WO2010000233A1 - Herstellungsverfahren von rohrmaterial - Google Patents
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- WO2010000233A1 WO2010000233A1 PCT/DE2009/000894 DE2009000894W WO2010000233A1 WO 2010000233 A1 WO2010000233 A1 WO 2010000233A1 DE 2009000894 W DE2009000894 W DE 2009000894W WO 2010000233 A1 WO2010000233 A1 WO 2010000233A1
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- B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
- B21J5/008—Incremental forging
Definitions
- the invention relates to a method for producing pipe material, to an apparatus for carrying out the method, to a pressing tool with such a device, as well as to a tube material produced by the method.
- Seamless drawn pipe sections for example, for use as waves with comparatively large wall thicknesses are elaborate and costly manufactured in the state of the art.
- An alternative production of such pipe sections is therefore by hollow drilling of solid material. In addition to the loss of material occurring, such production processes are time-consuming.
- Patent DE 10 2005 003 933 B4 discloses a mandrel for extruding articles, wherein the mandrel consists of a main and a plurality of inner mandrels, which are axially displaceable to each other.
- Patent GB 922,794 further discloses a method of making tubes of different wall thicknesses. For this purpose, a mandrel is used, which has sections with different outer diameter.
- the invention has for its object to provide a manufacturing process, including the necessary tools with which a cost-effective and rapid production of pipe material is made possible.
- the object is achieved by a method for the production of pipe material at least consisting of the following process steps: loading a die with conical in the direction of feed into an outlet opening with a perforated workpiece, moving an internal mandrel through the workpiece in the outlet opening, forward hollow extrusion by means of a punch consisting of a coaxial about the inner mandrel arranged inner punch and a coaxially arranged around this outer punch, forming a blank with a pipe section and a remaining in the feed press residue, punching the press rest by means of the inner punch, applying the press residue by means of the inner punch, stripping the press rest by means of the outer punch ,
- pipe material in particular in the form of pipe sections, can be produced rapidly in large numbers and without large material waste.
- the die is designed substantially cylindrical.
- the perforated workpiece is in one embodiment, in particular cylindrical, but in principle it can be designed arbitrarily or may have any external profile.
- the perforated workpiece can be made of solid material by means of a combined cupping and punching process in an upstream process stage, so that the entire tube material can be produced in a pressing process, for example on a multi-stage press.
- Pipe section are produced in succession on a multi-stage press. For this purpose, a procedure for producing the perforated workpiece from
- Solid material in an additional tool the following steps include: loading the solid material in a die, setting the solid material by means of a setting punch, embossing a chamfer corresponding to the inlet on a side facing away from the set punch end of the solid material, wells of the solid material by means of a coaxially arranged in Setzstempel
- the solid material can be heated before forming and / or after loading.
- An inductive heating has proved to be advantageous.
- Under forming conditions without heating ie at room temperature, especially soft, light and non-ferrous metals and their alloys can be used and processed.
- Steel material is transformed under semi-warm and especially warm conditions, whereby the type of steel and the wall thicknesses to be formed can be decisive for a warm or semi-warm transformation.
- the press residue After punching the press residue and ejecting the pipe section, it first remains in the inlet.
- a simple and safe removal of the press residue can be done by shrinking the press residue on the inner punch.
- the natural cooling of the pressed residue can be used.
- the tool or the inlet of the workpiece is cooled, for example water-cooled, so that the press residue is additionally quenched and shrink-coated more rapidly onto the inner punch. Due to the shrinking process, the press residue is lifted off the conical inlet and separated from it.
- the outer punch moves back in this phase of the process or remains in a position in which the shrinkage of the press residue is not hindered either mechanically or thermally.
- the pressing residue is conveyed by a displacement of the inner punch to the outside and opposite by a stripping movement of the outer punch the inner punch from the inner punch separately.
- the relative movement of inner punch, outer punch and die against each other can be realized by different pressing arrangements.
- the press table on which the tool is mounted be displaced.
- a plurality of pistons acting on the stamp can be operated independently of each other, so that inner punch, outer punch and tool on an imaginary axis of movement are displaced relative to each other simultaneously in different directions of movement.
- the perforated workpieces are formed into a pipe section according to the method given above.
- the press is designed in one embodiment at least double acting.
- the master press tool may be preceded by a pre-press tool for forming a first press stage, which pre-pressing at least a second die with a bottom plate with a punch opening and a cylinder wall with a cone tapering towards the bottom plate and a setting die with a coaxial in this recorded punch is formed.
- the punch can be cooled in one embodiment, for example, be water cooled. As a result, the resulting forming heat can be dissipated and the dimensional accuracy of the punch can be better guaranteed.
