EP1986801B1

EP1986801B1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines ausschnittes oder durchbruchs in der wandung eines nach dem innenhochdruck-umformverfahren ausgebildeten bauteils

Info

Publication number: EP1986801B1
Application number: EP07702923A
Authority: EP
Inventors: Bernd Wilhelm; Clemens Haller; Manfred Helm; Isaak Abramov; August Wilhelm Schäfer
Original assignee: Sitech Sitztechnik GmbH
Current assignee: Sitech Sitztechnik GmbH
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2007-01-22
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2027-01-22
Also published as: ATE468930T1; DE502007003933D1; DE102006007224A1; WO2007093269A1; CN101454093A; EP1986801A1; CN101454093B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7 zum Herstellen-eines Ausschnittes oder Durchbruchs in der Wandung eines nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren ausgebildeten Bauteils, beispielsweise Hohlkörpers, der sich noch im Umformwerkzeug befindet, mit sich anschließender Feinbearbeitung der Oberfläche. Eine solche Vorrichtung bzw. Verfahren ist aus der DE 103 28 452 B1 bekannt.
Es sind Innenhochdruck-Umformverfahren bekannt, die das Ausschneiden von Ausschnitten aus Bauteilwandungen von außen nach innen ermöglichen, wie dies in der DE 43 22 063 C2 beschrieben ist. Dieses bekannte Verfahren wird mit Hilfe eines von außen an der Mantelfläche des Werkzeuges angreifenden Lochstempels derart vorgenommen, dass der Ausschnitt zunächst bei maximalem Innendruck bis auf eine Restwandungsdicke vorgeschnitten und anschließend bei verringertem Innendruck ausgeschnitten wird.
Das Erzeugen von Durchbrüchen oder Ausschnitten kann aber auch von innen nach außen durchgeführt werden ( DE 1 552 122 A1 ), indem die Wandung durch Erhöhung des Innendruckes in eine Werkzeugausnehmung hinein durchbrochen bzw. ausgeschnitten wird, wobei in der Werkzeugausnehmung ein nach außen verschiebbarer Stützstempel vorgesehen sein kann.
Bei den bekannten derartigen Verfahren kommt es beim Ausschneiden eines Ausschnittes zu einem Nachfließen des Werkstoffs, d.h. zur Veränderung der Wandoberfläche, des Bauteils, z. B. zur Neigung und Franse der Kante im Bereich um den Ausschnitt herum.
Im Stand der Technik sind eine Reihe von Möglichkeiten durch spanlose Formung im kalten Zustand bekannt (Stanzen, Biegen, Pressen. Schneiden, Lochen, Ziehen usw.), um Durchbrüche oder Ausschnitte, die eine bestimmte Formkontur aufweisen, einzubringen sowie engere Wanddicken- und Querschnitttoleranzen und bessere Oberflächengüten des Bauteils zu erzielen.
Aus der DE 103 28 452 B1 ist ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Loches am Außenumfang eines Hohlprofils bekannt geworden. Hier wird ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung aufgezeigt, mit dem bzw. der ein Lochen von Hohlprofilen in einem Innenhochdruckformwerkzeug an nahezu jeder beliebigen Stelle in einfacher Weise ermöglicht wird. Hierzu wird insbesondere vorgeschlagen, dass der Stempel in der Führungsbohrung des Umformwerkzeuges unter Zusammenwirkung des Innenhochdrucks mit einem Antriebsglied bewegt wird. Insofern findet hier ein spanloses Formen des Bauteils oder Teile des Bauteils ausschließlich nach oder allenfalls während des Innenhochdruckformens statt. Bei einer derartigen Vorgehensweise kann es vorkommen, dass Durchbrüche oder Ausschnitte, die eine bestimmte Formkontur aufweisen, nur mit geringer Genauigkeit ausgeschnitten und geformt werden können.
