DE19644401A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen einer verhältnismäßig scharfkantigen Einsenkung an einem Werkstück bei der Innenhochdruckumformung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen einer verhältnismäßig scharfkantigen Einsenkung an einem Werkstück bei der Innenhochdruckumformung, insbesondere zum Erzeugen einer Paßfeder- oder Scheibenfeder-Nut, insbesondere an einer hohlen Welle.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens.

Beim Innenhochdruckumformen wird ein in ein Formwerkzeug eingelegter rohrförmiger Rohling in seinem Inneren mit einem solchen hydraulischen Druck beaufschlagt, daß er sich aufweitet und an die Wandung des Formwerkzeuges anlegt.

Diese Verfahrensweise wird auch für geringfügige Verformungen benutzt die in erster Linie oder nur zum Kalibrieren dienen, beispielsweise einer Hohlwelle.

Während sich Ansätze an dem Werkstück in Form von Ausstülpungen recht gut erzeu­ gen lassen, machen Einsenkungen gewisse Schwierigkeiten. Einstülpungen in den ursprünglichen Hohlquerschnitt des Rohlings hinein können nicht primär durch den Innenhochdruck erzeugt werden. Es ist grundsätzlich in irgendeiner Weise ein Präge­ stempel erforderlich. Die Alternative, von einem Rohling eines so geringen Durchmes­ sers auszugehen, daß er ohne stellenweise eingedrückt zu werden in das Formwerk­ zeug paßt, ist unter anderen Gesichtspunkten nicht gerechtfertigt.

Es erweist sich, daß auch ein in das Formwerkzeug eingebauter, vorschiebbarer Präge­ stempel das Problem nicht ohne weiteres löst. Bei Eindrücken des Prägestempels vor der hydraulischen Verformung wird eine Einwölbung geschaffen, die nur noch mit extrem hohem hydraulischen Druck bis zur Anlage an der Werkzeugwandung heraus­ getrieben werden kann. Das Eindrücken eines Prägestempels bei dem hydraulischen Druck erzeugt bekanntlich Lochung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit vertretbarem Aufwand im Rahmen der Innenhochdruckumformung eine möglichst scharfkantige Einsenkung zu erzeugen.

Gemäß der Erfindung wird dieser Zweck in der Weise erfüllt, daß das die Einsenkung ausbildende Formwerkzeugteil nach Beaufschlagen des Werkstücks mit einem hydrau­ lischen Druck aus der Formwerkzeugwand vorgeschoben wird, der bis zum 40% unter dem Enddruck liegt, und anschließend der hydraulische Druck auf den Enddruck erhöht wird.

Bei dieser Verfahrensweise biegt das als Stempel vorschiebbare Formwerkzeugteil das Rohr nicht einfach nur ein. Die Hydraulikflüssigkeit läßt für eine solche Verformung nicht den freien Raum. Der Stempelhub wird vielmehr genutzt, das Material über der Hydraulikflüssigkeit als Gegenlager auszuziehen; die Verformungsenergie wird weit­ gehend durch den Stempel eingebracht. Es entsteht im Anschluß an die Umfangswand des rohrförmigen Rohlings nur eine kleine Biegung, die anschließend durch den vollen hydraulischen Druck noch ausreichend herausgedrückt und genügend scharfkantig gemacht werden kann.

Die günstigsten Parameter im einzelnen müssen je nach Werkstück durch Routinever­ suche ermittelt werden. In der Regel wird das genannte Formwerkzeugteil am besten bei 75 bis 98% des Enddruckes vorgeschoben werden.

Vorzugsweise wird während des Vorschubs des genannten Formwerkzeugteils der hydraulische Druck weiter erhöht.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens ist gekennzeich­ net durch ein Formwerkzeug, in dem ein eine Einsenkung in dem Werkstück ausbilden­ des Formwerkzeugteil als Stempel gesteuert vorschiebbar angeordnet ist.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in dem Formwerkzeug, vorzugsweise in einem Werkzeugoberteil, eine verschiebbare Halterung für das genannte Formwerkzeug geführt.

Dies ist eine stabile Konstruktion, vor allem in der weiteren Ausgestaltung, daß die Halterung als Kolben in einem prismischen oder zylindrischen, vorzugsweise mit einer Buchse aus einem Gleitmaterial ausgekleideten, Hohlraum angeordnet ist.

Im Anschluß an den Hohlraum kann in zweckmäßiger Weise eine, vorzugsweise mit einem Wegmesser versehene, Hydraulikzylindereinheit an der Außenseite des Form­ werkzeuges angesetzt sein, an deren Kolbenstange der genannte Kolben sitzt.

Die Zeichnungen geben ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder.

Fig. 1 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch ein Formwerkzeug,

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus Fig. 1 in größerem Maßstab und

Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 2.

Das mit 1 bezeichnete Formwerkzeug ist in seiner waagerechten Mittelebene geteilt; es setzt sich zusammen aus einem Werkzeugunterteil 2 und einem Werkzeugoberteil 3.

In dem Formhohlraum ist ein bereits verformtes Werkstück 4 dargestellt. Zwei in das Formwerkzeug 1 und die Enden des rohrförmigen Werkstückes 4 eingrei­ fende Druckmittelanschlüsse 5 sind von bekannter Art.

In dem Werkzeugoberteil 3 ist ein zylindrischer Hohlraum 6 ausgefräst und mit einer Buchse 7 aus Gleitmaterial ausgekleidet.

