DE69008150T2

DE69008150T2 - Verfahren zur Herstellung von hohlen, einteiligen, metallischen Werkstücken.

Info

Publication number: DE69008150T2
Application number: DE69008150T
Authority: DE
Inventors: Tiziana Pietrobon
Original assignee: Europa Metalli LMI SpA
Current assignee: Europa Metalli LMI SpA
Priority date: 1990-02-02
Filing date: 1990-12-14
Publication date: 1994-09-01
Anticipated expiration: 2010-12-15
Also published as: IT9067080A1; DK0439764T3; DE69008150D1; ATE104181T1; EP0439764B1; FI910507A0; JP2524896B2; US5097689A; EP0439764A3; IT1240233B; IT9067080A0; EP0439764A2; FI910507A; ES2055285T3; JPH0739965A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen hohler einteiliger metallischer Werkstücke mit einer stark gewölbten Seitenwand, insbesondere Werkstücken aus Kupfer oder Kupferlegierungen zur Herstellung der Resonanzhohlräume von Kernbeschleunigern. Hier und im folgenden soll der Ausdruck "einteiliges Werkstück" ein Element bedeuten, das in einem Stück ohne Verbindungen jeglicher Art ausgeformt wird. Von zahlreichen technischen Anwendungen, von denen eine stark komplexe die Herstellung von Resonanzhohlräumen für Kernbeschleuniger ist, ist bekannt, daß sie hohle Werkstücke erfordern, die einen hohen Grad der Präzision und Oberflächenendbearbeitung einschließen. Resonanzhohlräume bestehen z.B. aus einer Anzahl im wesentlichen ellipsoidförmiger oder paraboloidförmiger Zellen, die an gegenüberliegenden Enden in zylindrischen Mundstükken enden, die koaxial mit der Zellenachse sind. Gegenwärtig wird jede Zelle aus zwei halbschalenförmigen Zellen gebildet, die aus Kupfer- oder Kupferlegierungs-Blattmaterial gezogen oder getrieben sind und entlang der maximalen Durchmesserlinie, rechtwinklig zu der Zellenachse durch die Mundstücke verschweißt oder verlötet sind. Um einen hohen Grad der Dimensionsgenauigkeit und optimaler Oberflächenendbearbeitung (keine Blaslöcher, Risse, Einschlüsse, Oxidation usw.) zu gewährleisten, müssen die zwei Halbschalen unter Verwendung von ziemlich komplizierten Einrichtungen, z.B. durch Elektronenstrahlen oder ähnliches, verschweißt oder verlötet werden, was nichtsdestoweniger noch eine gewisse Zahl von Ausfällen zur Folge hat. Bekannte Verfahren zur Herstellung hohler Elemente oder Werkstücke mit einem hohen Grad der Präzision und der Oberflächenendbearbeitung und unter Anwendung von Elektronenstrahlschweißen oder ähnlichem von gezogenen Halbschalen erfordern deshalb hohe Produktionskosten; können nicht gegen Herstellungsmängel schützen; führen zu einem in hohem Maße komplizierten Produktionsverfahren und erfordern beträchtlichen Raum, hauptsächlich wegen der verwendeten Schweiß oder Löteinrichtung.
Aus GB-A-2,057,322 und aus US-A-3,335,590 sind Verfahren bekannt, bei denen eine gute Dimensionsgenauigkeit erhalten werden kann, indem ein einteiliges Werkstück dadurch ausgeformt wird, daß gleichzeitig auf einen Rohling, der durch ein zylindrisches Rohr vorgegeben ist, ein axialer Druck, um ihn zu verkürzen, und ein innerer hydraulischer Druck, um ihn auf zuweiten, angewendet werden. Trotzdem werden solche Verfahren beim Anwenden auf Werkstücke mit komplizierter Gestalt wie Resonanzhohlräume zu einer großen Anzahl von Rissen in dem endgültig ausgeformten Werkstück führen.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen hohler Werkstücke mit einer vorgegebenen Gestalt und mit optimaler Präzision und Oberflächenendbearbeitung zu schaffen, das sowohl einfach als auch wirtschaftlich ist und sehr geringen Raum für die anzuwendenden Maschinen erfordert. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen hohler, einteiliger Werkstücke, die keine Verbindungen irgendwelcher Art aufweisen und deshalb kein Schweißen oder Löten erfordern.
