DE19833006A1

DE19833006A1 - Manufacturing system for curved tubular construction members using high-pressure deformation with mandrels inside tube and high-pressure fluid inside tube

Info

Publication number: DE19833006A1
Application number: DE19833006A
Authority: DE
Inventors: Bernd Schulze
Original assignee: Dr Meleghy Hydroforming GmbH and Co KG; Meleghy Hydroforming GmbH and Co KG
Current assignee: DR. MELEGHY HYDROFORMING GMBH & CO. KG, 09125 CHEM
Priority date: 1998-07-22
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 2000-02-03
Anticipated expiration: 2018-07-23
Also published as: DE19833006B4

Abstract

A straight tubular workpiece (14) is placed between a convex (2) and a concave tool (4). The workpiece is initially of circular cross-section and is partially flattened when the tools are forced together. Mandrels (30) are fitted in the ends of the tube, which is forced onto them by additional dies (24). Fluid under pressure may be introduced into the central portion of the tube through channel in the mandrels.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formen eines Hohlkörpers, bei dem dieser in seinem mittleren Bereich achsnormalen ersten Kräften eines von außen her formenden Stempels und/oder eines von innen her formenden und/oder den Stempel abstützenden Druckmediums und von seinen Enden her axialen zweiten Kräften wenigstens eines abdichtenden und/oder Material nachführenden Stößels ausgesetzt wird, insbesondere zum Biegen und/oder Innenhochdruck-Umformen.The invention relates to a method for forming a Hollow body, in which this in its central area axially normal first forces from the outside Stamp and / or one from the inside forming and / or the printing medium supporting the stamp and from its ends forth axial second forces at least one sealing and / or material is exposed to the plunger, especially for bending and / or hydroforming.

Sie betrifft auch eine Vorrichtung zum Biegen und/oder Innenhochdruck-Umformen eines Hohlkörpers mit wenigstens zwei ein Innenhochdruck-Umformwerkzeug bildenden Werkzeug teilen, die mit ihren Gravuren die gewünschte Biegekontur und/oder Endkontur des Hohlkörpers bestimmen und zum Beschicken und/oder Biegen relativ zueinander bewegbar sind, und zwei Axialstempeln, die an ihren freien Enden Dichtflächen aufweisen und zum Abdichten der Enden des Hohlkörpers und/oder zum Nachführen von Material in die Biege- bzw. Umformzone relativ zueinander bewegbar sind, wobei wenigstens einer über einen Kanal verfügt, durch den hindurch der Hohlkörper mit einem Druck eines Druckmediums beaufschlagbar ist, mit dem das Biegen unterstützbar und/oder das Innenhochdruck-Umformen durchführbar ist. It also relates to a device for bending and / or Internal high pressure forming of a hollow body with at least two tools forming an internal high pressure forming tool share the desired bending contour with their engravings and / or determine the final contour of the hollow body and to Loading and / or bending movable relative to each other are, and two axial plungers at their free ends Have sealing surfaces and for sealing the ends of the Hollow body and / or for tracking material in the Bending or forming zone are movable relative to each other, wherein at least one has a channel through which through the hollow body with a pressure of a pressure medium can be acted upon, with which the bending can be supported and / or the hydroforming can be carried out.

Der Innendruck bewirkt beim Biegen, daß diejenigen Materialeigenschaften erhalten bleiben, die für ein nachfolgendes Innenhochdruck-Umformen (IHU) erforderlich sind, und beim Innenhochdruck-Umformen das Aufweiten des Hohlkörpers an die Gravur. Die durch die Axialstößel erzeugten axialen Druckkräfte bewirken das Abdichten des Hohlkörpers und das Nachfließen des Materials in die Biege- und/oder Umformzone. Sind Innendruck und axiale Druckkräfte untereinander bzw. in Einzel- oder Gesamtkombination mit der durch Stempel oder Werkzeughälfte erzeugten Biegekraft nicht ausreichend aufeinander abgestimmt, können beim Biegen Berstungen, Quetschungen und Knickungen und beim Innenhochdruck-Umformen Falten und Risse auftreten.The internal pressure causes those when bending Material properties are retained for a subsequent hydroforming (IHU) required are, and in hydroforming the expansion of the Hollow body to the engraving. The through the axial tappet generated axial pressure forces cause the sealing of the Hollow body and the flow of material into the bending and / or Forming zone. Are internal pressure and axial pressure forces with each other or in individual or overall combination with the bending force generated by the punch or half of the tool not sufficiently coordinated with each other Bend bursts, bruises and kinks and when Hydroforming forming wrinkles and tears occur.

