DE19944679C2 - Verfahren zur Herstellung eines hohlen Metallkörpers sowie eine Werkzeugform zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hohlen Metall­ körpers, mit sich in Längsrichtung ändernder Querschnittsform, wobei ein rohrförmiger Rohling endseitig abgedichtet wird, in eine der Sollkontur entsprechende Form in ein Werkzeug gelegt wird, durch ein Druckmittel von innen mit hohem Druck beaufschlagt wird, wobei der Rohling an seinen beiden Enden während des Verformungsvorganges axial aufeinander zugeschoben wird.

Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls eine Werkzeugform zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der DE 44 03 897 C2 ist ein Verfahren zum Warmeinziehen der Enden von hohlen Werkstücken mittels Rollieren bekannt. Bei dem Vorgang des Rollierens wird mit Hilfe von Walzen eine Querschnittsänderung des Formkörpers vorgenommen; eine Änderung in der Form dieses Formkörpers erfolgt in der Gestalt, dass der Formkörper in seinem Querschnitt vermindert wird. Dies ergibt sich unmittelbar auch aus dieser Schrift insofern, als dort die Rede davon ist, dass das Ende eines Rohres durch den Vorgang des Rollierens verschlossen wird.

Aus der US 4,437,326 ist bekannt, mittels Hydroumformung rohrförmige Körper zu verformen. Allerdings ist dieser Schrift nicht die Aufbringung von Axialkräften während des Vorganges der Verformung zu entnehmen. Die Verformung erfolgt dadurch, dass mit flüssigem Metall der Hohlkörper in eine vorgegebene Form gebracht wird.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 29 41 972 A1 bekannt. Hierbei wird der rohrförmige Rohling in dem zu verformenden Bereich auf mehr als 500°C erwärmt, wobei das Druck­ mittel, beispielsweise ein Gas, ebenfalls auf mindestens 500°C erwärmt wird, um das Fließen des Materials während des Verformungsvorganges in die Kontur der Form des Werkzeuges zu erleichtern. Es ist allerdings allgemein bekannt, dass bei dieser sog. 'Hydroumformung' nur sanfte Übergänge zwischen den Durchmessern der jeweiligen Querschnittsform gewählt werden können. Denn nur sanfte Übergänge zu größeren Umfängen gewährleisten, dass Überstülpungen, d. h. Überwerfungen des hohlen Metallkörpers bei hohen Axialdrücken vermieden werden. Das heißt, es sind entweder nur kleine Umformgrade mit steilen Übergängen möglich, oder sanfte Übergänge bei höheren Umformgraden.

Es besteht allerdings durchaus ein Bedürfnis an rohrförmigen Hohlkörpern, die im Wege der Hydroumformung ohne solche sanften Übergänge durchaus steile Wände, d. h. steile Übergänge im Querschnitt und im Durchmesser weit ausladende bzw. weit auskragende Übergänge aufweisen sollen, also Bereiche hoher Umformgrade zeigen sollen.

Um derartige Durchmesser mit weit auskragenden steilen Übergängen, also Bereichen großer Umformgrade, auf dem Wege der Hydroumformung herstellen zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Rohling während der Umformung im Bereich der hohen Umformgrade im Werkzeug eine höhere Temperatur aufweist als im Bereich geringerer Umformgrade. Das heißt, dass die Temperatur des Rohlings abhängig ist von dem Umformgrad. Hieraus wird deutlich, dass durch die höhere Temperatur die Dehnungsfähigkeit des Materials insgesamt erhöht wird. Das heißt weiterhin, dass beim Zusammenschieben der beiden Rohrenden aufeinander zu in diesem Bereich das Material schneller fließt und mithin die Form schneller ausfüllt, als in anderen Bereichen, in denen die Übergänge weniger steil im Querschnitt und weniger weit auskragend gewählt sind.