Die Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der vorgenannten Art zu schaffen, mit denen die oben dargelegten Schwierigkeiten vermieden und bei denen sich auch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen oder ähnliche erübrigen.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass zunächst die Wandung des im Umformwerkzeug gelagerten und durch Dichtstempel fixierten und positionierten Ausgangswerkstücks mit Hilfe eines Lochstempel schlagartig bis auf eine Restwanddicke vorgeschnitten wird. Dabei wird die schlagartig. Einwirkung des Lochstempels durch einen Abstand zwischen dem oberen Teil des Lochstempels und Hydrozylindem realisiert. Dieser Abstand dient zur Vermeidung der Beschleunigungsstrecke des Hydrozylinders.
Es wird erreicht, dass aus der Wandung eines nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren hergestellten Bauteils, beispielsweise Hohlkörpers, bei noch im Umformwerkzeug befindlichem Hohlkörper, Durchbrüche oder Ausschnitte, die eine bestimmte Formkontur aufweisen, mit hoher Genauigkeit ausgeschnitten und geformt werden und dass die Oberfläche des Bauteils feinbearbeitet wird. Bisher war dies nur in einem getrennten Arbeitsgang außerhalb des Innenhochdruck-Umformwerkzeuges möglich.
In einem weiteren Verfahrensschritt zieht sich der Lochstempel zu Mantelfläche des Werkzeug ges zurück. Die Dichtstempel schieben das Ausgangsstück in eine neue Position, um eine Formänderung des Ausgangswerkstücks, d. h. Dehnung bei der Innenhochdruck-Umformung, zu kompensieren und den vorgeschnittenen Bereich, d.h. die Sollbruchstelle relativ zum Lochstempel, genau zu positionieren. Dann steigt der Innendruck, und während des Umformprozesses wird der Schneidprozess der Ausschnitte aus dem Bauteil nach bekannten, vorstehend beschriebenen, Verfahren von außen nach innen und/oder von innen nach außen durchgeführt. Dabei wird der vorgeschnittene Teil der Wandung des Bauteils, d. h. die vorher mittels der Prägekante des Lochstempels erzeugte Sollbruchstelle, durch schlagartige urid/oder multiple Bewegungen des Lochstempels zwischen den unteren und oberen Todpunkten leicht und sauber abgetrennt.
Nach der Senkung des Innendrucks wird durch vorstehend beschriebene spanlose Formung eine vollständige Unterbauung durchgeführt, um Neigung, Rand- und Gratbildung des Schnittes zu verhindern und eine bestimmte Formkontur aufweisende Durchbrüche oder Ausschnitte einzubringen. Dieser Arbeitsgang wird mit Hilfe von axialen Bewegungen des Werkstückes mittels der Dichtstempel und vertikaler Bewegungen des Lochstempels, der eine entsprechende Gravur in seiner Stirn- und/oder Seiten-Oberfläche hat, realisiert.
In einem letzten Arbeitsgang wird eine Feinbearbeitung der Oberfläche des Bauteils durchgeführt. Diese Feinbearbeitung der Oberfläche des Bauteils wird beim Entnahmeprozess aus dem Werkzeug durch ein Kaltziehen des Werkstückes durch eine in das Werkzeug angebauten Ziehring mittels gleichzeitiger axialer Schiebung und Drehung des Werkstückes durch die Dichtstempel realisiert.