Eine bekannte Vorrichtung zum Herstellen von abgewinkelten Hohlteilen durch Innenhochdruckumformen (DE 44 28 564 C2) weist ein aus einer vertikal bewegbaren oberen Werkzeughälfte und einer feststehenden unteren Werkzeug hälfte bestehendes IHU-Werkzeug auf, dessen Gravur sowohl die Biegekontur als auch die Endkontur des gebogenen Hohlkörpers bestimmt. In der Biegeebene sind beidseitig des Werkzeuges Stößel angeordnet, die um quer zur Biegeebene verlaufende horizontale Schwenkachsen lagern, längs der Biegeebene verschiebbar sind und Kanäle aufweisen, durch die hindurch Druckmedium führbar ist.A known device for producing angled Hollow parts by internal high pressure forming (DE 44 28 564 C2) has one from a vertically movable upper Tool half and a fixed lower tool half of the existing IHU tool, its engraving both the bending contour as well as the end contour of the bent Hollow body determined. In the bending plane are on both sides of the Tool plunger arranged around at right angles to the bending plane Store horizontal swivel axes along the Bending plane are displaceable and have channels through through which the print medium can be passed.

Zum Biegen und zum Innenhochdruckumformen wird der gerade Rohling auf die Stößel gesteckt, über die Stößel mit Druckmedium gefüllt, durch Absenken der oberen Werkzeughälfte gebogen und nach dem Schließen des Werkzeugs durch Erhöhung des Innendrücks bis an die Gravur des Werkzeuges aufgeweitet, wobei im mittleren Bereich des Hohlkörpers ein T-Stück erzeugt wird. Die schwenkbaren und verschiebbaren Stößel folgen dabei immer den Enden des Hohlkörpers, ohne selbst wesentliche Kräfte in diesen einzuleiten. Um beim Biegen Berstungen, Quetschungen und unkontrollierte Knickungen und beim Innenhochdruck-Umformen Falten und Risse zu vermeiden, stehen beim Biegen die abgestimmte Steuerung des Innendrucks und der Biegekraft und beim Innenhochdruck-Umformen die abgestimmte Steuerung des Innendrucks und der axialen Druckkräfte zur Verfügung. Allen bekannten Verfahren und Vorrichtungen ist gemeinsam, daß die Endbereiche der Hohlkörper von Verformungen ausgespart bleiben.It becomes straight for bending and hydroforming Blank placed on the ram, over the ram with Media filled by lowering the top Half of the tool bent and after closing the tool by increasing the internal pressure up to the engraving of the Tool expanded, being in the central area of the Hollow body is generated a T-piece. The swiveling and sliding plunger always follow the ends of the Hollow body, without even significant forces in it initiate. To avoid bursts, bruises and bends uncontrolled kinks and in hydroforming Avoiding creases and tears when bending coordinated control of internal pressure and bending force and the coordinated control for hydroforming of the internal pressure and the axial pressure forces are available. All known methods and devices have in common that the end portions of the hollow body from deformation to be left out.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 9 zu schaffen, die das Formverhalten verbessern und die formbaren Bereiche materialsparend erweitern.The invention has for its object a method and a device according to the preambles of claims 1 and 9 to create that improve the shape behavior and the expand formable areas to save material.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9 gelöst, deren Unteransprüche die Erfindung weiter ausbilden.According to the invention, this object is achieved through the features of Claims 1 and 9 solved, the subclaims the Train invention further.