Im Hinblick auf dieses Ziel wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von hohlen, einteiligen metallischen Werkstücken geschaffen, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
Zwei nicht-einschränkende Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden als Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines hohlen einteiligen Werkstückes zeigt, das unter Anwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist;
Figur 2 das halbfertige Teil zeigt, aus dem das Werkstück von Figur 1 hergestellt wird;
Figur 3 eine schematische Ansicht des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
die Figuren 4-7 verschiedene Stufen in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
Figur 8 eine detailliertere Ansicht einer ersten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 9 eine detailliertere Ansicht einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Es wird auf die Figuren 1 und 2 bezug genommen; das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht das Herstellen hohler einteiliger Werkstücke mit irgendeiner beliebigen Form und Größe aus vorgegebenen Längen gerader einteiliger Rohre 2 (d.h. die keine Verbindungen irgendwelcher Art aufweisen), die aus Metall, insbesondere Kupfer oder Kupferlegierungen, ausgeformt, zum Beispiel extrudiert, gewalzt oder gezogen sind. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung schließt nicht die Verwendung von geschweißten Rohren aus, vorausgesetzt daß die Oberflächenendbearbeitung (z.B. nach dem Bearbeiten des Rohres) mit der Anwendung des endbearbeiteten hohlen Werkstücks kompatibel ist. Insbesondere wird das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung in bezug auf die Herstellung von Elementen 1 beschrieben, die aus Kammern für die Herstellung von Resonanzhohlräumen für Kernbeschleuniger bestehen, wobei diese Kammern zwei gegenüberliegende, koaxiale, im wesentlichen zylindrische Mundstücke oder Blenden 3 und 4 umfassen, zwischen denen ein ringförmiger konvexer Abschnitt 5 mit einer stark gewölbten Seitenwand und in der Form eines Rotationskörpers, z.B. eines Paraboloids oder eines Ellipsoids, ausgeformt ist, dessen Achse diejenige ist, die durch die Mundstücke 3 und 4 verläuft. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann natürlich auch zur Herstellung von hohlen Werkstücken oder Elementen mit irgendeiner anderen beliebigen Gestalt angewendet werden.
Es wird auf Figur 3 bezug genommen; ein hohles Werkstück 1 mit vorgegebener Gestalt wird aus einem Rohrlängenstück 2 (hier im folgenden einfach als "Rohr 2" bezeichnet) gebildet, das seinerseits einfach durch Abschneiden auf Größe (und gegebenenfalls auch durch Bearbeitung) eines kommerziellen Rohres hergestellt wird, und das Rohr 2 wird permanent so deformiert, daß es aufgeweitet und folglich verkürzt wird, indem das Metall, aus dem es gebildet ist, umgeformt wird. Dies geschieht entsprechend der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer Presse irgendeines beliebigen bekannten Typs (die nicht dargestellt ist) und einer Quelle für unter Druck stehendem Fluid mit variierbarem Druck P, zum Beispiel einer bekannten Pumpe oder eines hydraulischen Flüssigkeitsspeichers (die nicht gezeigt sind), und unter Anwendung der bekannten "Hydroforming"- Technik, eines hydraulischen Tiefziehens. Diese Presse enthält zwei Formen 9 und 10, die einander gegenüberliegen und von denen jede eine vorgegebene Vertiefung 11 besitzt, und zwei sich gegenüberliegende Kolben 12 und 14, die in dem gezeigten Beispiel koaxial zueinander angeordnet sind.