Der Hohlraum 6 mit der Buchse 7 dient als Führung für einen Kolben 8, der eine Halte­ rung für ein in dem Formwerkzeug 1 bewegliches Formwerkzeugteil 9 darstellt: Das Formwerkzeugteil 9 wird an einem Bund 10 von einer an der Unterseite des Kolbens 8 angeschraubten, ringförmigen Halteplatte 11 übergriffen. Ein unterer Abschnitt des Formwerkzeugteils 9 ragt in der Form eines länglichen Quaders durch einen diesem angepaßten Ausschnitt im Boden 12 des Hohlraums 6. In zurückgezogener Stellung liegt die Unterseite des Formwerkzeugteils 9 annähernd bündig in der Wand des Form­ hohlraums.

Der Kolben 8 ist verschiebbar durch einen auf der Außenseite des Formwerkzeugs 1 aufgesetzten Hydraulikzylinder 13, dessen Kolbenstange 14 mit einem aufgeschraub­ ten Bundring 15 versehen ist, der wiederum durch eine ringförmige, den Bund übergrei­ fende, mit dem Kolben 8 verschraubte Halteplatte 16 mit dem Kolben 8 verbunden ist. Bei 17 ist ein Wegmesser für den Kolbenhub des Hydraulikzylinders 16 dargestellt.

Durch Vorschieben des Formwerkzeugteils 9 nach Beaufschlagung des Werkstücks 4 mit Druck und bei Steigerung des Druckes während des Vorschiebens sowie durch anschließende nochmalige Druckerhöhung ist in dem rohrförmigen Werkstück 4 eine Paßfedernut 18 eingeformt worden.

Die Ausformung der Rohrwandung in den in Fig. 2 und 3 durch die Pfeile 19 bezeichne­ ten Winkel hinein ist in der Zeichnung im wesentlichen vollständig. Die verbleibende Rundung 20 ergibt sich aus der Dicke der Rohrwandung. Die Paßfedernut 18 ist inso­ fern scharfkantig im Gegensatz zu einer in Fig. 2 bei 21 gestrichelt angedeuteten Biegung. Die Biegungstiefe, um die die Seitenwandtiefe der Nut sich - unerwünscht - verringert, ist in Fig. 2 links durch geschweifte Klammern verdeutlicht und mit 22 bezeichnet.

Das Werkstück 4 ist schematisch dargestellt. Im konkreten Fall handelt es sich beispielsweise um eine Nockenwelle zur Steuerung von Motorventilen, die in dem Formwerkzeug 1 kalibriert wird und z. B. zehn Paßfedernuten 18 erhält zur Anbringung von zehn Nocken.

Je nach Werkstück läßt sich durch Versuche ermitteln, bei welchen Parametern, wie Wanddicke, Tiefe der Einsenkungen, hydraulische Drucke usw., gearbeitet werden muß.

Beispiel

Ein aus St. 52, NKB, nahtlos gezogenes Rohr von 20 mm Durchmesser und 3,5 mm Wanddicke wird durch Innenhochdruckumformung kalibriert und mit einer Nut ver­ sehen.

• 1) Das die Nut bildende Formwerkzeugteil wird, während der hydraulische Druck von 2050 auf 2100 bar gesteigert wird, um 4,7 mm vorgeschoben. Anschließend wird der Druck auf 2500 bar gesteigert. Ergebnis: Der Nutboden ist abgerissen.
• 2) Das Formwerkzeugteil wird bei sonst gleichen Parametern nur um 3,7 mm vorge­ schoben. Ergebnis: Es ist eine Nut gebildet mit 1,4 mm Biegungstiefe an der Seitenwand.
• 3) Das Formwerkzeugteil wird wiederum um 3,7 mm vorgeschoben, aber bei einem von 3050 auf 3100 bar gesteigerten Druck. Anschließend wird ein Druck von 3200 bar eingestellt. Ergebnis: Es ist eine Nut gebildet mit einer Biegungstiefe an der Seitenwand von 0,9 mm. Das Ergebnis ist brauchbar.

Claims (7)

1. Verfahren zum Erzeugen einer verhältnismäßig scharfkantigen Einsenkung an einem Werkstück bei der Innenhochdruckumformung, insbesondere zum Erzeugen einer Paßfeder- oder Scheibenfeder-Nut, insbesondere an einer hohlen Welle, dadurch gekennzeichnet, daß das die Einsenkung ausbildende Formwerkzeugteil nach Beaufschlagen des Werkstückes mit einem hydraulischen Druck aus der Formwerkzeugwand vorge­ schoben wird, der bis zu 40% unter dem Enddruck liegt, und anschließend der hydraulische Druck auf den Enddruck erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Formwerkzeugteil bei 75 bis 98% des Enddruckes vorgeschoben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Vorschubes des genannten Formwerkzeugteils der hydraulische Druck weiter erhöht wird.

4. Vorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Formwerkzeug (1), in dem ein eine Einsenkung (18) in dem Werkstück (4) ausbildendes Formwerkzeugteil (9) als Stempel gesteuert vorschiebbar angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Formwerkzeug (1), vorzugsweise in einem Werkzeugoberteil (2), eine verschiebbare Halterung (8, 11) für das genannte Formwerkzeugteil (9) geführt (6, 7) ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung als Kolben (8) in einem prismischen oder zylindrischen, vorzugs­ weise mit einer Buchse (7) aus Gleitmaterial ausgekleideten, Hohlraum (6) ange­ ordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Hohlraum (6) eine, vorzugsweise mit einem Wegmesser (17) versehene, Hydraulikzylindereinheit (13) an der Außenseite des Formwerkzeu­ ges (1) angesetzt ist, an deren Kolbenstange (14) der genannte Kolben (8) sitzt.