Dabei werden erfindungsgemäß die Endbereiche des Hohlkörpers zumindest in einigen Bereichen im Querschnitt verändert und durch Formschluß von Werkzeugelementen mit den Querschnittsveränderten Bereichen wird der Werkstoffluß beim Biegen und/oder beim Umformen des Hohlkörpers beeinflußt. Die Endbereiche des Hohlkörpers werden somit derart festgehalten, daß sich am Hohlkörper eine Zugkraft aufbaut, die beim Biegen das Knicken des Hohlkörpers verhindert, und zum anderen die Endbereiche Formen erhalten, die bisher nur in den weiter innen liegenden Bereichen des Hohlkörpers erzeugbar waren, so daß es bei Bauteilen, die auch an ihren Enden ausgeformt sein müssen, nicht mehr notwendig ist, den Rohling zunächst länger zu wählen und nach dem Biegen und/oder Innenhochdruck-Umformen die nicht umformbaren Bereiche abzutrennen. Somit erfolgt eine endformnahe Fertigung.According to the invention, the end regions of the Hollow body at least in some areas in cross section changed and by positive locking of tool elements with The cross-sectional areas are the material flow when bending and / or reshaping the hollow body influenced. The end regions of the hollow body are thus held in such a way that there is a tensile force on the hollow body that builds up when bending the hollow body prevents, and on the other hand forms the end areas get that so far only in the more inner Areas of the hollow body were generated, so that it Components that must also be molded at their ends, it is no longer necessary to initially hold the blank longer choose and after bending and / or hydroforming to separate the non-deformable areas. So it happens production close to the final shape.

Um beim Biegen und/oder Innenhochdruck-Umformen das Nachfließen des Materials in die Biege- und/oder Umformzone zu ermöglichen, werden die durch den Formschluß erzeugten Kräfte entsprechend ausgelegt. Der Formschluß wird durch zweite Stempel erzeugt, welche die gewünschte Außenkontur der Endbereiche des Hohlkörpers bestimmen. Sie können gegen in die Endbereiche des Hohlkörpers eingeführte Stopfen gerichtet sein, die die gewünschte Innenkontur der Endbereiche des Hohlkörpers bestimmen und zusätzlich den Werkstoffluß begrenzen und die Zugspannungen erhöhen.To do that when bending and / or hydroforming The material flows into the bending and / or forming zone to enable, are generated by the positive connection Forces designed accordingly. The form fit is through second stamp created, which the desired outer contour determine the end regions of the hollow body. You can against Plugs inserted into the end regions of the hollow body be directed to the desired inner contour of the Determine end areas of the hollow body and additionally the Limit material flow and increase tensile stresses.

Die Erfindung wird nachfolgen anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. The invention will follow based on a Embodiment and associated drawings closer explained.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine geöffnete Vorrichtung sowie einen ersten Axialstößel mit zugehörigem formenden Dorn und Fig. 1 shows an open device and a first axial plunger with associated shaping mandrel and

Fig. 2 eine geschlossene Vorrichtung sowie einen zweiten Axialstößel mit zugehörigem formenden Stopfen, Fig. 2 is a closed device, and a second Axialstößel with associated forming stopper,

Fig. 3a Querschnitt Endbereiches des Hohlprofiles mit eingeführtem Stopfen, Fig. 3a cross-sectional end region of the hollow section with an inserted plug,

Fig. 3b Querschnitt durch den mit dem Druckstempel umgeformten Endbereich. FIG. 3b cross-section through the formed with the plunger end.