- the pre-pressing tool is used to prepare and adapt a mass portion made of solid material, for example, by means of a shearing method, to the punched workpiece.
- setting, cupping and piercing processes take place in the pre-pressing tool.
- the setting advantageously comprises the embossing of a chamfer.
- This has a chamfer angle, which substantially already corresponds to the cone angle of the inlet of the main press tool, so that the perforated workpiece can be fitted to the engraving with the inlet of the main tool fitting.
- the diameters of the cylinder walls of the main and pre-pressing tool are substantially the same.
- a setting punch coaxially receives a punch, takes place over a first partial stroke of the press the cupping by means of the punch with preferably relieved or at least partially relieved setting punch.
- the punch can be adapted to the Napfvorgang in a corresponding manner.
- a return flow process takes place, which increases the cylinder length of the workpiece and reduces the perforating process of the punch, which is carried out during the subsequent second partial stroke, and reduces the size of the perforated plug. In particular, during the movement of the punch this is centered guided in the Setzstkov.
- the thus produced perforated workpiece is in the
- Main pressing tool further processed.
- the diameter of the inner mandrel is smaller than the diameter of the punch.
- the inner spine can play with in the game Opening of the workpiece without friction and without problems in case of existing deviations of the axes of inner mandrel and punch to be moved.
- material can be displaced forward in a flowing manner radially inwards so that a homogeneous flow of material is achieved.
- the inner punch To carry out the punching step by means of the inner punch this has substantially twice the exit radius - ie the diameter of the outlet opening - on.
- the inner punch is formed on the front side accordingly as a punching train. Furthermore, the inner mandrel is centered and guided in the inner punch, so that uniform wall thicknesses can be achieved during the forward hollow extrusion molding.
- At least the workpiece part to which the press residue adheres can have a cooling device.
- this may be formed as a separate mold part with a cooling water connection.
- the pressing residue separates from the inlet and shrinks on the inner piston, whereby it can be extended out of the main pressing tool by displacing the inner punch and can be stripped off the inner punch by the outer punch.
- the inlet and / or the tool has a
- Design of the press for example as a hydraulic or mechanical
- Press can have these two independently operable pressure cylinder or piston. Such opposite to each other
- pressurization devices may relieve and retract a plunger while the other plunger is pressurizing becomes.
- counteracting pressures can be achieved by a displaceable punch and additionally by a displaceable press table as part of the press.
- a pressing tool which has at least one main pressing tool and a pre-pressing tool according to one of the previously described embodiments.
- a material of the tube material may be a non-ferrous metal, light metal or their alloys. Particularly advantageously, these materials can be processed by means of a cold or warm forging process.
- the use of steel for the production of the tube material is advantageous with the method according to the invention, wherein such materials are preferably processed by means of a hot or semi-warm process.
- the pipe material is particularly suitable as a semi-finished product for the production of shafts such as transmission shafts, in particular in lightweight construction.
- FIGS. 1 to 3 a section through a pre-pressing tool at three different machining times
- FIGS. 4 to 6 a section through a main pressing tool at three different machining times.
- Figures 1 to 3 show the pre-pressing tool 1 with the die 2 with a
- a punched opening 5 is provided in the bottom plate 4.
- the cylinder wall 3 has a tapering towards the bottom plate 4 towards cone 6 for representing a chamfer in the perforated workpiece 7.
- the solid material 8 for example, a rod portion sheared off a rod material with an inner surface of the cylinder wall 3 corresponding outer diameter - wi rd introduced into the die 2 and is located on the cone 6 at.
- Figure 2 shows the solid material 8, after it has been set by the setting punch 10 and the chamfer 11 has been formed with a chamfer angle ⁇ .
- the setting punch 10 is for this purpose acted upon by a press, not shown in the direction of the arrow 12 and thus in the direction of the bottom plate 4 with pressure.
- the punch 9, which may be water-cooled or otherwise cooled is axially displaceable and centered.
- a cupping is carried out by means of a displacement of the punch 9 in the direction of the bottom plate 4, wherein the setting punch 10 is switched without pressure.
- material of the solid material 8 is displaced by backflow.
- the cylinder wall 18 has substantially the same inner diameter as the cylinder wall 3 of the Prepresswerkmaschines 1 of Figures 1 to 3.
- the inlet 19 has a cone 21, which narrows the inner diameter of the cylinder wall 18 to the diameter of the outlet opening 22 and thus substantially to the outer diameter of the pipe sections to be produced.
- the cone 21 in this case has a cone angle ⁇ , which essentially corresponds to the chamfer angle ⁇ of the perforated workpiece 7 (see FIG. 4).
- FIG. 4 shows the main pressing tool 16 with the workpiece 7 inserted at the beginning of the loading by the multipart punch 23.