Die Formen 9 und 10 können geschlossen werden, wobei eine auf der anderen liegt, um (Figur 3) einen inneren Hohlraum 15 zu bilden, der durch die aneinander angrenzenden, sich gegenüberliegenden Vertiefungen 11 gebildet wird und im wesentlichen das gleiche Profil hat wie das fertiggestellte Werkstück 1.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Rohr 2 zwischen die Formen 9 und 10 gelegt, wobei seine gegenüberliegenden Enden 16 und 18 in fluiddichter Weise mit den Kolben 12 und 14 zusammenwirken, die die Enden 16 und 18 berühren und deshalb als jeweilige axiale Schultern für das Rohr 2 wirken. Ein vorgegebener hydraulischer Druck P wird dann auf das Innere des Rohres 2 angewendet (z.B. durch Einleiten von unter Druck stehendem Fluid in dessen Innenseite), und gleichzeitig wird ein vorgegebener axialer Druck F durch die Kolben 12 und 14 auf die Enden 16 und 18 angewendet, um das Rohr 2 axial zusammenzudrücken. In Figur 3 ist der Druck P durch die kleinen schwarzen Pfeile und der Druck F durch die weißen Pfeile bezeichnet. Gemäß einer weiteren charakteristischen Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist der Druck F auf die Kolben 12 und 14 größer als der, der in der entgegengesetzten Richtung durch den hydraulischen Druck P innerhalb des Rohres 2 auf die Kolben 12 und 14 ausgeübt wird, so daß während der Ausformstufe der axiale Druck F auf das Rohr 2 und der Druck P innerhalb desselben ein vorherbestimmtes Verhältnis zueinander haben, das größer als 1 ist und so ausgewählt ist, daß das Rohr 2 ständig verkürzt wird.
Der Druck P und der axiale Druck F kombinieren sich so, daß sich die Seitenwand des Rohres 2 nach außen "ausbeult" und ständig deformiert und so den konvexen Abschnitt 5 erzeugt. Wenn die Drücke P und F erhöht werden, wird der konvexe Abschnitt 5 dicker und dicker, und das Rohr 2 wird allmählich aufgeweitet, bis es die Innenwände der Vertiefungen 11 berührt, gegen die es gedrückt wird, um so genau die Gestalt und das Profil des Hohlraums 15 zu reproduzieren. Wenn der Druck P entfernt wird und die Formen 9 und 10 voneinander getrennt werden, ist ein hohles einteiliges Werkstück mit genau der gleichen Gestalt wie Hohlraum 15 erzeugt worden.
Von der Anmelderin durchgeführte Tests haben gezeigt, daß beim Anwenden der gegenwärtigen Hydroforming-Techniken nur durch Anwenden von Druck P innerhalb des Rohres 2 zwischen den Formen 9 und 10) das Rohr 2 nicht ausreichend deformiert werden kann, um die Formen zu erhalten, die normalerweise für das Werkstück 1 erforderlich sind, ohne vorzeitig lokalisiertes Dünnwerden der Seitenwand (Verquetschung) zu erzeugen, die möglicherweise zum Ausfall von Rohr 2 entlang eines Herstellungsweges führt. Andererseits kann das Rohr 2 bei Anwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung (geeignet kombinierter axialer und innerer Druck) merklich verformt werden durch Verzögern der Quetschwirkung. Gemäß einer weiteren charakteristischen Eigenschaft der vorliegenden Erfindung kann das Rohr 2 näherungsweise um 200% (auf grob gerechnet das Dreifache seines anfänglichen Druchmessers) aufgeweitet werden, indem es permanent wie oben beschrieben (kombiniertes "Ausbeulen" und axialer Druck) in Stufen deformiert wird, wobei jede Stufe allmähliches Vergrößern des ringförmigen konvexen Abschnitts 5 und demzufolge Reduzieren der axialen Länge des Rohres 2 liefert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden diese Stufen durchgeführt, indem das Rohr 2 gleichzeitig axialem Druck F und innerem hydraulischem Druck P unterworfen wird und indem selektiv zwischen die Formen 9 und 10 zum Führen und Beibehalten der Deformation von Rohr 2 entsprechende ringförmige Einschubelemente 20 eingeschoben werden, wie es in den Figuren 4 bis 6 gezeigt ist. In dem gezeigten Beispiel sind dies drei Stück, 20a, 20b, 20c, und sie bieten eine vorgegebene, allmählich anwachsende, gewölbte radiale Kontur, gegen die das Rohr 2 in Stufen vor der endgültigen Ausformung durch Anstoßen an die Wände der Formen 9 und 10 teilweise vorgeformt wird. Zwischen jeder radialen Teildeformationsstufe und der nächsten wird das deformierte Rohr 2 in bekannter Weise in Abhängigkeit von dem Material des Rohres 2 Umkristallisationsausglühung unterworfen, um Kaltverfestigung und jegliche innere Spannung, die durch plastische Kaltverformung erzeugt wird, zu eliminieren. Weiterhin haben die ringförmigen Einschubelemente 20 zum Minimalisieren der Anzahl der partiellen Deformationsstufen, die zum Erhalten der endgültigen Form erforderlich sind, d.h. um in jeder Stufe den maximalen Betrag der Deformation zu erzielen, der mit gleichmäßiger Dicke verträglich ist (und so das Versagen des Rohres verhindert), entlang der Äquatorlinie (d.h. in der Äquator-Ebene rechtwinklig zu der Symmetrieachse) ein konvexes inneres radiales Profil 21 zum Ausformen radialer konvexer Abschnitte 5 auf dem Rohr 2 mit einem mittleren ringförmigen Abschnitt ihrer Seitenwand, der sich nach innen bezüglich des Rohres 2 wölbt. An gegenüberliegenden axialen Enden haben die Einschubelemente 20 ein konkaves inneres radiales Profil 22, das dem konvexen Abschnitt 21 benachbart ist und in ihn übergeht. Die konvexen Abschnitte 5, die in dem Rohr 2 bei jeder partiellen Deformationsstufe ausgeformt werden, stellen deshalb die Form der Hohlräume dar, die innerhalb des Hohlraums 15 bei jeder Stufe durch die Einschubelemente 20 begrenzt werden, und sind in den Figuren 4, 5 und 6 entsprechend mit 24, 25 und 26 bezeichnet.
Entsprechend einem ersten Verfahren, das im einzelnen in Figur 8 gezeigt ist, wird das Rohr 2 permanent in Stufen deformiert, indem es zwischen Formen 9 und 10 gelegt wird, die eine auf der anderen miteinander verriegelt werden und auf entsprechenden Elementen 30 der Presse (die nicht gezeigt ist) gehaltert und miteinander durch Schrauben 31 verbunden sind. Die gegenüberliegenden Enden 16 und 18 des Rohres 2 ragen aus den Formen 9 und 10 durch entsprechende Löcher 40 heraus und arbeiten in Längsrichtung mit jeweiligen Kolben 12 und 14, die innerhalb der Enden 16 und 18 eingeschoben sind, und äußerlich mit Elementen 30, die auch dafür sorgen, daß radiale Vergrößerung verhindert wird, zusammen. Die Kolben 12 und 14 haben entsprechende äußere Dichtringe 41, die mit der inneren Oberfläche der Enden 16 und 18 zusammenwirken, um das Rohr 2 in fluiddichter Weise abzudichten. Die Kolben 12 und 14 haben auch entsprechende ringförmige Schultern 42, die mit den Kanten der Enden 16 und 18 im Eingriff stehen, und entsprechende durchgehende Löcher 44, die jeweilige Kanäle bilden, durch die unter Druck stehendes Fluid in das Innere von Rohr 2 eingeführt werden soll. Nach dem Einschieben der Einschubelemente 20 in die Innenseite der Formen 9 und 10 wird das Rohr deformiert, indem die Kolben 12 und 14 gleichzeitig aufeinander zu bewegt werden und