DE19715593A1 - Verfahren zum Betrieb einer Umformpresse für die Innenhochdruckumformung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Um­ formpresse für die Innenhochdruckumformung von hohlen Roh­ lingen, wonach die Umformpresse ein Matrizensystem mit Formraum für die Aufnahme des Rohlings, eine Einrichtung zum Öffnen und Schließen des Matrizensystems nach jedem Arbeitstakt und Umformstempel aufweist, welche nach Maß­ gabe der Innenhochdrucktechnologie auf den Rohling arbeiten, wobei unter dem Umformhochdruck eines Hochdruck­ systems stehende Umformflüssigkeit die Umformung bewirkt, und welche Umformpresse mit einer einen Umform­ flüssigkeitsbehälter aufweisenden Einrichtung mit einem in dem Formraum mündenden Einfüllkanal zum Einfüllen der Um­ formflüssigkeit in den jeweils umzuformenden Rohling vor Beginn der Umformarbeit versehen ist. - Matrizensystem be­ zeichnet die Werkzeuge, die im geschlossenen Zustand den Formraum bilden und entsprechende Kavitäten aufweisen. Zu­ meist besteht das Matrizensystem aus einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug, die im Pressenoberteil bzw. im Pressenunterteil angeordnet sind und mittels Zylinder­ kolbenanordnungen geöffnet und geschlossen werden. Hoch­ drucksystem bezeichnet die Einrichtungen, mit denen der für die Umformarbeit erforderliche Hochdruck der Umform­ flüssigkeit erzeugt wird. Zuvor muß die Umformflüssigkeit in den hohlen Rohling eingefüllt werden. Mit diesem Ein­ füllvorgang beschäftigt sich die Erfindung. Es versteht sich, daß der Rohling unmittelbar oder über den bzw. zu­ sammen mit dem Formraum mit der Umformflüssigkeit gefüllt wird und daher Rohling und Formraum gestaltungsmäßig derart aufeinander abgestimmt sind, daß der Rohling beim Schwallbefüllen von der Umformflüssigkeit nicht abge­ trieben, vielmehr in dem Formraum gehalten wird.

Bei einem aus der Praxis bekannten Verfahren zum Betrieb einer Umformpresse für die Innenhochdruckumformung, von dem die Erfindung ausgeht, erfolgt die Einführung der Um­ formflüssigkeit in den jeweils umzuformenden Rohling vor Beginn der Umformarbeit über Hochdruckbohrungen in den Um­ formstempeln. Hierbei wird Umformflüssigkeit mit Hilfe einer Niederdruckpumpe bei geschlossenen Umformstempeln durch die Hochdruckbohrung eines der Umformstempel in den Rohling eingepumpt. Der diesem Umformstempel gegenüber­ liegende Umformstempel ist zuweilen geöffnet, so daß die im Formraum und im Rohling befindliche Luft entweichen kann. Da die Volumenströme, die bei dieser Verfahrensweise in den Rohling eingefüllt werden können, relativ klein sind, ist die beschriebene Vorfüllung umso zeitaufwendiger je größer das zu füllende Volumen ist. Das Einfüllen der Umformflüssigkeit ist bei diesen bekannten Maßnahmen ein hydrodynamischer Vorgang. Die Umformflüssigkeit wird über die Hochdruckbohrung eingefüllt und tritt aus dieser als hochenergetischer Freistrahl aus. Das bewirkt, daß sich in der eingefüllten Umformflüssigkeit Luftblasen befinden, welche die Qualität des Umformvorganges in bezug auf die Präzision der Umformung beeinträchtigen. Die Luftblasen müssen daher zeitaufwendig entfernt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb einer Umformpresse der eingangs beschriebenen Ausführungsform anzugeben, mit der das Einfüllen der Um­ formflüssigkeit in den Rohling vor Beginn des Umformvor­ ganges in vergleichsweise kurzer Zeitspanne einwandfrei durchgeführt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren, daß zum Zwecke des Füllens des umzuformenden Rohlings mittels Umformflüssigkeit bei redu­ zierter Einfüllspanne und bei sich schließendem oder ge­ schlossenem Matrizensystem der eine Umformstempel in den Vorraum um ein vorgegebenes Maß unter Freihaltung des Ein­ füllkanals vorfährt oder vorgefahren bleibt, daß unmittel­ bar danach ein Schnellfüllventil geöffnet wird und die Um­ formflüssigkeit unter Luftverdrängung in den Rohling (und den Formraum) strömt und nach Ausfüllen des Innenraumes des Rohlings mit Umformflüssigkeit beide Umformstempel in den Formraum unter dessen Abdichtung vorfahren und die Um­ formflüssigkeit in dem Rohling einschließen und den Roh­ ling einspannen, daß dann der für den Umformvorgang er­ forderliche Innenhochdruck aufgebaut wird, daß nach dem Umformvorgang die Umformstempel in ihre Ausgangsposition zurückgefahren werden und die Umformflüssigkeit abgeführt wird. - Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß ein Schnellbefüllen des Formraumes und des Rohlings mit Um­ formflüssigkeit möglich ist, wenn die verschiedenen Be­ wegungsabläufe wie Schließen des Formhohlraumes, Zuführen der Umformflüssigkeit über ein Schnellfüllventil, Ab­ dichten des Formhohlraumes und Einspannen des gefüllten Rohlings mittels der Umformstempel sowie das Erzeugen des Innenhochdruckes für den Umformvorgang aufeinander abge­ stimmt werden. Dabei erfolgt das Schnellbefüllen des Form­ raumes und insbesondere des Rohlings über den Einfüllkanal gleichsam im Wege eines Flutens, wobei in dem Formraum und Rohling befindliche Luft verdrängt wird und Luftblasen­ bildung im Zuge der Schnellbefüllung nicht länger zu befürchten ist. Dennoch kann überraschenderweise das Be­ füllen des Formraumes bzw. des Rohlings mit Umformflüssig­ keit in einer Zeitspanne durchgeführt werden, die sehr viel geringer als nach den bekannten Maßnahmen ist. Tat­ sächlich ist das Befüllen des Formraumes und Rohlings nach Lehre der Erfindung in Sekundenbruchteilen möglich.