- the workpiece 7 lies with its chamfer 11 against the cone 21 and is acted on by the punch 23.
- the punch 23 is formed from the inner mandrel 24, a coaxial around the axis of symmetry 25 surrounding this outer punch 26 and a both surrounding outer punch 27.
- the inner mandrel 24 relative to the inner punch 26 and this centered relative to the outer punch 27 and guided axially.
- the inner mandrel 24 is first displaced axially by the press and axially overlaps the outlet opening 22.
- the outer diameter of the inner mandrel 24 is adapted to the desired inner diameter of the pipe section to be formed, and the inner diameter of the opening 15 of the workpiece 7 is designed to be larger than the outer diameter of the inner mandrel 24.
- inner punch 26 and outer punch 27 in the direction of arrows 28, 29 acted upon synchronously by the press and thereby displaced axially.
- the resulting forward hollow flow process presses material of the workpiece 7 under support on the inner mandrel 24 through the outlet opening 22 in the in Execution part 22 provided opposite the outlet opening 22 extended opening 30th
- FIG. 1 The result of the forward hollow flow process - the blank - is shown in FIG. From the workpiece 7 of Figure 4, a pipe section 31 has formed, which is connected to a remaining in the cone 21 of the inlet 19 Press rest 32.
- the length of the pipe section 31 can by design of
- Pre-1 and main press tool 16 are designed so that the length of
- Semi-finished product is formed so that one or more, formed by parting finished parts can be produced.
- the outer punch 27 along the arrow 29 is at least partially withdrawn and the inner punch 26 along the arrow 28 in the direction of discharge opening 22 displaced, whereby the pipe section 31 while reducing the mass of the press residue 32 is further extended until the inner punch 26, whose outer diameter substantially corresponds to the diameter of the outlet opening 22, the pressing residue 32 separates from the pipe section 31 by passing the outlet opening 22 passes.
- the inner mandrel 24 can be carried along for the stabilization of the inner punch 26 or pulled out with the outer punch 27.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Rohrmaterial (31) und eine Vorrichtung (16) hierzu. Die Herstellung erfolgt mittels eines Vorwärtshohlfließpressverfahrens. Dabei wird mittels eines zweiteiligen Stempels (26, 27) und eines Innendorns (24) ein Rohrabschnitt gepresst, der einen Pressrest aufweist. Der Pressrest wird vom Rohrabschnitt getrennt und mittels eines Stempelteils aus dem Presswerkzeug ausgebracht.
Description
Herstellungsverfahren von Rohrmaterial
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Rohrmaterial, auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, auf ein Presswerkzeug mit solch einer Vorrichtung, sowie auf ein nach dem Verfahren hergestelltes Rohrmaterial.
Nahtlos gezogene Rohrabschnitte beispielsweise für die Verwendung als Wellen mit vergleichsweise großen Wandstärken werden im Stand der Technik aufwändig und entsprechend kosten intensiv hergestellt. Eine alternative Herstellung derartiger Rohrabschnitte erfolgt daher durch Hohlbohren von Vollmaterial. Neben dem dabei auftretenden Materialverlust sind derartige Herstellungsverfahren zeitaufwändig.
Die Patentschrift DE 10 2005 003 933 B4 offenbart einen Dorn zum Strangpressen von Gegenständen, wobei der Dorn aus einem Haupt- und mehreren Innendornen besteht, welche axial zueinander verschiebbar sind. Die Patentschrift GB 922,794 offenbart weiterhin eine Methode, um Rohre mit unterschiedlichen Wandstärken zu fertigen. Hierfür wird ein Dorn verwendet, welcher Abschnitte mit unterschiedlichem Außendurchmesser aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren samt der notwendigen Werkzeuge vorzuschlagen, mit denen eine kostengünstige und schnelle Herstellung von Rohrmaterial ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Rohrmaterial zumindest bestehend aus folgenden Verfahrensschritten gelöst: Beladen einer Matrize mit in Pressrichtung konischem Zulauf in eine Austrittsöffnung mit einem gelochten Werkstück, Verfahren eines Innendorns durch das Werkstück in die Austrittsöffnung, Vorwärtshohlfließpressen mittels eines Stempels
bestehend aus einem koaxial um den Innendorn angeordneten Innenstempel und einem koaxial um diesen angeordneten Außenstempel, Bildung eines Rohteils mit einem Rohrabschnitt und einem im Zulauf verbleibenden Pressrest, Stanzen des Pressrests mittels des Innenstempels, Ausbringen des Pressrests mittels des Innenstempels, Abstreifen des Pressrests mittels des Außenstempels. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann Rohrmaterial insbesondere in Form von Rohrabschnitten schnell in großen Stückzahlen und ohne großen Materialabfall hergestellt werden. In einer Ausgestaltung ist die Matrize im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet. Das gelochte Werkstück ist in einer Ausgestaltung insbesondere zylindrisch, wobei es jedoch prinzipiell beliebig ausgestaltet sein bzw. ein beliebiges Außenprofil aufweisen kann.
