 is divisible in a known manner (not shown), so that after opening the mold, the workpiece 2 in the present case, an aluminum tube can be inserted. In order to keep the mold 1 at a desired average temperature, it is surrounded by an electrical heater 3 with subsequent heat insulation 4 . T-shaped end closures 5 are attached to the end faces of the workpiece 2 from both sides by way of seals 6 , the front end of the end closures 5 penetrating into the workpiece 2 for guidance. The two end pieces 5 can be moved with the aid of hydraulic cylinders 28 , in particular pushing the workpiece 2 during the forming process, as will be described below.

Zum Spülen des Werkstücks 2 mit heißem bzw. kaltem Wärmeträgeröl sind zwei Behälter 8 bzw. 9 vorgesehen, die über Ventile und Leitungen bzw. Schläuche sowie Pumpen mit dem Werkstück derart verbunden sind, daß jeweils ein Kreislauf geschaffen werden kann.For rinsing the workpiece 2 with hot or cold heat transfer oil, two containers 8 and 9 are provided which are connected to the workpiece via valves and lines or hoses and pumps in such a way that a circuit can be created in each case.

Im einzelnen verlaufen die Kreisläufe wie folgt:
Kalter Kreislauf:
aus dem Behälter 8 über eine Leitung 10, eine Pumpe 11, ein Rückschlagventil 12, eine Leitung 13, ein Rückschlagventil 14, eine Bohrung 15 sowie einen Durchgang 16 im linken Endverschluß 5, das Werkstück 2, einen Durchgang 16 sowie eine Bohrung 15 im rechten Endverschluß 5, ein Ventil 17 und eine Leitung 18 zurück zum Tank 8.
Heißer Kreislauf:
vom Behälter 9 über eine Pumpe 19, ein Rückschlagventil 20, die Leitung 13, das Rückschlagventil 14, den linken Endverschluß 5, das Werkstück 2, den rechten Endverschluß 5 und ein Ventil 21 zurück zum Tank 9.The individual cycles are as follows:
Cold cycle:
from the container 8 via a line 10 , a pump 11 , a check valve 12 , a line 13 , a check valve 14 , a bore 15 and a passage 16 in the left end closure 5 , the workpiece 2 , a passage 16 and a bore 15 in the right End closure 5 , a valve 17 and a line 18 back to the tank 8 .
Hot cycle:
from the container 9 via a pump 19 , a check valve 20 , the line 13 , the check valve 14 , the left end closure 5 , the workpiece 2 , the right end closure 5 and a valve 21 back to the tank 9 .

Zur Erzeugung des hohen Umformdrucks im Druckmedium 7 dient ein Hydraulikzylinder 22 mit verhältnismäßig großem Querschnitt, der zur Druckübersetzung auf einen mit dem Druckmedium 7 gefüllten Zylinder 23 mit verhältnismäßig kleinem Querschnitt wirkt. Das Druckmedium 7 kann dann aus dem Zylinder 23 über ein Rückschlagventil 24 und den linken Endverschluß 5 in das Werkstück 2 gepreßt werden, wobei beide Ventile 17 und 21 geschlossen sind. Ein Hydrauliktank 29 versorgt über eine Pumpe 26 mit Druckregelung 27 den Hydraulikzylinder 22 und die Zylinder 28 der Endverschlüsse 5.A hydraulic cylinder 22 with a relatively large cross section is used to generate the high forming pressure in the pressure medium 7 , which acts for pressure transmission on a cylinder 23 with a relatively small cross section filled with the pressure medium 7 . The pressure medium 7 can then be pressed out of the cylinder 23 via a check valve 24 and the left end closure 5 into the workpiece 2 , both valves 17 and 21 being closed. A hydraulic tank 29 supplies the hydraulic cylinder 22 and the cylinders 28 of the end closures 5 via a pump 26 with pressure control 27 .

Es soll jetzt ein Takt- oder Arbeitszyklus der Vorrichtung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben werden.It should now be a cycle or duty cycle Device according to the inventive method to be discribed.