gleichzeitig unter Druck stehendes Fluid, z.B. Öl oder Wasser, in das Innere des Rohres 2 durch einen oder durch beide der Kolben 12 und 14 (Durchgangslöcher 44) gepumpt wird, um so das Rohr 2 gleichzeitig dem axialen Druck F, ausgeübt durch die Kolben 12 und 14, und dem inneren Druck P, ausgeübt durch das unter Druck stehende Fluid, das in das Rohr gepumpt wird, zu unterwerfen. In der ersten Stufe, wenn das Rohr 2 noch undeformiert ist und eine zylindrische Gestalt aufweist, werden die Formen 9 und 10 mit dem Einschubelement 20a zusammengefügt, welches am Ende der ersten Stufe und nach dem Ablassen des unter Druck stehenden Fluids aus der Innenseite des Rohres 2 (z.B. durch eines oder beide der Löcher 44) dafür sorgt, daß ein Rohling erzeugt wird, der aus einem verkürzten Rohr 2 mit einem radialen konvexen Abschnitt 5 mit der gleichen Form wie der Hohlraum 24 besteht. Nachdem der Rohling ausgeglüht ist, wird er auf die gleiche Weise einer zweiten Stufe unterworfen, wobei dieses Mal das Einschubelement 20b innerhalb der Formen 9 und 10 verwendet wird. Da der Hohlraum 25 breiter ist und eine unterschiedliche Kontur im Vergleich zu dem Hohlraum 24 aufweist, ist der konvexe Abschnitt 5 des Rohres 2 stärker aufgeweitet und verformt, um die Gestalt des Hohlraums 25 zu reproduzieren. Schließlich wird nach weiterem Ausglühen eine weitere partielle Deformationsstufe unter Verwendung des Einschubelements 20c innerhalb der Formen 9 und 10 und einer Endausglühung das Rohr 2, dessen konvexer Abschnitt 5 nun die gleiche Form wie der Hohlraum 26 hat, direkt zwischen die Formen 9 und 10 gelegt und einer (vierten) permanenten Enddeformationsstufe unterworfen, bei der nur der innere Druck P angewendet wird, wobei der axiale Druck F auf solch einem Niveau gehalten wird, daß er dem inneren Druck P ohne Verkürzung des Rohres 2 das Gleichgewicht hält. Am Ende dieser vierten Stufe hat der konvexe Abschnitt 5 die bleiche Gestalt wie der Hohlraum 15, d.h. in dem gezeigten nicht einschränkenden Beispiel ist die innere Wölbung des mittleren Abschnitts des konvexen Abschnitts 5 eliminiert (dies wurde möglich durch die vierte Stufe, die einen relativ kleinen Betrag der Deformation im Vergleich zu den vorhergehenden Stufen brachte). Am Ende der vierten Stufe wird somit und nach Schneiden der Enden 16 und 18 auf Größe ein hohles Werkstück 1 mit der erforderlichen Gestalt und Größe erzeugt, das eine gute Oberflächenqualität aufweist und keine Verbindungsstellen hat.
Gemäß einem weiteren Verfahren wird das Rohr 2 permanent in Stufen deformiert, wobei die in Figur 9 gezeigte Spannvorrichtung verwendet wird, die im wesentlichen ähnlich der Spannvorrichtung von Figur 8 ist und deren Bauteile, die ähnlich oder identisch zu denen in Figur 8 sind, unter Verwendung des gleichen Bezugszeichen-Systems dargestellt sind. In diesem Falle werden die Formen 9 und 10 jedoch virtuell einstückig mit den entsprechenden benachbarten Kolben 12 und 14 gehalten und die Deformation beginnt mit den Formen in offener Stellung. Insbesondere ist Kolben 14 fest, hat einen Kanal 44 und haltert die Form 10 einstückig über ein Tragelement 30. Der Kolben 12 ist andererseits axial beweglich, hat einen zweiten Kanal 44 und ist in irgendeiner an sich bekannten Weise (die nicht gezeigt ist) entweder mechanisch oder über eine Differentialsteuerung mit der Form 9 verbunden, die auf einem beweglichen Element 50 gehaltert ist.