Weitere erfindungswesentliche Maßnahmen sind im folgenden aufgeführt. So besteht die Möglichkeit, daß der Innenhoch­ druck durch das Vorfahren der Umformstempel erzeugt wird. Regelmäßig wird jedoch mit separaten Hochdruckübersetzern gearbeitet. Dann weisen die Umformstempel entsprechende Hochdruckbohrungen auf. Vorzugsweise werden beide Umform­ stempel mit gleicher Stempelgeschwindigkeit vorgefahren. Das verlangt eine entsprechende Abstimmung des Abstandes der Umformstempel zu dem Formraum bzw. dem darin befind­ lichen Rohling. Jedoch empfiehlt die Erfindung, daß das Schnellfüllventil in Abhängigkeit von der Stempelgeschwin­ digkeit und des oder der in den Formraum einfahrenden Um­ formstempel zeitverzögert geöffnet wird. Das gilt insbe­ sondere dann, wenn beispielsweise der eine Umformstempel unter Freihalten des Einfüllkanals in dem Matrizensystem bzw. dem Formraum verbleibt und sich lediglich der andere Umformstempel vor dem Matrizensystem befindet und in den Formraum einfahren muß - bis nach der Schnellbefüllung beide Umformstempel weiter vorfahren und den Rohling unter Einschluß der Umformflüssigkeit zwischen sich einspannen. - Im Rahmen der Erfindung kann der Schnellfüllvorgang be­ reits im Zuge der Schließbewegung des oder der vorfahren­ den Umformstempel gestartet werden, wenn beispielsweise der Bereich Umformstempel/Rohlingende von einem vor­ laufenden im Oberteil des Matrizensystems federnd ge­ lagerten Matrizenstück hinreichend abgedichtet werden kann. - Weiter empfiehlt die Erfindung, daß die Umform­ flüssigkeit nach dem Umformvorgang über den Einfüllkanal und dem als 3/2-Wegeventil ausgebildeten Schnellfüllventil mit sich anschließender Abflußleitung im Zuge des Zurück­ fahrens der Umformstempel abgeführt wird, so daß ein sonst in Kauf zu nehmendes Abfließen der Umformflüssigkeit über das Werkzeugunterteil und den Pressentisch nicht länger erforderlich ist. Folglich können sich dadurch die Fahrwege der Umformstempel verkürzen. Ferner wird beim Handling des umgeformten Rohlings weniger Umform­ flüssigkeit als bisher verschleppt, weil das Entleeren sowohl des Rohlings als auch des Formraumes früher beginnt.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Umformpresse zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens, mit einem Matrizensystem mit einem Formraum, einem in dem Formraum mündenden Einfüllkanal und mit einem Absperrorgan für den Einfüllkanal. Erfindungsgemäß ist das Absperrorgan als ein Schnellfüllventil mit einem pneumatischen Antrieb ausge­ bildet, während der Durchmesser des Einfüllkanals - bei dem es sich regelmäßig um eine Einfüllbohrung handelt - beliebig gewählt und folglich auf den Volumenstrom der das geöffnete Schnellfüllventil durch strömenden Umformflüssig­ keitsmenge abgestimmt werden kann. Zweckmäßigerweise ist das Absperrorgan als ein 3/2-Wegeventil mit einer zu einem Auffangbehälter führenden Abflußleitung ausgebildet, um eben eine gezielte Rückführung von Umformflüssigkeit nach dem Umformvorgang auf diesem Wege zu erreichen. Auch in der Ausführungsform als 3/2-Wegeventil erfolgt eine pneumatische Betätigung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher er­ läutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Umformpresse zur Durchführung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein Weg/Zeit-Diagramm für verschiedene Bewegungsab­ läufe von Matrizensystem, Umformstempel und Schnellfüllventil,

Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1 mit einem in dem Formraum verbleibenden Umformstempel und

Fig. 4 ein Weg/Zeit-Diagramm für den Gegenstand nach Fig. 3.

In den Figuren ist eine Umformpresse für die Innenhoch­ druckumformung von hohlen Rohlingen 1, z. B. Rohren ledig­ lich teilweise und schematisch dargestellt. Danach weist die Umformpresse ein Matrizensystem 2 mit einem Formraum 3 für die Aufnahme des Rohlings 1 auf, ferner Zylinder­ kolbenanordnungen 4 zum Öffnen und Schließen des Matrizen­ systems 2 mit Oberwerkzeug 2a und Unterwerkzeug 2b nach jedem Arbeitstakt und außerdem Umformstempel 5a, 5b, welche nach Maßgabe der Innenhochdrucktechnologie auf den Rohling 1 arbeiten. Dazu weisen die Umformstempel 5a, 5b angedeutete Hochdruckbohrungen 6 auf. Der Hochdruck kann aber auch durch das bloße Vorfahren der Umformstempel 5a, 5b erzeugt werden. Im übrigen ist eine Einrichtung zum Einfüllen der Umformflüssigkeit in den jeweils umzu­ formenden Rohling 1 vorgesehen, die einen Hochtank als Um­ formflüssigkeitsbehälter 7 aufweist. Von dem Umform­ flüssigkeitsbehälter 7 führt eine Fülleitung 8 unter Zwischenschaltung eines Schnellfüllventils 9 über einen Einfüllkanal 10 in den Formraum 3 des Matrizensystems 2. Für das Schnellfüllventil 9 ist ein pneumatischer Antrieb 11 vorgesehen. Unterhalb des Matrizensystems 2 befindet sich ein wannenartiger Auffangbehälter 12 für nach dem Umformvorgang abfließende Umformflüssigkeit. Von dem Auffangbehälter 12 führt eine Steigleitung 13 mit Förderpumpe 14 zu dem Umformflüssigkeitsbehälter 7. - Die Bewegungsrichtungen des Oberwerkzeuges 2a, der Umform­ stempel 5a, 5b und des pneumatischen Antriebes 11 für das Schnellfüllventil 9 sind durch Pfeile angedeutet.

Bei der Umformung mittels Innenhochdruck soll eine Aus­ stülpung 15 erzeugt werden. Die eingeschlossene Luft kann durch eine Entlüftungsbohrung 16 im Oberwerkzeug 2a austreten, die im Höchsten der Ausstülpung 15 mündet. Die Umformstempel 5a, 5b weisen Stößel 17 auf, deren vordere Enden an die Umformbedürfnisse angepaßt sind.

Zum Zwecke des Füllens des umzuformenden Rohlings 1 mittels Umformflüssigkeit bei reduzierter Einfüllspanne und bei sich schließendem oder geschlossenem Matrizen­ system 2 und folglich Formraum 3 fährt nach Fig. 1 der eine Umformstempel 5a in den Formraum 3 um ein vorgegebenes Maß unter Freihaltung des Einfüllkanals 10 vor oder ist nach Fig. 3 bereits vorgefahren und verbleibt in dieser vorgefahrenen Position auch für die nach­ folgenden Umformvorgänge. In dieser Position oder un­ mittelbar nach dem Vorfahren des betreffenden Umform­ stempels 5a gemäß Fig. 1 wird das Schnellfüllventil 9 geöffnet, so daß die Umformflüssigkeit unter Luftver­ drängung in den Rohling 1 und den Formraum 3 strömt. Nach Ausfüllen des Innenraumes des Rohlings 1 mit Umform­ flüssigkeit und des Formraumes 3 werden beide Umformstempel 5a, 5b in den Formraum 3 unter dessen Ab­ dichtung vorgefahren und schließen die Umformflüssigkeit in dem Rohling 1 ein. Darüber hinaus wird der Rohling 1 zwischen den Umformstempeln 5a, 5b eingespannt. Dann wird der für den Umformvorgang erforderliche Innenhochdruck aufgebaut. Nach dem Umformvorgang werden die Umformstempel 5a, 5b in ihre Ausgangspositionen zurückgefahren und wird die Umformflüssigkeit abgeführt.

