DE29924160U1

DE29924160U1 - Device for producing a metallic pipe fitting

Info

Publication number: DE29924160U1
Application number: DE29924160U
Authority: DE
Original assignee: GFU Maschinenbau GmbH Gesellschaft fuer Umformung und Maschinenbau
Current assignee: GFU Maschinenbau GmbH Gesellschaft fuer Umformung und Maschinenbau
Priority date: 1999-11-05
Filing date: 1999-11-05
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2009-11-06

Description

PATENTANWÄLTE
EUROPEAN PATENT AND TRADEMARK ATTORNEYSPATENT ATTORNEYS
EUROPEAN PATENT AND TRADEMARK ATTORNEYS

Anwaltsakte:Attorney file:

94 328/Srb/Al94 328/Srb/Al

Diplom-PhysikerGraduate Physicist

DR. WALTER ANDREJEWSKI (-1996)DR. WALTER ANDREJEWSKI (-1996)

Diplom-IngenieurGraduate engineer

DR.-ING. MANFRED HONKEDR.-ING. MANFRED HONKE

Diplom-PhysikerGraduate Physicist

DR. KARL GERHARD MASCHDR. KARL GERHARD MASCH

Diplom-IngenieurGraduate engineer

DR.-ING. RAINER ALBRECHTDR.-ING. RAINER ALBRECHT

Diplom-PhysikerGraduate Physicist

DR. JÖRG NUNNENKAMPDR. JOERG NUNNENKAMP

Diplom-ChemikerGraduate Chemist

DR. MICHAEL ROHMANNDR. MICHAEL ROHMANN

Diplom-PhysikerGraduate Physicist

DR. ANDREAS VON DEM BORNEDR. ANDREAS VON DEM BORNE

D 45127 Essen, Theaterplatz 3 D 45002 Essen, P.O. Box 10.0254D 45127 Essen, Theaterplatz 3 D 45002 Essen, P.O. Box 10.0254

26. November 200126 November 2001

GebrauchsmusteranmeldungUtility model application

GFU-Gesellschaft für Umformung
und Maschinenbau GmbHGFU-Society for Forming
and Mechanical Engineering GmbH

Motscher Straße 2 8aMotscher Strasse 2 8a

54634 Bitburg54634 Bitburg

Vorrichtung zur Herstellung
eines metallischen RohrformstückesDevice for producing
of a metallic pipe fitting

(Abzweigung aus DE 199 53 525.6
vom 5. November 1999)(Branch from DE 199 53 525.6
of 5 November 1999)

• ··

Andrejewski, Honke & Sozien, Patentanwälte in EssenAndrejewski, Honke & Sozien, patent attorneys in Essen

Beschreibung:Description:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines metallischen Rohrformstückes.
5The invention relates to a device for producing a metallic pipe fitting.
5

Aus DE-C 44 31 517 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Ende eines rohrförmigen Werkstückes mit einem Umformwerkzeug unter axialem Druck umgeformt wird, wobei das Umformwerkzeug und das Werkstück während der Formgebung in gleicher Drehrichtung um ihre Längsachsen, die parallel versetzt zueinander ausgerichtet sind, rotierend angetrieben werden. Als Umformwerkzeug wird eine Form verwendet, deren Außendurchmesser wesentlich größer ist als der Durchmesser des rohrförmigen Werkstückes. Die Drehzahlen der Form und des Werkstückes sind so aufeinander abgestimmt, dass das Werkstück und die Form mit gleichen Umfangsgeschwindigkeiten umlaufen, wobei das Werkstück an der rotationssymmetrischen Innenwand der Form abrollt. Durch den Versatz der Rotationsachsen tritt bei der Formgebung Reibung zwischen den sich formenden Endstück und der Form auf, die vom Werkstückumfang radial nach Innen zur Längsachse des Werkstückes zunimmt. Mit dem Verfahren können halsförmige Rohrverjüngungen und druckfeste, stirnseitig geschlossene Rohrenden hergestellt werden. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Druckgasflaschen, wobei der Boden und der Hals gleichzeitig geformt werden können.DE-C 44 31 517 discloses a method in which one end of a tubular workpiece is formed using a forming tool under axial pressure, whereby the forming tool and the workpiece are driven to rotate in the same direction of rotation around their longitudinal axes, which are aligned parallel and offset to one another, during the forming process. A mold is used as the forming tool, the outer diameter of which is significantly larger than the diameter of the tubular workpiece. The speeds of the mold and the workpiece are coordinated so that the workpiece and the mold rotate at the same peripheral speeds, whereby the workpiece rolls along the rotationally symmetrical inner wall of the mold. Due to the offset of the axes of rotation, friction occurs during the forming process between the forming end piece and the mold, which increases from the workpiece circumference radially inwards towards the longitudinal axis of the workpiece. The method can be used to produce neck-shaped pipe tapers and pressure-resistant, closed-end pipe ends. The process is particularly suitable for the production of compressed gas cylinders, where the base and neck can be formed simultaneously.