Das Rohr 2 wird zwischen die offenen Formen 9 und 10 gelegt, wobei seine entgegengesetzten Enden 16 und 18 in fluiddichter Weise durch Löcher 40 in den Formen 9 und 10 eingesetzt sind und so, daß sie mit axialen Schultern 42 auf den Kolben 12 und 14 zum Eingriff kommen. Die Enden 16 und 18 arbeiten mit den axialen Schultern 42 und Dichtungsringen 41 zusammen und äußerlich mit tragenden und sie radial enthaltenden Elementen 30 und 50, die, wie in dem vorhergehenden Falle, radiale Vergrößerung von wenigstens einem Teil der Enden 16 und 18 während der permanenten Deformation des Rohres 2 verhindern, wobei auf diese Weise eine wirksame Abdichtung auf den Kolben 12 und 14 gewährleistet ist. Gemäß dem in Figur 9 gezeigten Verfahren sind die Einschubelemente 20 notwendigerweise in zwei ringförmige Hälften unterteilt, die durch die entsprechenden ringförmigen Formen festgelegt sind und einstückig in das Innere der Formen 9 und 10 passen, z.B. mittels nicht gezeigter Schrauben. Wie in Figur 9 gezeigt ist, in der die die Formen bestimmenden Einschubelemente 20 in gestrichelten Linien gezeigt sind, wird das undeformierte zylindrische Rohr 2 zwischen die offenen Formen 9 und 10 gelegt und jeweilige ringförmige Formen 60 einstückig zwischen die Formen 9 und 10 und um das Rohr 2 herum eingepaßt. In dem gezeigten Beispiel sind die ringförmigen Formen 60 symmetrisch und so geformt, daß sie das Einschubelement 20a bilden, wenn sie zusammengepaßt sind. Während der Kolben 14 und die einteilig damit verbundene Form 10 stationär gehalten werden, werden der Kolben 12 und die Form 9 zusammen um den gleichen Betrag und mit der gleichen Geschwindigkeit in Richtung auf Kolben 14 und die Form 10 bewegt, wobei zur gleichen Zeit unter Druck stehendes Fluid, wiederum Wasser oder Öl, in das Innere des Rohres 2 durch wenigstens einen der Kolben 12 oder 14 (entlang Kanal 44) gepumpt wird. Dies führt zur Deformation von Rohr 2, dessen mittlerer Abschnitt, der nicht von den Formen 9 und 10 eingeschlossen ist, sich "auszubeulen" beginnt, und zur gleichen Zeit erfolgt allmähliches Schließen der Formen 9 und 10. Wenn die Formen 9 und 10 zusammengebracht worden sind, wölbt sich das Rohr 2 weiter, bis es schließlich die Formen 60 berührt, durch die es allmählich ausgeformt wird, wenn sich der Kolben 12 nach unten bewegt. Wenn der Kolben 12 anhält, d.h. wenn der maximale Druck innerhalb des Rohres 2 erreicht ist, ist dieses innerhalb eines Hohlraums mit der gleichen Form wie der Hohlraum 24 und definiert durch die zusammengefügten Formen 60 eingeschlossen und hat einen konvexen Abschnitt 5, der durch die kombinierte Ausbeulwirkung von dem axialen Druck, ausgeübt durch die Kolben 12 und 14 (obgleich nur Kolben 12 betrieben wird, wird der gleiche Druck F auch in der entgegengesetzten Richtung durch Kolben 14 ausgeübt), und durch den inneren Druck P, ausgeübt durch das in das Rohr 2 gepumpte Fluid, erzeugt worden ist. Der konvexe Abschnitt 5 liefert deshalb die Form von Hohlraum 24 auf genau die gleiche Weise, als wenn das Rohr 2 zwischen geschlossenen Formen wie bei dem vorhergehenden Verfahren deformiert worden wäre. Der entstehende Rohling wird dann ausgeglüht und einer weiteren zweifachen permanenten Deformation und Zwischen-Ausglühstufen unterworfen, die wieder mit den offenen Formen beginnen, wie es oben beschrieben wurde, aber dieses Mal unter Verwendung der Formen 61 für die zweite Stufe und der Formen 62 für die dritte Stufe, und die Formen 61 und 62 sind so geformt, daß sie jeweils, wenn sie zusammengefügt sind, die Einschubelemente 20b und 20c ergeben zum Herstellen eines konvexen Abschnitts 5 mit der gleichen Form wie Hohlraum 25 in Stufe 2 und Hohlraum 26 in Stufe 3. Schließlich wird nach Entfernung der Formen 62 das Rohr 2 direkt zwischen die geschlossenen Formen 9 und 10 gelegt und es wird unter Druck stehendes Fluid in das Innere des Rohres 2 gepumpt, um einen konvexen Abschnitt 5 mit der gleichen Form wie Hohlraum 15 zu erzeugen, der durch die geschlossenen Formen 9 und 10 begrenzt wird, und dadurch ein endgültiges hohles Werkstück 1 mit der erforderlichen Form und Größe herzustellen.