Nach Fig. 2 ist mit Index 1 die Bewegung des Matrizen­ systems bzw. seines Oberwerkzeuges 2a bezeichnet, welches vereinfacht auf- und zugefahren wird. Das Oberwerkzeug 2a fährt vom Beginn der Schließoperation und folglich vom Zeitpunkt t 1,0 mit vorgegebener Geschwindigkeit und ggf. gesteuert bis zum Zeitpunkt t 1,1 in die geschlossene Position und hält die geschlossene Position bis zum Zeit­ punkt t 1,2 bei. Anschließend öffnet das Oberwerkzeug 2a und hat bei t 1,3 wieder seine obere Ausgangsposition er­ reicht. - Der Bewegungsablauf des einen Umformstempels 5a ist mit Index 2 versehen. Dieser Umformstempel 5a fährt erst dann in den Formraum 3 ein, wenn sich das Matrizen­ system 2 in Schließstellung befindet, also das Ober­ werkzeug 2a gegen das Unterwerkzeug 2b niedergefahren ist. Insoweit muß der Zeitpunkt t 2,0 auf den Schließvorgang des Matrizensystems 2 und folglich t 1,0 abgestimmt werden. Durch den Punkt t 2,1 ist ein Weg für den betreffenden Umformstempel 5a vorgegeben, wonach die Einfüllbohrung 10 noch vollständig freigehalten ist. - Die Öffnungs- und Schließfunktion des Schnellfüllventils 9 ist mit dem Index 3 bezeichnet. Zum Zeitpunkt t 3,0 bekommt das Schnellfüllventil 9 den Befehl zum Öffnen und hat bei t 3,1 geöffnet. Die Umformflüssigkeit - regelmäßig Wasser - strömt aus dem als Hochtank ausgeführten Umformflüssigkeitsbehälter 7 über die Fülleitung 8, das Schnellfüllventil 9 und den Einfüllkanal 10 in das Innere des Rohlings 1 und des Formraumes 3 und verdrängt die dort befindliche Luft über die Entlüftungsbohrung 16. Währenddessen ist der andere Umformstempel 5b noch außer Funktion, d. h. der Formraum 3 noch nicht geschlossen.

Erst wenn die Umformflüssigkeit den Innenraum des Rohlings 1 vollständig ausgefüllt hat, setzen sich beide Umform­ stempel 5a, 5b in Bewegung, dichten den Formraum 3 ab und schließen das Umformwasser in dem Rohling 1 ein. Mit Index 4 ist die Bewegung des anderen Umformstempels 5b bezeichnet, dessen Schließbewegung bei t 4,0 startet. Zum Zeitpunkt t 2,3 bzw. t 4,1 ist der Rohling 1 zwischen den beiden Umformstempeln 5a, 5b bzw. ihren Stößeln 17 eingespannt, so daß der Hochdruckaufbau beginnen kann.

In Sonderfällen kann der Innenhochdruck durch das Vor­ fahren der Umformstempel 5a, 5b erzeugt werden. Das ist durch den leichten Anstieg von t 2,3 nach t 2,4 bzw. von t 4,1 nach t 4,2 dargestellt. Regelmäßig wird jedoch mit separaten Hochdruckübersetzern gearbeitet, die nicht dargestellt sind. In solchen Fällen weisen die Umform­ stempel 5a, 5b angedeutete Hochdruckbohrungen 6 auf.

Nach dem Umformvorgang fahren die Umformstempel 5a, 5b wieder in ihre Ausgangsposition zurück und das Matrizen­ system 2 öffnet, so daß zum Zeitpunkt t 2,5 der Umformzyklus praktisch abgeschlossen ist.

Die beiden Umformstempel 5a, 5b werden regelmäßig mit gleichen Stempelgeschwindigkeiten verfahren. Durch Variieren des Abstandes zum Formraum 3 können die Zeitabläufe einfach eingestellt werden. In Fig. 1 befindet sich der betreffende Umformstempel 5a 5 mm vor dem geöffneten Formraum 3, während der andere Umformstempel 5b einen Abstand von 15 mm hat. In Abhängigkeit von den Geschwindigkeiten der betreffenden Komponenten können mit einem gemeinsamen Impuls die Bewegungsabläufe des Oberwerkzeuges 2a und der Umformstempel 5a, 5b ausgelöst werden, um nach dem Schließen des Formraumes 3 den Formraum 3 und den Rohling 1 luftblasenfrei befüllen zu können. Lediglich das Schnellfüllventil 9 muß zeitverzögert gestartet werden, bis der andere Umform­ stempel 5b in den Formraum eintaucht und den Abfluß von Umformflüssigkeit stoppt.