Das Innenhochdruck-Umformwerkzeug 2 weist ein feststehendes unteres Werkzeugteil 4 mit einer konkaven Biegegravur 6, in die nicht dargestellt Endgravurelemente eingelassen sind, und ein auf nicht dargestellte Weise vertikal bewegbares oberes Werkzeugteil 10 mit einer zur konkaven Biegegravur 6 konkave Biegegravur 12 auf. Zwischen beiden Werkzeugteilen 4 und 10 ist ein gerades Hohlprofil 14 aufgenommen. An den Enden des Hohlprofils 14 greifen in axialer Richtung axial verschiebbare und mit Druckmittelkanälen 16 sowie mit konischen Dichtflächen 18 versehene Stößel 20 und in radialer Richtung radial verschiebbare und mit Gravuren 22 versehene Druckstempel 24 an. In die Enden des Hohlprofils 14 reichen mit Druckmittelkanälen 26 sowie mit Gravuren 28 versehene Stopfen 30 hinein, die an den freien Enden der Stößel 20 mit geringeren Durchmesser als diese ausgebildet sind. Die miteinander verbundenen Druckmittelzuführungen 16 und 26 leiten Druckmedium, welches in einer nicht dargestellten Druckquelle bereitgestellt und unter Druck setzbar ist, in das Hohlprofil 14 hinein. Die Druckstempel 24 sind in der oberen Werkzeughälfte 10 geführt. Die Stößel 20 sind auf nicht dargestellte Weise zwischen beiden Werkzeughälften 4 und 10 und/oder in nichtdargestellten separaten Gestellen geführt.The internal high-pressure forming tool 2 has a fixed lower tool part 4 with a concave bending engraving 6 , into which end engraving elements (not shown) are inserted, and an upper tool part 10 , which is vertically movable in a manner not shown, with a bending engraving 12 concave to the concave bending engraving 6 . A straight hollow profile 14 is received between the two tool parts 4 and 10 . At the ends of the hollow profile 14 , axially displaceable plungers 20 , which are provided with pressure medium channels 16 and with conical sealing surfaces 18 , and plungers 24 , which are radially displaceable and provided with engravings 22 , act in the radial direction. Plugs 30 provided with pressure medium channels 26 and engravings 28 extend into the ends of the hollow profile 14 and are formed at the free ends of the plungers 20 with a smaller diameter than these. The interconnected pressure medium feeds 16 and 26 conduct pressure medium, which is provided in a pressure source (not shown) and can be pressurized, into the hollow profile 14 . The pressure stamp 24 are guided in the upper tool half 10 . The plungers 20 are guided in a manner not shown between the two tool halves 4 and 10 and / or in separate frames, not shown.