Denn an diesen Stellen geringer Umformgrade kann der Rohling durchaus kühler sein, um überhaupt erst zu gewährleisten, dass beim Zusammenschieben die aufgebrachte Axialkraft sich bis in den Bereich der steilen, weit auskragenden Übergänge fortsetzt. Denn würde der Rohling insgesamt gleichmäßig erhitzt, dann bestünde die Gefahr, dass der metallische Hohlkörper im Bereich sanfter Übergänge aufgrund der hohen Temperatur und des damit verbundenen hohen Fließverhaltens Falten bzw. Überstülpungen bildet, ohne dass die entsprechende Axialkraft sich bis in den Bereich der hohen Übergänge fortsetzt, was aber gerade notwendig ist, um einen metallischen Hohlkörper zu erstellen, der eine im Wesentlichen über die gesamte Mantelfläche gleiche Querschnittsstärke aufweist.

Vorteilhaft weist die Form während der Umformung des Rohlings in Bereichen mit hohen Umformgraden eine höhere Temperatur auf, als im Bereich geringerer Umformgrade. Hierdurch soll eine zu starke Abkühlung des Rohlings an den entsprechenden Stellen vermieden werden.

Nach einem besonderen Merkmal ist zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen, dass das Werkzeug so ausgebildet ist, dass sich in axialer Ausrichtung der Form zwei vorteilhaft spiegelbildliche, identische Formabschnitte ergeben, wobei die Bereiche großer Umformgrade, d. h. steiler, weit auskragender Übergänge sich im Bereich der Mitte der Werkzeugform befinden, wobei die Rohlinge in Achsrichtung während der Verformung aufeinander zugeschoben und etwas vorzugsweise gesteuert aufeinander zugeschoben werden. Wenn die Bereiche hoher Umformgrade, d. h. Übergänge mit mehr als 45° und vorzugsweise kleiner 90° gerade in der Mitte der Form, d. h. in Nachbarschaft zueinander zwischen den beiden Formabschnitten und vorteilhaft auf gleicher Mittelachse angeordnet sind, so bedeutet dies, dass sich die auf jeder Seite der beiden rohrförmigen Rohlinge aufgebrachten Axialkräfte mittig quasi aufheben.

Sind nun, wie bereits ausgeführt, in der Mitte der Form die steilen Übergänge vorgesehen, dann drücken sich die beiden Rohrenden, die aneinander anliegen, gegenseitig in die entsprechende Ausnehmung der Form bzw. des Formabschnittes mit der Folge, dass die rohrförmigen Hohlkörper durchaus bei im Wesentlichen gleicher Wandstärke entsprechend verformt werden, ohne dass Überstülpungen entstehen.

Durch ein derartiges Verfahren bzw. durch die Werkzeugform besteht auch die Möglichkeit, gezielt Überstülpungen im Bereich der großen Übergänge herbeizuführen, wenn nämlich die beiden Rohre in ihren Formabschnitten so weit zusammengeschoben werden, dass sich derartige Überstülpungen ergeben. Voraussetzung hierfür ist allerdings, dass im Bereich dieser hohen Übergänge die Fließfähigkeit des Materials als solchem erhöht wird, was dadurch bewerkstelligt werden kann, dass das Werkstück und/oder die Form in diesem Bereich stärker erhitzt wird, als in den übrigen Bereichen.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielhaft näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch die Doppelform im Schnitt mit eingelegtem und umgeformten Hohlkörper;

Fig. 2 zeigt schematisch die Doppelform im Schnitt mit einer Überstülpung.

Fig. 1 zeigt eine Form 1 mit zwei Formabschnitten 10 und 20, mit jeweils einliegendem, ausgeformten metallischen Hohlkörper 30, 40. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform weist der Hohlkörper keine Überstülpung auf, wohingegen in Fig. 2 eine derartige Überstülpung 50 erkennbar ist. Wesentlich ist, dass im Bereich der steilen, weit auskragenden Übergänge, der in Fig. 1 und 2 durch den Pfeil 70 gekennzeichnet ist, der Rohling bzw. die Form 1 wesentlich stärker erhitzt wird als in dem Bereich, der durch den Pfeil 80 gekennzeichnet ist. Denn hierdurch wird erreicht, dass im Bereich des Pfeiles 70 das Material des metallischen Hohlkörpers wesentlich leichter fließt, als dies im Bereich des Pfeiles 80 der Fall ist.