Im Maschinen-, Getriebe- und Fahrzeugbau werden Hohlwellen mit endseitigen Flanschen oder Muffen eingesetzt. Ein konkretes Beispiel sind Nockenwellen mit endseitigen Steuer-Hollow shafts with flanges or sleeves at the end are used in machine, gear and vehicle construction. A concrete example is camshafts with control shafts at the end.

Andrejewski, Honke & Sozien, Patentanwälte: in EssenAndrejewski, Honke & Sozien, patent attorneys: in Essen

flanschen. Nach dem Stand der Technik werden die Flansche oder Muffen an die Hohlwelle angeschweißt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, mit dem Rohlinge für solche Maschinenteile umformtechnisch hergestellt werden können.flanges. According to the state of the art, the flanges or sleeves are welded to the hollow shaft. The invention is based on the object of specifying a device with which blanks for such machine parts can be produced by forming technology.

Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung sind in den nachgeordneten Ansprüchen 2 bis 5 beschrieben.The subject matter of the invention and the solution to this problem is a device according to claim 1. Advantageous embodiments of this device are described in the subordinate claims 2 to 5.

Als Umformwerkzeug wird ein Dorn verwendet, der eine zum Werkstück sich verjüngende Umforrnf lache auf weist und dessen Außendurchmesser größer ist als der Werkstückaußendurchmesser. Das rotierend angetriebene Umformwerkzeug wird mit. einer an die Werkstückdrehzahl angenäherten Anfangsdrehzahl an das zu formende Werkstück heranbewegt. Das Werkstückende wird unter axialem Druck an der Umformfläche des Dorns aufgeweitet, wobei die Drehzahl des Umformwerkzeuges, 0 dessen Antrieb mit einem Freilauf ausgerüstet ist, sich entsprechend der Umfangsgeschwindigkeit des sich an der Umformfläche ausbildenden Formstückes selbsttätig anpasst. Die Anfangsdrehzahl kann bis zu etwa 2 0 % von der Drehzahl des Werkstückes abweichen. Im Allgemeinen wird die Anfangsdrehzahl des Umformwerkzeuges etwas geringer gewählt als die Werkstückdrehzahl. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht einen überraschend gleichmäßigen Werkstofffluss während des Umformvorganges. Auch bei einer großen Aufweitung bleibt die Wandstärke des umgeformten Materials überraschend konstant. Vorzugsweise ist die Umformfläche des Dorns kegelförmig ausgebildet.A mandrel is used as the forming tool, which has a forming surface that tapers towards the workpiece and whose outer diameter is larger than the workpiece outer diameter. The rotating forming tool is moved towards the workpiece to be formed at an initial speed that approximates the workpiece speed. The workpiece end is expanded under axial pressure on the forming surface of the mandrel, whereby the speed of the forming tool, whose drive is equipped with a freewheel, automatically adjusts itself according to the peripheral speed of the shaped piece forming on the forming surface. The initial speed can deviate by up to about 20% from the speed of the workpiece. In general, the initial speed of the forming tool is selected to be somewhat lower than the workpiece speed. The device according to the invention enables a surprisingly even flow of material during the forming process. Even with a large expansion, the wall thickness of the formed material remains surprisingly constant. The forming surface of the mandrel is preferably conical.