Das gelochte Werkstück kann dabei aus Vollmaterial mittels eines kombinierten Napf- und Stanzverfahrens in einer vorgelagerten Prozessstufe hergestellt werden, so dass das gesamte Rohrmaterial in einem Pressvorgang beispielsweise auf einer mehrstufigen Presse herstellbar ist. In einer
Ausgestaltung ist somit vorgesehen, dass das gelochte Werkstück und der
Rohrabschnitt hintereinander auf einer mehrstufigen Presse hergestellt werden. Hierzu kann ein Ablauf zur Herstellung des gelochten Werkstücks aus
Vollmaterial in einem zusätzlichen Werkzeug folgende Verfahrensschritte enthalten: Beladen des Vollmaterials in eine Matrize, Setzen des Vollmaterials mittels eines Setzstempels, Anprägen einer dem Zulauf entsprechenden Fase an einer dem Setzstempel abgewandten Stirnseite des Vollmaterials, Näpfen des Vollmaterials mittels eines koaxial im Setzstempel angeordneten
Lochstempels bei entlastetem Setzstempel, Lochen des Vollmaterials durch den Lochstempel.
Abhängig von der Materialbeschaffenheit und der Art des Materials kann es vorteilhaft sein, Bedingungen für Warmumformung oberhalb der
Raumtemperatur zu wählen. Hierzu kann das Vollmaterial vor dem Umformen und/oder nach dem Beladen erwärmt werden. Als vorteilhaft hat sich eine induktive Erwärmung erwiesen. Unter Umformbedingungen ohne Erwärmung, also bei Raumtemperatur, können insbesondere Weich-, Leicht- und Buntmetalle sowie deren Legierungen eingesetzt und verarbeitet werden. Stahlmaterial wird unter halbwarmen und insbesondere warmen Bedingungen umgeformt, wobei die Art des Stahls und die auszubildenden Wandstärken den Ausschlag für eine warme oder halbwarme Umformung geben können. Durch eine schnell auf die Herstellung des gelochten Werkstücks folgende Verarbeitung zum Rohrabschnitt kann ein nochmaliges Erwärmen vor oder während des Vorwärtshohlfließpressens vermieden werden, insbesondere wenn die Fertigung auf einer Mehrstufenpresse mit der Herstellung des gelochten Werkstücks in der Pressstufe vor der Herstellung des Rohrabschnitts erfolgt.
Nach dem Stanzen des Pressrestes und dem Auswerfen des Rohrabschnitts verbleibt dieser zuerst im Zulauf. Eine einfache und sichere Entfernung des Pressrestes kann durch Aufschrumpfen des Pressrestes auf den Innenstempel erfolgen. Dabei kann die natürliche Erkaltung des Pressrestes genutzt werden. Zusätzlich, insbesondere zur Herbeiführung einer kürzeren Taktrate des Herstellungsprozesses, kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass das Werkzeug oder der Zulauf des Werkstücks gekühlt, beispielsweise wassergekühlt wird, so dass der Pressrest zusätzlich abgeschreckt wird und schneller auf den Innenstempel aufschrumpft. Durch den Schrumpfprozess wird der Pressrest aus dem konischen Zulauf abgehoben und von diesem getrennt. Der Außenstempel fährt in dieser Phase des Verfahrens bereits zurück oder verbleibt in einer Stellung, in der das Aufschrumpfen des Pressrests weder mechanisch noch thermisch behindert wird. Anschließend wird der Pressrest durch eine Verlagerung des Innenstempels nach außen befördert und durch eine Abstreifbewegung des Außenstempels gegenüber
dem Innenstempel vom Innenstempel getrennt. Die Relativbewegung von Innenstempel, Außenstempel und Matrize gegeneinander können durch unterschiedliche Pressanordnungen realisiert werden. Beispielsweise kann der Pressentisch, auf dem das Werkzeug befestigt ist, verlagerbar sein. Weiterhin können mehrere die Stempel beaufschlagende Kolben unabhängig voneinander betrieben werden, so dass Innenstempel, Außenstempel und Werkzeug auf einer gedachten Bewegungsachse jeweils relativ zueinander gleichzeitig in unterschiedliche Bewegungsrichtungen verlagerbar sind.