Die Wirkungsweise ist folgende:
Befindet sich das Hohlprofil 14 bei geöffnetem Werkzeug 2 zwischen beiden Werkzeughälften 4 und 10, werden zum einen die Stößel 20 mittels nichtdargestellter, beispielsweise hydraulischer Antriebe in axialer Richtung an die Enden des Hohlprofils 14 herangeführt, so daß sich die Dichtflächen 18 dichtend an die Stirnflächen des Hohlprofils 14 anlegen und die Stopfen 30 in die Enden des Hohlprofils 14 hineinbewegen. Zum anderen werden die Druckstempel 24 mittels ebenfalls nichtdargestellter, beispielsweise hydraulischer Antriebe in radialer Richtung gegen die äußeren Umfangsflächen der Enden des Hohlprofils 14 geführt, bis sich dessen innere Umfangsflächen an den Stopfen 30 abstützen und schließlich die äußeren Umfangsflächen die Konturen der Gravuren 22 der Druckstempel 24 und die inneren Umfangsflächen die Konturen der Gravuren 28 der Dorne 30 annehmen. Sind die Enden des Hohlprofils nach Erreichen vorbestimmter radialer Positionen und/oder erforderlicher Anpreßkräfte der Druckstempel 24 vollständig ausgeformt, werden im weiteren Verfahrensablauf nur noch die erzielten Formschlüsse zwischen den Druckstempeln 24 und den Enden des Hohlkörpers 14 aufrechterhalten, indem man die Druckstempel 24 nicht dargestellten Arretierungen unterwirft. Vor, während oder nach dem Biegen wird das in der Druckquelle bereitgestellte und unter Druck gesetzte Druckmedium über die Kanäle 16 und 26 eines oder beider Stößel 20 in das Innere des Hohlprofils 14 geleitet. Dann fährt die obere Werkzeughälfte 10 durch nichtdargestellte Antriebsmittel nach unten. Sobald deren Gravur 12 das gerade Hohlprofil 14 zu belasten beginnt, bildet sich zwischen dessen formschlüssig gehaltene Enden eine Zugkraft aus, (in diesem Fall durch einen Stopfenzug zwischen Stempel 24 und Stopfen 30 erzeugt), die der Biegekraft knickmindernd entgegenwirkt. Bei Aufrechterhaltung einer vorbestimmten Balance zwischen Biegekraft und Zugkraft senkt sich die obere Werkzeughälfte 10 weiter auf die untere Werkzeughälfte 4 herab, bis das Werkzeug 2 geschlossen und das ursprünglich gerade Hohlprofil 14 gebogen ist. Nun wird der Innendruck derart erhöht, daß sich die Wandung des gebogenen Hohlprofils 14 vollständig an die Endgravur elemente anlegt. The mode of action is as follows:
If the hollow profile 14 is between the two tool halves 4 and 10 when the tool 2 is open, the plungers 20 are brought to the ends of the hollow profile 14 in the axial direction by means of hydraulic drives, not shown, for example, so that the sealing surfaces 18 seal against the end faces of the Create the hollow profile 14 and move the plug 30 into the ends of the hollow profile 14 . On the other hand, the plungers 24 are also guided in the radial direction against the outer circumferential surfaces of the ends of the hollow profile 14 by means of hydraulic drives, also not shown, until the inner circumferential surfaces thereof are supported on the plug 30 and finally the outer circumferential surfaces support the contours of the engravings 22 of the plungers 24 and the inner peripheral surfaces assume the contours of the engravings 28 of the mandrels 30 . If the ends of the hollow profile are completely shaped after reaching predetermined radial positions and / or the required contact forces of the pressure stamps 24 , only the positive interlocks achieved between the pressure stamps 24 and the ends of the hollow body 14 are maintained in the further course of the process by the pressure stamps 24 not shown submits. Before, during or after the bending, the pressure medium provided in the pressure source and pressurized is passed through the channels 16 and 26 of one or both tappets 20 into the interior of the hollow profile 14 . Then the upper tool half 10 moves downward through drive means, not shown. As soon as the engraving 12 begins to load the straight hollow profile 14 , a tensile force is formed between the positively held ends (in this case generated by a stopper between the punch 24 and the stopper 30 ), which counteracts the bending force by reducing the kink. While maintaining a predetermined balance between bending force and tensile force, the upper tool half 10 lowers further onto the lower tool half 4 until the tool 2 is closed and the originally straight hollow profile 14 is bent. Now the internal pressure is increased such that the wall of the curved hollow profile 14 is completely against the end engraving elements.

Nach dem Drucklosschalten und Öffnen läßt sich aus dem Werkzeug 2 ein Hohlkörper 14 entnehmen, der ohne Knickungen gebogen und sowohl im mittleren Bereich als auch an den Endbereichen auf gewünschte Weise ausgeformt ist. Den Querschnitt des Endbereiches eines Hohlprofils 14 mit kreisförmigem Querschnitt und eingeführtem Stopfen 30 zeigtAfter depressurization and opening, a hollow body 14 can be removed from the tool 2 , which is bent without kinks and is shaped in the desired manner both in the central region and at the end regions. The cross section of the end region of a hollow profile 14 with a circular cross section and inserted plug 30 shows

Fig. 3a. Der Endbereich nach dem Umformen mit dem Druckstempel 24 ist in Fig. 3b dargestellt. Durch die mit dem Druckstempel erzeugte Verringerung der Außenabmessung des Rohres werden beim Biegen radiale Zugspannungen erzeugt, die das Knicken des Rohres verhindern. Fig. 3a. The end region after the forming with the pressure stamp 24 is shown in Fig. 3b. Due to the reduction in the external dimension of the tube produced by the pressure stamp, radial tensile stresses are generated during bending, which prevent the tube from kinking.