Für die besten Ergebnisse unter Verwendung von Rohren 2 aus extrem reinem Kupfer hoher Qualität, z.B. ETP, DLP, DHP, OF oder ähnlichem, und unabhängig davon, welches der vorgenannten Verfahren angewendet wird, sollten die vorstehend beschriebenen Stufen auf solch eine Weise durchgeführt werden, daß das Rohr 2 folgendermaßen aufgeweitet wird: 45% in der ersten Stufe unter Verwendung der Einschubelemente 20; 35% in der zweiten Stufe unter Verwendung der Einschubelemente 20; 23% in der dritten Stufe unter Verwendung der Einschubelemente 20 und 25% in der vierten oder Endstufe ohne Einschubelemente 20 und ohne axialen Druck.
Die Vorteile des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung werden klar aus der folgenden Beschreibung. Insbesondere sorgt sie für permanentes Deformieren von Rohren zu einteiligen hohlen Werkstücken, die sonst nur mit dem Risiko der Zerstörung des Rohres hergestellt werden konnten, und auch dafür, daß eine Deformation hohen Grades erhalten wird (grob 200%) zum Herstellen hohler Werkstücke mit stark gewölbten Seitenwänden.
Unter Verwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung, d.h. unter Verwendung von Einschubelementen mit einem konvexen Profil entlang der Äquatorlinie für die Zwischenstufen, wird das vorstehende Ergebnis in einer recht kleinen Anzahl von Stufen (drei bis vier) erzielt, was somit die Herstellungszeit reduziert und für eine gute Oberflächenendausstattung sorgt. Unter Anwendung gegenwärtiger Hydroforming-Verfahren würde andererseits eine vergleichbare Deformation zahlreiche Zwischenschritte (sechs bis acht) erfordern, was somit zu einem schlechten Oberflächenendzustand, höheren Produktionskosten und höherer Zykluszeit führen würde, was weiterhin durch die Notwendigkeit, das halbfertige Teil in jeder Stufe auszuglühen, erschwert würde.
Während das Verfahren nach Figur 8 eine spezielle Presse mit zwei gegenüberliegenden gleitenden Kolben erfordert, liefert das weiter verbesserte Verfahren, das in Figur 9 gezeigt ist, eine Verbesserung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung durch Verwendung einer standardmäßigen Einkolbenpresse und ist deshalb aus wirtschaftlichen Gründen vorzuziehen. Darüber hinaus würde das Verfahren nach Figur 8 trotzdem Einschubelemente 20 erfordern, die in zwei Teilen ausgeformt sind, d.h. durch Verbinden ringförmiger Formen wie 60, 61 und 62, um das fertiggestellte Teil von den Formen zu entfernen.