Die Aufgabe wird gleichermaßen gelöst durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß mindestens einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen zur Herstellung von Rohrmaterial, insbesondere Rohrabschnitten, zumindest bestehend aus mindestens einer Presse und zumindest einem Hauptpresswerkzeug, welches Hauptpresswerkzeug zumindest besteht aus einer Matrize mit einer zylindrischen Gravur und einem axial längs der Gravur verlagerbaren Stempel, wobei der Stempel mehrteilig aus einem Innendorn, einem koaxial um diesen angeordneten Innenstempel und einem koaxial um den Innenstempel angeordneten Außenstempel gebildet ist, und wobei die Matrize anschließend an die zylindrische Gravur einen konischen, sich auf einen Austrittsradius verjüngenden Zulauf aufweist. In vorteilhafter Weise werden in diesem Hauptpresswerkzeug die gelochten Werkstücke zu einem Rohrabschnitt nach dem oben angegebenen Verfahren geformt. Die Presse ist dabei in einer Ausgestaltung zumindest doppelt wirkend ausgestaltet.
Weiterhin kann dem Hauptpresswerkzeug ein Vorpresswerkzeug zur Bildung einer ersten Pressstufe vorgelagert sein, welches Vorpresswerkzeug zumindest aus einer zweiten Matrize mit einer Bodenplatte mit einer Stanzöffnung und einer Zylinderwandung mit einem sich zur Bodenplatte hin verjüngenden Konus sowie einem Setzstempel mit einem koaxial in diesem
aufgenommenen Lochstempel gebildet ist. Der Lochstempel kann dabei in einer Ausgestaltung gekühlt, beispielsweise wassergekühlt sein. Hierdurch kann die entstehende Umformwärme abgeführt und die Maßhaltigkeit des Lochstempels besser garantiert werden.
Das Vorpresswerkzeug dient zur Vorbereitung und Anpassung eines beispielsweise mittels eines Scherverfahrens hergestellten Masseteils aus Vollmaterial zum gelochten Werkstück. Hierzu erfolgen in dem Vorpresswerkzeug Setz-, Napf- und Lochvorgänge. Das Setzen umfasst in vorteilhafter Weise das Anprägen einer Fase. Diese weist einen Fasenwinkel auf, der im Wesentlichen bereits dem Konuswinkel des Zulaufs des Hauptpresswerkzeugs entspricht, so dass das gelochte Werkstück an die Gravur mit dem Zulauf des Hauptwerkzeugs passend eingefügt werden kann. Vorzugsweise sind die Durchmesser der Zylinderwandungen des Haupt- und Vorpresswerkzeugs im Wesentlichen gleich. Nach dem Setzen durch einen Setzstempel, der koaxial einen Lochstempel aufnimmt, erfolgt über einen ersten Teilhub der Presse das Näpfen mittels des Lochstempels bei vorzugsweise entlastetem oder zumindest teilentlastetem Setzstempel. Der Lochstempel kann dabei an den Napfvorgang in entsprechender Weise angepasst sein. Durch Entlastung des Setzstempels erfolgt ein Rückfließprozess, der die Zylinderlänge des Werkstücks erhöht und den bei dem nachfolgenden zweiten Teilhub durchgeführten Lochprozess des Lochstempels die Größe des gelochten Butzens verringert. Insbesondere während der Bewegung des Lochstempels ist dieser im Setzstempel zentriert geführt.
Das auf diese Weise gefertigte gelochte Werkstück wird in dem
Hauptpresswerkzeug weiterverarbeitet. Hierzu hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Durchmesser des Innendorns kleiner als der Durchmesser des Lochstempels ist. Auf diese Weise kann der Innendorn mit Spiel in der
Öffnung des Werkstücks ohne Reibung und ohne Probleme bei gegebenenfalls vorhandenen Abweichungen der Achsen von Innendorn und Lochstempel verlagert werden. Weiterhin kann im nachfolgenden Vorwärtshohlfließpressschritt Material vorwärts fließend auch nach radial innen verdrängt werden, so dass ein homogener Materialfluss erzielt wird.
Zur Durchführung des Stanzschritts mittels des Innenstempels weist dieser im Wesentlichen den doppelten Austrittsradius - also den Durchmesser der Austrittsöffnung - auf. Der Innenstempel ist an dessen Stirnseite entsprechend als Stanzwerkzug ausgebildet. Weiterhin ist der Innendorn im Innenstempel zentriert und geführt, so dass gleichmäßige Wandstärken während des Vorwärtshohlfließpressens erzielt werden können.