Claims

1. A process for the production of tubular curved hollow bodies by hydroforming, using one with at least two tool parts ( 4 , 10 ) forming an hydroforming tool ( 2 , 10 ), the engraving of which determines the final shape of the hollow body, by closing the two tool parts ( 4 , 10 ) the central region of the tubular starting workpiece is bent and after the two tool parts ( 4 , 10 ) have been closed, the internal high-pressure forming of the hollow body ( 14 ) takes place, characterized in that the hollow body ( 14 ) is clamped at least at the end regions during bending in such a way by constraint, that during the bending axial tensile forces in the hollow body ( 14 ) are generated by a hollow train or plug train, which prevent its kinking during bending.

2. The method according to claim 1, characterized in that the axial tensile forces generated by the form allow the material of the hollow body ( 14 ) to flow during the bending and / or during the hydroforming.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the constraint is generated by radially acting from the outside second stamp ( 24 ), characterized in that the inner contour pointing towards the hollow body of the second stamp ( 24 ) in the end regions of the hollow body is impressed.

4. The method according to claim 3, characterized in that the inner contour of the second stamp ( 24 ) determines the desired outer contour of the ends of the hollow body ( 14 ).

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the axial tensile forces are increased in that in addition in the end regions of the hollow body ( 14 ) a stopper ( 30 ) is inserted so far that a drawing gap for the material to be formed of the end region between the second punch ( 24 ) and the plug ( 30 ) is formed.

6. The method according to claim 5, characterized in that the plugs ( 30 ) determine the desired inner contour of the end regions of the hollow body ( 14 ).

7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the hollow body ( 14 ) with the first stamp ( 10 ) is bent.

8. The method according to claim 7, characterized in that the hollow body ( 14 ) is bent under the action of a first internal pressure and is deformed while maintaining its position under the action of a second internal pressure above the first internal pressure.

9. Device for the production of tubular curved hollow bodies by hydroforming

- At least two tool parts ( 4 , 10 ) forming an internal high-pressure forming tool ( 2 ) which, with their engravings ( 6 , 12 ) and the end-engraving elements, determine the desired end contour of the hollow body ( 14 ) and are movable relative to one another for loading and / or bending , and
- Two axial tappets ( 20 ) which have sealing surfaces ( 18 ) at their free ends and for sealing the ends of the hollow body ( 14 ) and / or for guiding material into the bending or forming zone can be moved relative to one another, at least one of which has a pressure medium supply ( 16 ) through which the hollow body ( 14 ) can be pressurized with a pressure of a pressure medium, with which the bending can be supported and / or the internal high pressure forming can be carried out, in particular for carrying out the method according to one of claims 1 to 9, characterized in that
- Tool elements are active in the internal high-pressure forming tool ( 2 ), with which the end regions of the hollow body ( 14 ) can be shaped and / or tensioned by at least partially reducing their cross section such that axial tensile forces act on the hollow body during bending and / or internal high-pressure forming and at the same time a reflow of the material is ensured during the hydroforming.

10. The device according to claim 9, characterized in that the stamp ( 24 ) with respect to the hollow body ( 14 ) are guided axially normal.

11. The device according to claim 9 or 10, characterized in that plugs ( 30 ) are provided which can be inserted to increase the axial tensile force in the ends of the hollow body ( 14 ), so that between the plug and the inner contour of the stamp the material flow is influenced by the stopper becomes.

12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the plugs ( 30 ) are formed at the free ends of the axial tappet ( 20 ).

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the plugs ( 30 ) in the axial tappets ( 20 ) are guided telescopically.

14. Device according to one of claims 11 to 13, characterized in that the plugs ( 30 ) each have at least one channel ( 26 ) through which pressure medium can be guided.

15. The device according to one of claims 9 to 14, characterized in that the sealing surfaces ( 18 ) on annular shoulders of the axial tappet ( 20 ) are formed.