Das erfindungsgemäße kombinierte Innenhochdruck- und spanlose Formungsverfahren erlaubt es, beliebige Durchbrüche und Ausschnitte am Werkstück und eine Feinbearbeitung der Oberfläche des Bauteils mit hoher Genauigkeit in einem einzigen kombinierten Umform, Stanz-, Bieg-, Einsenk-, Ziehräumwerkzeug durchzuführen. Dabei kann dieses Verfahren durch entsprechende gemeinsame Steuerung des Innenhochdrucks, des Vorschubes, des toten Spiels und der Geschwindigkeit des Lochstempels, der Nachschiebung und axialen Position des Ausgangsstückes und des axialen Vorschubes, der Schiebung und Drehung des Werkstücks praktisch auch in einem Arbeitsgang durchgeführt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchfüh- rung des Verfahrens;
Fig. 2: eine Querschnitt durch die Vorrichtung nach Fig. 2;
Fig. 3, 6, 11, 14 und 19: Längsschnitte durch die Vorrichtung nach Fig. 1 in ver- schiedenen Arbeitsstufen;
Fig. 13: eine Detaildarstellung "I" gemäß Fig. 11
Fig. 20: eine Detaildarstellung "M" gemäß Fig. 19
Fig. 21 - 26: eine Verfahrensabfolge des erfindungsgemäßen Verfah- rens mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4, 7, 8, 9, 10, 12, 15, 16, 17, 18: die vergrößerten Teillängsschnitte durch die Vorrichtung in verschiedenen Arbeitsstufen;
Fig. 5: ein vergrößerter Teilquerschnitt durch die Vorrichtung;
Fig. 27: ein die Funktionsweise der Vorrichtung erläuterndes Dia- gramm.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, während Fig. 2 einen Querschnitt einer solchen Vorrichtung in einer Ausgangsstellung zu Beginn des Verfahrens zeigt. Die Vorrichtung oder das Werkzeug weist ein Werkzeug 1 auf, in das das Werkstück 2, insbesondere ein Halteröhrchen für eine Kopfstütze von Fahrzeugsitzen eingelegt ist. Das Werkstück 2 wird endseitig von Dichtstempeln 3, 4 beaufschlagt. Über eine Öffnung 5 kann das Fluid zur Durchführung der Innenhochdruckumformung in das hohle Werkstück 2 eingebracht werden. Die Durchbrüche oder Ausschnitte in der Wandung des Werkstücks 2 werden mittels Lochstempeln 8, 10 eingebracht, auf die Hydraulikzylinder 6, 7 wirken. Die Lochstempel werden von Jochen 9, 11 mit Auflagebereichen 12, 14 gehalten, die in ihrer Höhe veränderbar einstellbar sind. Auf diese Weise ergeben sich unterschiedliche Abstände Δ₁, Δ₂ zu den Hydraulikzylindern 6, 7. Die Höheneinstellung wird mittels eines verstellbaren Jochfußes 14, 16 erreicht. Über ebenfalls höhenverstellbare Widerlager 13, 15 ist die Bewegung des Jochs 9, 11 und damit des Lochstempels 8, 10 nach unten begrenzt. Jochfuß 14, 16 und Widerlager 13, 15 sind auf einer Kolbenplatte 18, 20 gelagert, die mittels eines hydraulisches Fluids 19, 21 höhenverstellbar ist.
Zur Feinbearbeitung des Werkstücks 2 im Werkzeug ist auf der Seite des Werkzeugs, auf der das Werkstück eingebracht bzw. entnommen wird, eine Matrize 17 bzw. ein Ziehring angeordnet. Des Weiteren sind in die Lochstempel 8, 10 eine oder zwei teilkreisförmige Nuten 22 eingebracht, die zur Kantenbegradigung an den eingebrachten Durchbrüchen oder Ausschnitten dienen.
Nachfolgend wird das Verfahren mit Hilfe der Fig. 3, 6, 11, 14 und 19 beschrieben, die die verschiedenen Arbeitsstufen zeigen. In einem ersten Schritt wird das durch die Dichtstempel 3 positionierte Werkstück 2 durch die Lochstempel 8, 10 schlag- oder stoßartig vorgeschnitten. Im Falle des Lochstempels 10, der anschließend einen vollständigen Ausschnitt bewirkt, ist das Joch 11 weiter ausgefahren, so dass sich ein geringerer Abstand Δ₁ ergibt. Ein Stoß wird durch Auftreffen einer vertikalen Platte auf das Widerlager 13 gestoppt, wie dies in Fig. 3 verdeutlicht ist. Die Fig. 4 und 5 zeigen hierzu Vergrößerungen. Durch den Stoß wird eine Vorschädigung in das Material eingebracht.