Zu Beginn des Zyklus sind alle Teile in der in Fig. 1 dargestellten Position, d. h. das Werkstück 2 ist in die Preßform eingelegt, und die beiden Endverschlüsse 5 sind an die Stirnseiten des Werkstücks 1 angesetzt. Es wird dann zunächst durch Einschalten der Pumpen und Ventile der heiße Kreislauf (s. oben) eingeschaltet, so daß das Werkstück 2 schnell auf die Umformtemperatur aufgeheizt wird. Nach Schließen der Ventile 17 und 21 wird dann heißes Druckmedium 7 mittels des Hydraulikzylinders 22 und des Zylinders 23 über das Rückschlagventil 24 und den linken Endverschluß 5 in das Werkstück 2 unter einem Druck von beispielsweise 350 B eingepreßt. Dadurch wird, wie in Fig. 2 dargestellt, die Wandung des Werkstücks 2 in die Formkavitäten 25 eingepreßt und an die Wandung der Form 1 angelegt. Gleichzeitig schieben die beiden Hydraulikzylinder 28 von beiden Seiten her die Endverschlüsse 5 und damit die Enden des Werkstücks 2 in Richtung auf das Innere der Preßform 1, so daß beim Eindringen der Werkstückwandungen in die Kavitäten 25 keine oder eine nur geringfügige Wandstärkenschwächung auftritt. Der Vorschub der Zylinder 28 erfolgt dabei unter NC-Steuerung, und zwar abhängig vom Grad der Verformung, d. h. abhängig vom Vorschub des Zylinders 23.At the beginning of the cycle, all parts are in the position shown in FIG. 1, ie the workpiece 2 is placed in the press mold, and the two end closures 5 are attached to the end faces of the workpiece 1 . The hot circuit (see above) is then first switched on by switching on the pumps and valves, so that the workpiece 2 is quickly heated to the forming temperature. After closing the valves 17 and 21 , hot pressure medium 7 is then pressed into the workpiece 2 by means of the hydraulic cylinder 22 and the cylinder 23 via the check valve 24 and the left end closure 5 under a pressure of, for example, 350 B. As a result, as shown in FIG. 2, the wall of the workpiece 2 is pressed into the mold cavities 25 and placed against the wall of the mold 1 . At the same time, the two hydraulic cylinders 28 push the end closures 5 and thus the ends of the workpiece 2 from both sides in the direction of the interior of the mold 1 , so that no or only a slight weakening of the wall thickness occurs when the workpiece walls penetrate into the cavities 25 . The feed of the cylinders 28 takes place under NC control, specifically depending on the degree of deformation, ie depending on the feed of the cylinder 23 .

Nach vollständiger Verformung des Werkstücks 2 wird der kalte Kreislauf (s. oben) in Gang gesetzt, so daß das Werkstück 2 schnell abkühlt und aus der Form 1 entnommen werden kann.After the workpiece 2 has been completely deformed, the cold cycle (see above) is started, so that the workpiece 2 cools rapidly and can be removed from the mold 1 .

Claims

1. A method for shaping hollow profile workpieces ( 2 ) made of metal, in which the workpiece is placed in a press mold ( 1 ), the inner contour ( 25 ) of which corresponds to the shape of the workpiece ( 2 ) to be produced and in which after the press mold is closed ( 1 ) a pressure medium ( 7 ) is pressed into the workpiece ( 2 ) in such a way that the workpiece is deformed by contacting the inner contour ( 25 ) of the press mold ( 1 ), characterized by the following steps:

a) inserting the workpiece ( 2 ) into the press mold ( 1 ) and closing the mold,
b) passing a heated pressure medium (7) through said workpiece (2) to the heating of the workpiece (2) to forming temperature,
c) closing the outlet ( 17 , 21 ) on the workpiece ( 2 ),
d) pressing the pressure medium ( 7 ) into the workpiece under forming pressure,
e) rapid cooling of the workpiece ( 2 ) by rinsing with cold pressure medium ( 7 ),
f) opening the mold ( 1 ) and removal of the finished workpiece ( 2 ),
g) Use a heat transfer oil with a vapor pressure of 1 B at a temperature of 250 ° C or more as the forming medium.

2. The method according to claim 1, characterized in that the supply of the hot or cold pressure medium ( 7 ) at a temperature in the range of about 250 ° C or more or a at a temperature of about 20 ° C container ( 9 , 8 ) are provided.

3. The method according to claim 2, characterized in that the cold or hot pressure medium in the circuit via the container ( 8 , 9 ) and through the workpiece ( 2 ) are pumped.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the workpiece ( 2 ) is flushed with an inert gas, preferably nitrogen, at the beginning and / or at the end of a cycle.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the workpiece ( 2 ) is pushed from at least one end during the forming.

6. Device for performing the method according to one of claims 1 to 5, characterized by a high pressure pump ( 22 , 23 ) for generating the forming pressure for the pressure medium, the high pressure pump ( 22 , 23 ) via a valve ( 24 ) to the inlet ( 16 ) is connected to the workpiece ( 2 ).

7. The device according to claim 6, characterized by two end closures ( 5 ) for the workpiece ( 2 ), which can be sealingly ( 26 ) placed on the end faces of the workpiece ( 2 ) and a passage ( 15 , 16 ) for the feed or Have discharge of the pressure medium ( 7 ) into and out of the workpiece ( 2 ) and by means of a hydraulic cylinder ( 6 ) for pushing the end seals ( 5 ) and thus the workpiece ( 2 ) during the forming process.

8. The device according to claim 7, characterized in that the high pressure pump ( 22 , 23 ) and the hydraulic cylinder ( 6 ) are NC-controlled, the feed of the end closures ( 5 ) depending on the progress of the forming.

9. Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the tank ( 9 ) for the hot pressure medium ( 7 ) with its circuit ( 17 , 20 , 13 , 14 , 15 , 16 , 21 ) is designed as a closed system .