Dies hat zur Folge, dass beim Aufbringen von axialem Druck in Richtung der Pfeile 100 sich die Axialkraft über das Material aufgrund der höheren Steifigkeit des Materials im Bereich des Pfeiles 80 noch bis in den Bereich der steilen Übergänge 70 fortsetzen kann. D. h. im Bereich des Pfeiles 70 ist somit die Ausformung des rohrförmigen Körpers in jedem Fall gewährleistet. Unterstützt wird dies noch dadurch, dass die beiden Rohlinge während des Verformens durch Innendruck gegeneinander geschoben werden, wobei aufgrund des geringen Weges zwischen den beiden Abschnitten mit den hohen Verformungsgraden in den beiden Formabschnitten sichergestellt ist, dass das Material tatsächlich auch bis in den Bereich des mit 70 gekennzeichneten Pfeiles wandert, so dass in jedem Fall sichergestellt ist, dass die Materialstärke nach der Verformung im Wesentlichen über die gesamte Oberfläche des Körpers annähernd gleich ist.

Erklärbar ist dies wie folgt: Beim Verschieben des Materials in Richtung des Pfeils 100 bildet der steile Übergang (Pfeil 70) eine natürliche Barriere, die zunächst verhindert, dass weiteres Material aus der Richtung des Pfeils 100 bis in den Bereich des Pfeils 90 fließt, weil der Widerstand an dem steifen Übergang zu hoch ist. Da aber tatsächlich auch Material aus dem mit Pfeil 90 bezeichneten Bereich in den Bereich des Pfeils 70 fließen muß, bildet sich im Bereich des Pfeils 90 eine Zugspannung aus. Diese sorgt dafür, dass es unter normalen Umständen zu keinen Überstülpungen kommt. Erst wenn weiterhin Material aus Richtung der Pfeile zugeschoben wird, bilden sich die Überstülpungen gemäß Fig. 2 aus. Allerdings ist hierfür erforderlich, dass die Form unter Bildung eines Abstandes (Pfeil 5) mittig geteilt ist, um jeden Rohling einzeln stauchen zu können.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung eines hohlen Metallkörpers mit sich in Längsrichtung ändernder Querschnittsform, wobei ein rohrförmiger Rohling endseitig abgedichtet wird, der in eine der Sollkontur entsprechende Form eines Werkzeuges gelegt wird, wobei durch ein Druckmittel von innen der hohle Metallkörper mit hohem Druck beaufschlagt wird, wobei der Rohling an seinen beiden Enden während des Verformungsvorganges axial aufeinander zugeschoben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling während der Umformung zur Herstellung von Bereichen mit hohen Umformgraden in seiner Querschnittsform im Bereich dieser hohen Umformgrade eine höhere Temperatur aufweist, als im Bereich geringerer Umformgrade.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugform (1) während der Umformung des Rohlings zur Herstellung von Bereichen mit hohen Umformgraden (Pfeil 70) in seiner Querschnittsform, im Bereich dieser hohen Umformgrade eine höhere Temperatur aufweist, als im Bereich geringerer Umformgrade.

3. Werkzeugform zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugform (1) so ausgebildet ist, dass sich in axialer Ausrichtung der Form (1) zwei Formabschnitte (10, 20) ergeben, wobei die Bereiche großer Umformgrade (Pfeil 70) sich im Bereich der Mitte des Werkzeugs befinden, wobei die Rohlinge (30, 40) in Achsrichtung während der Verformung aufeinander zu geschoben werden.

4. Werkzeugform nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche hoher Umformgrade Übergänge (Pfeil 70) mit einem Winkel von mehr als 45° aber weniger als 90° aufweisen.

5. Werkzeugform nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugform (1) zwei auf einer gemeinsamen Mittelachse angeordnete Formabschnitte (10, 20) aufweist.

6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Formabschnitte (10, 20) identisch und spiegelbildlich zueinander ausgebildet sind.