Anschließend wird das Wirkfluid in das Innere des Werkstücks 2 gepumpt, nachdem die Lochstempel 8, 10 bis zur Mantelfläche des Werkzeugs zurückgezogen worden sind. Da es während der eigentlichen Innenhochdruckumformung zu einer Dehnung des Materials kommt, wird das Werkstück 2 vorher durch axiale Verschiebung der Dichtstempel 3, 4 in eine Position gebracht, die genau die Sollbruchstelle zum jeweiligen Lochstempel positioniert (Fig. 6). Die Fig. 7-10 verdeutlichen den nachfolgenden Schnittprozess unter Einwirkung des Innenhochdrucks. Hierbei gibt es die Möglichkeit, dass sich der verschiebbare Lochstempel von außen nach innen (Fig. 8, 9) bewegt oder von innen nach außen (Fig. 7, 10). Bei dem Innenhochdruckumformen legt sich die Wandung des Werkstücks 2 an die Innenseite 24;25 des Werkzeugs an. An den Ausschnitten oder Durchschnitten bilden sich Schneidkanten 26, 27.
Mit Hilfe der Fig. 11 wird ein sich anschließender Verfahrensschritt gezeigt, der der Kantennachbehandlung bzw. dazu dient, Durchbrüche oder Ausschnitte mit einer bestimmten Formkontur einzubringen. Der Lochstempel 8, 10 mit dem ausgeschnittenen Blech 28 oder umgeformten Blechabschnitt 31 wird in Verfahrrichtung noch weiter in das Werkzeug geführt, so dass die Kantenbereiche 29, 30 der Ausschnitte oder Durchbrüche mit der gravierten Nut 22 im Stempelkopf fluchten. Die Dichtstempel 3, 4 werden axial verfahren und auf diese Weise die möglicherweise durch den Schneidprozess verformten Kanten durch die erzwungene Bewegung in die Nuten 22 begradigt. Eine solche Hin- und Herbewegung und die Effekte der Begradigung der Kantenbereiche (29, 30, 32) sind aus den Fig. 14-18 ersichtlich.
Zur Oberflächenkalibrierung schließt sich anschließend ein Ziehprozess an. Hierbei wird das umgeformte Werkstück 2 unter vorzugsweise gleichzeitigen Drehungen durch die Matrize 17 gezogen und aufgrund des Ziehrings hinsichtlich seiner Manteloberfläche 33 begradigt.
Die Verfahrensabfolge ist schließlich mit Hilfe der Fig. 21-27 dargestellt. Das Werkstück 2 wird von den Dichtstempeln 3, 4 aufgenommen und durch axiale Bewegung in das Werkzeug positioniert. Mittels stoßartig einwirkender Lochstempel 8, 10 wird eine Vorschädigung in die Wandung eingebracht. Bei Erhöhung des Innendrucks folgt dann durch schlagartige und/oder multiple Bewegung des Lochstempels der eigentliche Ausschnitt oder Durchschnitt. Zur Nachbehandlung der Kanten werden diese durch axiale Bewegung des Werkstücks in eine eingravierte Nut 22 im Lochstempel gezwungen. Anschließend folgt der Kalibriervorgang mit nachfolgender Entnahme des Werkstücks.
Fig. 28 zeigt die Geschwindigkeiten des jeweiligen Lochstempels, wie sie sich aus den einzelnen Abständen Δ₁ Δ₂ zwischen dem oberen Teil des Lochstempels und den Hydraulikzylindern ergeben.