Andrej ewski, Honke & Sozien, Patentanwälte in EssenAndrej ewski, Honke & Sozien, patent attorneys in Essen

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann an das Rohrende des Werkstückes ein Flansch angeformt werden. Dabei kann auch die Flanschdicke und/oder die Flanschform des angeformten Flansches beeinflusst werden, wenn am Umfang der sich verjüngenden Umformfläche eine umlaufende Staukante angeordnet ist, die den bei der Umformung auftretenden Werkstofffluss. begrenzt oder umlenkt. Das an der Umformfläche geformte Rohrende des Werkstückes wird in einem weiteren Umformschritt zu einem Flansch verpresst.With the aid of the device according to the invention, a flange can be formed onto the pipe end of the workpiece. The flange thickness and/or the flange shape of the formed flange can also be influenced if a circumferential retaining edge is arranged on the circumference of the tapered forming surface, which limits or deflects the material flow that occurs during the forming. The pipe end of the workpiece formed on the forming surface is pressed into a flange in a further forming step.

Eine besonders rationelle Fertigung ist möglich, wenn das Werkzeug zur Umformung mit einem vorstehenden Rohrende in einen mit dem Werkstück rotierenden Werkstückhalter eingesetzt wird, der als Presswiderlager ausgebildet ist. Im zweiten Umformschritt kann das an dem Dorn umgeformte kegelförmige Rohrende mittels eines Pressstempels am Werkstückhalter flanschförmig verpresst werden.A particularly efficient production is possible if the forming tool with a protruding pipe end is inserted into a workpiece holder that rotates with the workpiece and is designed as a press abutment. In the second forming step, the conical pipe end formed on the mandrel can be pressed into a flange shape using a press stamp on the workpiece holder.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können ferner muffenförmige Rohrerweiterungen an ein rohrförmiges Werkstück, z.B. eine Hohlwelle, angeformt werden. Durch eine Zustellbewegung des Doms und/oder des Werkstückhalters wird ein Endstück des Werkstückes unter Druck umgeformt, welches länger ist als die von der Dornspitze zum Außendurchmesser reichende Mantellinie der Umformfläche. Dabei wird ein Umformwerkzeug verwendet, welches in Dornlängsrichtung eine an die kegelförmige Umformfläche anschließende, im Wesentlichen zylindrische Mantelfläche aufweist.The device according to the invention can also be used to form sleeve-shaped pipe extensions onto a tubular workpiece, e.g. a hollow shaft. By means of an infeed movement of the mandrel and/or the workpiece holder, an end piece of the workpiece is formed under pressure, which is longer than the surface line of the forming surface extending from the mandrel tip to the outer diameter. A forming tool is used which has an essentially cylindrical surface in the longitudinal direction of the mandrel which adjoins the conical forming surface.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein 0 Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematischIn the following, the invention is explained in detail with reference to a drawing which merely represents an embodiment. It shows schematically

Fig.Ia bis Ic die Herstellung eines metallischen Rohrformstückes unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
5Fig.Ia to Ic the production of a metallic pipe fitting using a device according to the invention,
5

Fig. 2 u. 3 weitere Ausgestaltungen und Abwandlungen der Erfindung,Fig. 2 and 3 further embodiments and modifications of the invention,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein Werkstück, das durch das mit der in Fig. 2 dargestelltenFig. 4 is a longitudinal section through a workpiece which has been cut by the method shown in Fig. 2.

Vorrichtung hergestellt worden ist.device has been manufactured.

Mit dem in den Fig. la bis Ic dargestellten Verfahren wird an einer Hohlwelle ein Flansch angeformt. Das Verfahrenserzeugnis ist beispielsweise als Rohling zur Fertigung einer einen endseitigen Steuerflansch aufweisenden Nockenwelle mit einem endseitigen Steuerflansch verwendbar.Using the process shown in Figs. 1a to 1c, a flange is formed onto a hollow shaft. The product of the process can be used, for example, as a blank for producing a camshaft having an end-side control flange.

Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Vorrichtung verwendet, die einen rotierend angetriebenen Werkstückhalter 1 zur Aufnahme eines rohrförmigen Werkstückes 2, ein Umformwerkzeug 3 mit Rotationsantrieb sowie eine nicht dargestellte Einrichtung für den Vorschub des Umformwerkzeuges 3 und zur Erzeugung eines axialen Umformdruckes aufweisen. Die Rotationsachsen 4, 5 des Werkstückhalters und des Umformwerkzeuges sind parallel zueinander versetzt angeordnet. Das Umformwerkzeug besteht aus einem Dorn 6 mit einer kegelförmigen Umformfläche 7, dessen Außendurchmesser D größer ist als der Werkstückaußendurchmesser d. Der nicht 0 dargestellte Rotationsantrieb des Umformwerkzeuges 3 ist mit einem Freilauf ausgerüstet.To carry out the method, a device is used which has a rotatingly driven workpiece holder 1 for holding a tubular workpiece 2, a forming tool 3 with a rotary drive and a device (not shown) for advancing the forming tool 3 and for generating an axial forming pressure. The rotation axes 4, 5 of the workpiece holder and the forming tool are arranged offset parallel to one another. The forming tool consists of a mandrel 6 with a conical forming surface 7, the outer diameter D of which is larger than the workpiece outer diameter d. The rotary drive of the forming tool 3 (not shown) is equipped with a freewheel.

»·&diams;■»· ·■·■»·&diams;■»· ·■·■

Das Werkstück 2, dessen umzuformendes Werkstückende auf Schmiedetemperatur erwärmt worden ist, wird mit einer Drehzahl von beispielsweise 1000 min"¹ angetrieben. Das ebenfalls rotierend angetriebene Umformwerkzeug. 3 wird mit einer an die Werkstückdrehzahl &eegr; angenäherten Anfangsdrehzahl n₀ an das zu formende Werkstück heranbewegt (Fig. la). Die Anfangsdrehzahl n₀ wird im Allgemeinen etwas kleiner als die Werkstückdrehzahl &eegr; gewählt und beträgt beispielsweise 950 min"¹. In der ersten Umformoperation (Fig. Ib) wird das Werkstückende unter axialem Druck an der Umformfläche 7 des Dorns 6 aufgeweitet. Dabei passt sich die Drehzahl nu des Umformwerkzeuges 3, dessen Antrieb mit einem Freilauf ausgerüstet ist, entsprechend der Umfangsgeschwindigkeit des sich an der Umformfläche 7 ausbildenden Formstückes selbsttätig an. Es kommt zu einem gleichmäßigen Werkstofffluss, wobei sich eine trichterförmige Rohrerweiterung g ausbildet, deren Wandstärke im Wesentlichen der Wandstärke des rohrförmigen Werkstückabschnittes entspricht . In einem zweiten Umformschritt wird das an der Umformfläche 7 des Dorns 6 geformte Rohrende 8 zu einem Flansch 9 verpresst. Es versteht sich, dass bei der zweiten Umformoperation weder das Werkstück 2 noch das Presswerkzeug 10 rotieren. Im Ausführungsbeispiel ist der Werkstückhalter 1 als Presswiderlager ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung . liegt es auch, das bei der ersten Umformoperation hergestellte Werkstück aus der Vorrichtung zu entnehmen und in einer separaten Presse weiter umzuformen.The workpiece 2, the end of which is to be formed and has been heated to forging temperature, is driven at a speed of, for example, 1000 min" ¹ . The forming tool 3, which is also driven in rotation, is moved towards the workpiece to be formed at an initial speed n ₀ which approximates the workpiece speed η (Fig. 1a). The initial speed n ₀ is generally selected to be somewhat lower than the workpiece speed η and is, for example, 950 min" ¹ . In the first forming operation (Fig. 1b), the workpiece end is expanded under axial pressure on the forming surface 7 of the mandrel 6. The speed nu of the forming tool 3, the drive of which is equipped with a freewheel, adapts automatically in accordance with the peripheral speed of the shaped piece being formed on the forming surface 7. A uniform flow of material occurs, forming a funnel-shaped pipe extension g, the wall thickness of which essentially corresponds to the wall thickness of the tubular workpiece section. In a second forming step, the pipe end 8 formed on the forming surface 7 of the mandrel 6 is pressed into a flange 9. It is understood that neither the workpiece 2 nor the pressing tool 10 rotate during the second forming operation. In the exemplary embodiment, the workpiece holder 1 is designed as a press abutment. It is also within the scope of the invention to remove the workpiece produced in the first forming operation from the device and to form it further in a separate press.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist am Umfang der kegelförmigen Umformfläche 7 des Dorns '6 eineIn the embodiment shown in Fig. 2, a

■t · · · " · «·■&diams;■.■t · · · " · «·■&diams;■.