Zur Kühlung des durch den Stanzvorgang vom Rohrabschnitt getrennten Pressrests kann zumindest das Werkstückteil, an dem der Pressrest haftet, eine Kühleinrichtung aufweisen. Hierzu kann dieses als separates Matrizenteil mit einem Kühlwasseranschluss ausgebildet sein. Durch die Kühlung löst sich der Pressrest vom Zulauf und schrumpft auf den Innenkolben, wodurch er aus dem Hauptpresswerkzeug durch Verlagern des Innenstempels ausgefahren und durch den Außenstempel vom Innenstempel abgestreift werden kann. In einer Ausgestaltung weist somit der Zulauf und/oder das Werkzeug eine
Kühleinrichtung auf.
Die Verlagerung von Innenstempel und Außenstempel gegeneinander erfolgt in vorteilhafter Weise mittels einer gegenläufigen Presse. Abhängig von der
Ausgestaltung der Presse beispielsweise als hydraulische oder mechanische
Presse kann diese zwei unabhängig voneinander betreibbare Druckzylinder oder Kolben aufweisen. Derart zueinander gegenläufige
Druckbeaufschlagungseinrichtungen können beispielsweise einen Stempel entlasten und zurückziehen, während der andere Stempel druckbeaufschlagt
wird. In gleicher Weise können gegenläufige Beaufschlagungen mit Druck durch einen verlagerbaren Stempel und zusätzlich durch einen verlagerbaren Pressentisch als Teil der Presse erzielt werden.
Darüber hinaus wird die Aufgabe durch ein Presswerkzeug gelöst, welches zumindest ein Hauptpresswerkzeug und ein Vorpresswerkzeug nach einem der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen aufweist.
Weiterhin wird die Aufgabe durch Rohrmaterial gelöst, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und deren Werkzeuge hergestellt ist. Dabei kann ein Werkstoff des Rohrmaterials ein Buntmetall, Leichtmetall oder deren Legierungen sein. Besonders vorteilhaft können diese Materialien mittels eines Kalt- oder Halbwarmumformverfahrens verarbeitet werden.
Weiterhin ist die Verwendung von Stahl zur Herstellung des Rohrmaterials mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft, wobei derartige Materialien bevorzugt mittels eines Warm- oder Halbwarmverfahrens verarbeitet werden. Das Rohrmaterial eignet sich insbesondere als Halbzeug für die Herstellung von Wellen wie Getriebewellen, insbesondere in Leichtbauweise.
Die Erfindung wird anhand der in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
Figuren 1 bis 3: Schnitt durch ein Vorpresswerkzeug zu drei verschiedenen Bearbeitungszeitpunkten, und Figuren 4 bis 6: Schnitt durch ein Hauptpresswerkzeug zu drei verschiedenen Bearbeitungszeitpunkten.
Die Figuren 1 bis 3 zeigen das Vorpresswerkzeug 1 mit der Matrize 2 mit einer
Zylinderwandung 3 und einen Ausschnitt einer fest mit dieser verbundenen Bodenplatte 4. In der Bodenplatte 4 ist eine Stanzöffnung 5 vorgesehen. Am
Übergang von der Zylinderwandung 3 zur Bodenplatte 4 weist die Zylinderwandung 3 einen sich zur Bodenplatte 4 hin verengenden Konus 6 zur Darstellung einer Fase im gelochten Werkstück 7 auf.
In der Figur 1 ist der Beladungszustand vor Beginn des Pressvorgangs dargestellt. Das Vollmaterial 8 - beispielsweise ein von einem Stangenmaterial abgescherter Stangenabschnitt mit einem der Innenfläche der Zylinderwandung 3 entsprechendem Außendurchmesser - wi rd in die Matrize 2 eingebracht und liegt am Konus 6 an.
Figur 2 zeigt das Vollmaterial 8, nachdem es durch den Setzstempel 10 gesetzt und die Fase 11 mit einem Fasenwinkel α ausgebildet worden ist. Der Setzstempel 10 wird hierzu von einer nicht dargestellten Presse in Richtung des Pfeils 12 und somit in Richtung der Bodenplatte 4 mit Druck beaufschlagt. Koaxial zur Symmetrieachse 13 des Vorpresswerkzeugs 1 ist in dem Setzstempel 10 der Lochstempel 9, der wassergekühlt oder in anderer Weise gekühlt sein kann, axial verlagerbar geführt und zentriert. Nachfolgend zum Setzschritt der Figur 2 wird ein Näpfen mittels einer Verlagerung des Lochstempels 9 in Richtung der Bodenplatte 4 durchgeführt, wobei der Setzstempel 10 drucklos geschaltet wird. Hierdurch wird Material des Vollmaterials 8 durch Rückfließen verdrängt. Dies führt - wie in Figur 3 gezeigt - zu einer Erhöhung des Zylinders des Vollmaterials 8 in einem ersten Teilhub und bei weiterer Verlagerung des Lochstempels 9 in Richtung Bodenplatte 4 im zweiten Teilhub zum Ausbrechen des Butzens 14. Durch den Rückfluss von Material ist der Butzen 14 kleiner als die geschaffene Öffnung 15 im durch den Umformungsprozess geschaffenen Werkstück 7 mit einer Fase 11 mit dem Fasenwinkel α. Das gelochte Werkstück 7 wird nach dem Zurückziehen von Setzstempel 10 und Lochstempel 9 ausgebracht und in das in den nachfolgenden Figuren 4 bis 6 beschriebene Hauptpresswerkzeug 16 eingelegt.