Der gesamte Umformvorgang kann über einfache Zeitglieder oder auch durch eine geeignete Anordnung der verschiedenen Komponenten mit geringem Aufwand zuverlässig gesteuert werden. - Nach Fig. 3 ist die Anordnung der Umformstempel 5a, 5b so getroffen, daß die Umformstempel zum gleichen Zeitpunkt und mit gleicher Stempelgeschwindigkeit vorge­ fahren und nach dem Umformvorgang wieder zurückgefahren werden. Das zeigt in schematischer Wiedergabe das Weg/Zeit-Diagramm nach Fig. 4.

Die Umformflüssigkeit wird nach dem Umformvorgang über den Einfüllkanal 10 und dem als 3/2-Wegeventil ausgebildeten Schnellfüllventil 9 mit sich anschließender Abflußleitung 18 im Zuge des Zurückfahrens der Umformstempel 5a, 5b abgeführt. Dazu führt von dem 3/2-Wegeventil die Ab­ flußleitung 18 zu dem Auffangbehälter 12.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betrieb einer Umformpresse für die Innen­ hochdruckumformung von hohlen Rohlingen, wonach die Um­ formpresse ein Matrizensystem mit Formraum für die Auf­ nahme des Rohlings, eine Einrichtung zum Öffnen und Schließen des Matrizensystems nach jedem Arbeitstakt und Umformstempel aufweist, welche nach Maßgabe der Innenhoch­ drucktechnologie auf den Rohling arbeiten, wobei unter dem Umformhochdruck eines Hochdrucksystems stehende Umform­ flüssigkeit die Umformung bewirkt, und wobei die Umform­ presse mit einer einen Umformflüssigkeitsbehälter auf­ weisenden Einrichtung mit einem in dem Formraum mündenden Einfüllkanal zum Einfüllen der Umformflüssigkeit in den jeweils umzuformenden Rohling vor Beginn der Umformarbeit versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke des Füllens des umzuformenden Rohlings mittels Umformflüssigkeit bei reduzierter Einfüllspanne und bei sich schließendem oder geschlossenem Matrizen­ system der eine Umformstempel in den Formraum um ein vor­ gegebenes Maß unter Freihaltung des Einfüllkanals vorfährt oder vorgefahren bleibt, daß danach ein Schnellfüllventil geöffnet wird und die Umformflüssigkeit unter Luftver­ drängung in den Rohling strömt und nach Ausfüllen des Innenraumes des Rohlings mit Umformflüssigkeit beide Um­ formstempel in den Formraum unter dessen Abdichtung vor­ fahren und die Umformflüssigkeit in dem Rohling ein­ schließen und den Rohling einspannen, daß dann der für den Umformvorgang erforderliche Innenhochdruck aufgebaut wird, daß nach dem Umformvorgang die Umformstempel in ihre Aus­ gangsposition zurückgefahren werden und die Umformflüssig­ keit abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenhochdruck durch das Vorfahren der Umformstempel erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beide Umformstempel mit gleicher Stempelge­ schwindigkeit vorgefahren werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Schnellfüllventil in Abhängigkeit von der Stempelgeschwindigkeit des oder der in den Form­ raum einfahrenden Umformstempel zeitverzögert geöffnet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schnellfüllvorgang im Zuge der Schließbewegung des oder der vorfahrenden Umformstempel gestartet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Umformflüssigkeit nach dem Umform­ vorgang über den Einfüllkanal und dem als 3/2-Wegeventil ausgebildeten Schnellfüllventil mit sich anschließender Abflußleitung im Zuge des Zurückfahrens der Umformstempel abgeführt wird.

7. Umformpresse zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem Matrizensystem mit einem Formraum, einem in dem Formraum mündenden Einfüllkanal und mit einem Absperrorgan für den Einfüllkanal, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Absperrorgan als ein Schnellfüll­ ventil (9) mit einem pneumatischen Antrieb (11) ausge­ bildet ist.

8. Umformpresse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrorgan (9) als ein 3/2-Wegeventil mit einer zu einem Auffangbehälter (12) führenden Abflußleitung (18) ausgebildet ist.