Bezugszeichenliste

1: Werkzeug
2: Werkstück
3: Dichtstempel
4: Dichtstempel
5: Zuführöffnung
6: Hydraulikzylinder
7: Hydraulikzylinder
8: Lochstempel
9: Joch
10: Lochstempel
11: Joch
12: Auflagebereich
13: Widerlager
14: Jochfuß
15: Widerlager
16: Jochfuß
17: Matrize
18: Kolbenplatte
19: Fluid
20: Kolbenplatte
21: Fluid
22: Nut
23: Nut
24: Werkzeuginnenseite
25: Werkzeuginnenseite
26: Schneidkante
27: Schneidkante
28: ausgeschnittenes Blech
29: Kantenbereich
30: Kantenbereich
31: Umgeformter Blechabschnitt
32: Kantenbereich
33: Manteloberfläche

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Ausschnittes oder Durchbruches in der Wandung eines nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren ausgebildeten Bauteils, beispielsweise Hohlkörpers, der sich noch im Umformwerkzeug (1) befindet, mit Hilfe eines von außen nach innen oder von innen nach außen verschiebbaren Lochstempels (8, 10), der in die Wandung des Hohlkörpers hineingedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
- zunächst die Wandung des im Umformwerkzeug (1) gelagerten und, vorzugsweise mit Dichtstempeln (3, 4), fixierten und positionierten Ausgangswerkstücks oder Werkstücks mit Hilfe des Lochstempels (8, 10) vor dem Innendruck-Umformen schlagartig bis auf eine Restwanddicke vorgeschnitten wird,

- danach der vorgeschnittene Teil der Wandung abgetrennt wird und

- danach ein spanloses Formen und/oder eine Feinbearbeitung des Bauteils oder Teile des Bauteils im Werkzeug (1) erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgeschnittene Teil der Wandung im Sinne einer Sollbruchstelle während der lnnenhochdruck-Umformung des Bauteiles durch schlagartige oder nicht schlagartige und/oder multiple vor- und rücklaufende Bewegungen des Lochstempels (8, 10) abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrüche und Ausschnitte durch spanloses Formen bearbeitet werden und/oder dass die Mantelfläche des umgeformten Werkstücks durch einen Ziehvorgang kalibriert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine bestimmte Formkontur der Durchbrüche oder Ausschnitte durch spanloses Kaltumformen durch axiale Schiebungen des Werkstückes (2) und/oder vertikale Bewegungen des Lochstempels (8, 10) ohne Innendruck realisiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Feinbearbeitung der Oberfläche des Werkstücks (2) durch Kaltziehen des Werkstückes durch ein Werkzeug mittels axialer Schiebung, vorzugsweise unter Drehung, des Werkstückes realisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil ein Rohr zur Halterung von Kopfstützen zur Arretierung an Fahrzeugsitzen ist.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend ein Umformwerkzeug (1) zur Durchführung einer Innenhochdruckumformung sowie mindestens einen Lochstempel (8, 10) zum Einbringen von Ausschnitten oder Durchbrüchen in die Wandung des Werkstücks, insbesondere eines Holkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass zur schlagartigen Einwirkung des Lochstempels (8, 10) ein variabler Abstand zwischen dem oberen Teil des Lochstempels und Lochhydraulikzylindem (6, 7) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochstempel (8, 10) mit oberen und unteren verschiebbaren Begrenzungsanschlägen ausgerüstet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochstempel (8, 10) auf seinen Seitenoberflächen Unterscheidungen (22) aufweist, deren oberer Teil der Formkontur der Durchbrüche oder Ausschnitte des Werkstückes, im Sinne der Mantelfläche des Werkstücks im Bereich um den Durchbruch oder Ausschnitt herum, entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschneidungen keilförmig sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den inneren Hohlraum des Werkzeuges ein Ziehring (17) eingebaut ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Dichtstempel (3, 4) das Werkstück aufnehmen, die koaxial im inneren Hohlraum des Werkzeuges (1) anordnet sind und die durch synchrone axiale Bewegungen und/oder Drehung eine Positionierung des Werkstücks und somit der vorgeschnittenen Sollbruchstelle relativ zur Prägekante des Lochstempels bei der Innenhochdruck-Umformung, eine axiale Schiebung des Werkstückes bei der spanlosen Formung und/oder eine Feinbearbeitung der Oberfläche erreichen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtstempel (3, 4), die synchron axial bewegbar sind, das Ausgangswerkstück (2) aufnehmen und in das Werkzeug (1) führen und ebenso wieder herausführen.