Die Figuren 4 bis 6 zeigen das Hauptwerkzeug 16 mit einer mehrteiligen Matrize 17, bestehend aus einer Zylinderwandung 18, einem Zulauf 19 und einem Ausführteil 20. Die Zylinderwandung 18 hat im Wesentlichen denselben Innendurchmesser wie die Zylinderwandung 3 des Vorpresswerkzeugs 1 der Figuren 1 bis 3. Der Zulauf 19 weist einen Konus 21 auf, der den Innendurchmesser der Zylinderwandung 18 auf den Durchmesser der Austrittsöffnung 22 und damit im Wesentlichen auf den Außendurchmesser der herzustellenden Rohrabschnitte verengt. Der Konus 21 weist dabei einen Konuswinkel ß auf, der im Wesentlichen dem Fasenwinkel α des gelochten Werkstücks 7 (siehe Figur 4) entspricht.
Figur 4 zeigt das Hauptpresswerkzeug 16 bei eingelegtem Werkstück 7 zu Beginn der Beaufschlagung durch den mehrteiligen Stempel 23. Das Werkstück 7 liegt mit seiner Fase 11 am Konus 21 an und wird von dem Stempel 23 beaufschlagt. Der Stempel 23 ist dabei aus dem Innendorn 24, einem koaxial um die Symmetrieachse 25 diesen außen umgebenden Innenstempel 26 sowie einem beide umgebenden Außenstempel 27 gebildet. Dabei ist der Innendorn 24 gegenüber dem Innenstempel 26 und dieser gegenüber dem Außenstempel 27 zentriert und axial geführt. In dem in Figur 4 gezeigten Verfahrensschritt wird zuerst der Innendorn 24 von der Presse axial verlagert und übergreift die Austrittsöffnung 22 axial. Dabei ist der Außendurchmesser des Innendorns 24 an den gewünschten Innendurchmesser des zu bildenden Rohrabschnitts angepasst und der Innendurchmesser der Öffnung 15 des Werkstücks 7 größer als der Außendurchmesser des Innendorns 24 ausgelegt. Nachfolgend werden Innenstempel 26 und Außenstempel 27 in Richtung der Pfeile 28, 29 synchron von der Presse beaufschlagt und dadurch axial verlagert. Der sich darauf einstellende Vorwärtshohlfließprozess drückt Material des Werkstücks 7 unter Abstützung an dem Innendorn 24 durch die Austrittsöffnung 22 in die im
Ausführteil 22 vorgesehene gegenüber der Austrittsöffnung 22 erweiterte Öffnung 30.
Das Resultat des Vorwärtshohlfließprozesses - das Rohteil - ist aus Figur 5 ersichtlich. Aus dem Werkstück 7 der Figur 4 hat sich ein Rohrabschnitt 31 gebildet, der mit einem im Konus 21 des Zulaufs 19 verbliebenen Pressrest 32 verbunden ist. Die Länge des Rohrabschnittes 31 kann durch Auslegung von
Vor- 1 und Hauptpresswerkzeug 16 so ausgelegt werden, dass die Länge des
Halbzeuges so gebildet wird, dass ein oder mehrere, durch Abstechen gebildete Fertigteile hergestellt werden können.
Zur Trennung von Pressrest 32 und Rohrabschnitt 31 wird - wie in Figur 6 gezeigt - der Außenstempel 27 längs des Pfeils 29 zumindest teilweise zurückgezogen und der Innenstempel 26 längs des Pfeils 28 in Richtung Austrittsöffnung 22 verlagert, wodurch der Rohrabschnitt 31 unter Verminderung der Masse des Pressrests 32 weiter verlängert wird, bis der Innenstempel 26, dessen Außendurchmesser im Wesentlichen dem Durchmesser der Austrittsöffnung 22 entspricht, den Pressrest 32 vom Rohrabschnitt 31 trennt, indem er die Austrittsöffnung 22 passiert. Dabei kann der Innendorn 24 zur Stabilisierung des Innenstempels 26 mitgeführt oder mit dem Außenstempel 27 herausgezogen werden.