Andrej ewski, Honke & Sozi en, Patentanwälte in EssenAndrej ewski, Honke & Sozi en, patent attorneys in Essen

umlaufende Staukante 11 angeordnet, die den bei der ersten Umformoperation auftretenden Werkstofffluss begrenzt oder umlenkt. Mit dem in Fig. 2 dargestellten Umformwerkzeug kann ein Werkstück geformt werden, . welches in Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Die bei der Umformoperation entstehende Rohrerweiterung 8 weist einen Steg 12 und einen umfangseitig anschließenden Ring 13 auf, dessen Ringbreite durch die Umformoperation beeinflussbar ist. Der Ring 13 entsteht dadurch, dass der Werkstofffluss bei der Umformung an der Staukante 11 umgelenkt wird und das aus dem Umformwerkzeug 3 austretende Material erstarrt. Das in Fig. 4 dargestellte Werkstück kann beispielsweise als Rohling zur Herstellung eines Maschinenteils verwendet werden, das einen Radkranz aufweist.a circumferential baffle edge 11 is arranged which limits or diverts the material flow occurring during the first forming operation. The forming tool shown in Fig. 2 can be used to form a workpiece, which is shown schematically in Fig. 4. The pipe extension 8 created during the forming operation has a web 12 and a peripherally adjoining ring 13, the ring width of which can be influenced by the forming operation. The ring 13 is created by the material flow being diverted at the baffle edge 11 during forming and the material emerging from the forming tool 3 solidifying. The workpiece shown in Fig. 4 can be used, for example, as a blank for producing a machine part which has a wheel rim.

' Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 weist der Dorn 6 eine zylindrische Mantelfläche 14 auf, die stufenfrei an die kegelförmige Umformfläche 7 anschließt. Durch eine Zustellbewegung des Dorns 6 wird ein Endstück des Werk-Stückes 2 unter Druck umgeformt, welches länger ist als die von der Dornspitze zum Außendurchmesser reichenden Mantellinie der kegelförmigen Umformfläche. Beim Umformvorgang fließt der Werkstoff an der kegelförmigen Umformfläche 7 sowie der anschließenden zylindrischen Mantelfläche 14 entlang, wobei ein Rohrendstück mit einer muffenförmigen Erweiterung ausgebildet wird.' In the embodiment of Fig. 3, the mandrel 6 has a cylindrical outer surface 14 which adjoins the conical forming surface 7 without any steps. By means of an infeed movement of the mandrel 6, an end piece of the workpiece 2 is formed under pressure, which is longer than the surface line of the conical forming surface extending from the mandrel tip to the outer diameter. During the forming process, the material flows along the conical forming surface 7 and the adjoining cylindrical outer surface 14, whereby a pipe end piece with a sleeve-shaped extension is formed.

Claims

1. Device for producing a metallic pipe fitting with
a rotatingly driven workpiece holder ( 1 ) for holding a tubular workpiece ( 2 ),
a forming tool ( 3 ) with rotary drive and
a device for advancing the forming tool ( 2 ) and/or the workpiece holder ( 1 ) and for generating an axial forming pressure,
wherein the rotation axes ( 4 , 5 ) of the workpiece holder and of the forming tool are arranged offset parallel to one another, characterized in that the forming tool ( 3 ) has a mandrel ( 6 ) with a forming surface ( 7 ) tapering towards the workpiece ( 2 ), the outer diameter (D) of which is larger than the workpiece outer diameter (d) and that the rotation drive of the forming tool ( 3 ) has a freewheel.

2. Device according to claim 1, characterized in that the forming surface ( 7 ) of the mandrel ( 6 ) is conical.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that a circumferential baffle edge ( 11 ) is arranged on the circumference of the tapering forming surface ( 7 ), which limits or deflects the material flow occurring during the forming.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the workpiece holder ( 1 ) is designed as a press abutment, on which the pipe end formed on the forming surface ( 7 ) of the mandrel ( 6 ) can be pressed into a flange in a further forming step.

5. Device according to claim 1 or 2, characterized in that a cylindrical outer surface ( 14 ) adjoins the forming surface ( 7 ) of the mandrel ( 6 ).