Zur Entfernung des Pressrests 32 wird dieser auf den Innenstempel 26 aufgeschrumpft. Hierzu kann eine Abkühlung des Pressrests 32 abgewartet werden, so dass der Schrumpfungsprozess selbstständig einsetzt. In vorteilhafter Weise wird jedoch zumindest der Zulauf 19 wassergekühlt, so dass der Pressrest 32 beschleunigt abgekühlt wird und auf den Innenstempel 26 aufschrumpft. Durch Verlagerung des Innenstempels 26 nach außen wird der Pressrest 32 mitgenommen und außerhalb des Hauptpresswerkzeugs 16 vom Außenstempel 27 abgestreift. Hierzu kann der Außenstempel 27 in einer
festgelegten Position verharren und der Innenstempel 26 auf axial gleiche Höhe zurückgezogen werden oder der Innenstempel 26 außerhalb des Hauptpresswerkzeugs 16 auf eine vorgegebene Position und der Außenstempel 27 in Richtung Hauptpresswerkzeug 16 auf die axiale Position des Innenstempels 26 verfahren werden. Alternativ können beide Stempel 26, 27 in gegenläufiger Bewegung relativ gegeneinander verlagert werden, um den Pressrest 32 abzustreifen.
Claims
1. Verfahren zur Herstellung von Rohrmaterial zumindest bestehend aus folgenden Verfahrensschritten: - Beladen einer Matrize mit in Pressrichtung konischem Zulauf in eine Austrittsöffnung mit einem gelochten Werkstück,
- Verfahren eines Innendorns durch das Werkstück in die Austrittsöffnung,
- Vorwärtshohlfließpressen mittels eines Stempels bestehend aus einem koaxial um den Innendorn angeordneten Innenstempel und einem koaxial um diesen angeordneten Außenstempel,
- Bildung eines Rohteils mit einem Rohrabschnitt und einem im Zulauf verbleibenden Pressrest,
- Stanzen des Pressrests mittels des Innenstempels,
- Ausbringen des Pressrests mittels des Innenstempels, - Abstreifen des Pressrests mittels des Außenstempels.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das gelochte Werkstück aus Vollmaterial mittels eines kombinierten Napf- und Stanzverfahrens in einer vorgelagerten Prozessstufe hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das gelochte Werkstück zumindest nach folgenden Verfahrensschritten hergestellt wird:
- Beladen des Vollmaterials in eine Matrize,
- Setzen des Vollmaterials mittels eines Setzstempels,
- Anprägen einer dem Zulauf entsprechenden Fase an einer dem Setzstempel abgewandten Stirnseite des Vollmaterials, - Näpfen des Vollmaterials mittels eines koaxial im Setzstempel angeordneten Lochstempels bei entlastetem Setzstempel,
- Lochen des Vollmaterials durch den Lochstempel.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressrest auf den Innenstempel aufgeschrumpft wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass während des Stanzens des Pressrests der Außenstempel in eine der Bewegungsrichtung des Innenstempels entgegengesetzte Bewegungsrichtung verlagert wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis 5, zumindest bestehend aus mindestens einer Presse und zumindest einem
Hauptpresswerkzeug, wobei das Hauptpresswerkzeug zumindest besteht aus einer Matrize mit einer zylindrischen Gravur und einem axial längs der Gravur verlagerbaren Stempel, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel mehrteilig aus einem Innendorn, einem koaxial um diesen angeordneten Innenstempel und einem koaxial um den Innenstempel angeordneten Außenstempel gebildet ist, und dass die Matrize anschließend an die zylindrische Gravur einen konischen, sich auf einen Austrittsradius verjüngenden Zulauf aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hauptpresswerkzeug ein Vorpresswerkzeug zur Bildung einer ersten Pressstufe zumindest bestehend aus einer zweiten Matrize mit einer Bodenplatte mit einer Stanzöffnung und einer Zylinderwandung mit einem sich zur Bodenplatte hin verjüngenden Konus sowie einem Setzstempel mit einem koaxial in diesem aufgenommenen Lochstempel vorgelagert ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochstempel in einem ersten Teilhub der Presse als Napfstempel dient.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fasenwinkel (α) einer von dem Konus gebildeten Fase im Wesentlichen einem Konuswinkel (ß) des Zulaufs entspricht.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lochstempel im Setzstempel zentriert und geführt ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Innendorns kleiner als der Durchmesser des Lochstempels ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Innenstempels im Wesentlichen gleich dem doppelten Austrittsradius ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendorn im Innenstempel zentriert ist.
14. Presswerkzeug bestehend aus einem Hauptpresswerkzeug und einem Vorpresswerkzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 13.
15. Rohrmaterial hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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