Dem Fachmann auf diesem Gebiet wird klar sein, daß Änderungen an dem Verfahren, wie es beschrieben und dargestellt wurde, vorgenommen werden können. Beispielsweise können aus technischen Gründen die Einschubelemente 20, d.h. die Formen 60, 61 und 62, in einem Stück mit den Formen 9 und 10 ausgeformt werden, wobei in diesem Fall verschiedene Paare von Formen 9 und 10, die jeweils die Eigenschaft unterschiedlicher Einschubelemente hätten, selektiv auf der Presse montiert werden.

Claims

1. Ein Verfahren zur Herstellung von hohlen, einteiligen metallischen Werkstücken (1) aus einem zylindrischen Rohr (2) gegebener Länge, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

i) daß das Rohr (2) zwischen zwei Formen (9,10) gelegt wird, die so ausgelegt sind, daß sie, wenn sie im gegenseitigen Kontakt geschlossen sind, einen Hohlraum mit dem gleichen Profil wie das besagte metallische Werkstück (1), das erhalten werden soll, begrenzen; wobei das Rohr (2) zwei entgegengesetzte Enden aufweist, von denen jedes mit einer der besagten Formen (9,10) zusammenarbeitet;

ii) daß ein vorgegebener hydraulischer Druck (P) direkt innerhalb des Rohres (2) angelegt wird und gleichzeitig ein axialer Druck (F) auf die entgegengesetzten Enden des Rohres (2) ausgeübt wird, so daß das Rohr (2) permanent deformiert und radial geweitet wird; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß das Rohr (2) auf die Größe und die Gestalt des hohlen Werkstücks (1) stufenweise geweitet wird,

iii) zuerst über einer Reihe Stufe um Stufe anwachsender Deformationen, die mittels eines Satzes geformter Elemente (20) in den Formen erhalten werden, von denen jede ein Profil vorgegebener Form aufweist, gegen das das Rohr (2) durch die Anwendung des besagten inneren hydraulischen Druckes (P) und des axialen Druckes (F) so geformt wird, daß aus dem Rohr (2) ein Rohling hergestellt wird, der nach jeder Stufe eine verkleinerte Länge und einen vergrößerten Durchmesser eines ringförmigen Abschnitts (5) aufweist, wobei jede dieser Deformationen durch sukzessives Anwenden geformter Elemente mit ansteigendem inneren Durchmesser erhalten wird; und

iv) zweitens durch eine Enddeformationsstufe, bei der der Rohling auf die Größe und die Gestalt des hohlen Werkstücks (1) geformt wird, durch Einfügen des Rohlings ohne irgend eines dieser geformten Elemente (20) zwischen die Formen (9,10), und Anwenden des inneren hydraulischen Druckes (P) und des axialen Druckes (F) auf den Rohling; wobei in der Stufe (iii) der axiale Druck (F) derart ist, daß das Rohr (2) permanent gekürzt wird, und in dem Stufe (iv) der axiale Druck (F) so ist, daß er nur den inneren hydraulischen Druck innerhalb des Rohlings ausgleichen kann.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der axiale Druck (F) mittels eines Paares gegenüberliegender Kolben (12 ,14) angewendet wird, die in fluiddichter Weise abdichtend an die gegenüberliegenden Enden des Rohres (2) anstoßen.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zwischen jedem Paar der stufenweise anwachsenden Deformationen das Rohr (2) ausgeglüht wird.

4. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ringförmige geformte Elemente (20) mit einem konvexen radialen Profil (21) in Richtung auf das Rohr (2) in Übereinstimmung mit ihrer äquatorialen Linie angewendet werden, um auf diesem Rohr (2) radiale konvexe Abschnitte (5) auszuformen, deren mittlerer Abschnitt der seitlichen Wand sich nach innen von dem Rohr (2) krümmt.

5. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, bei dem die stufenweise anwachsenden permanenten Deformationan durchgeführt werden, indem das Rohr (2) zwischen die Formen (9,10) gelegt wird, wobei seine entgegengesetzten Enden (16,18) aus diesen Formen (19,10) hervorragen, die Formen eine oben auf der anderen verriegelt werden und die Enden (16,18) mit den Kolben (12, 14) zusammenarbeiten durch Bewegen der Kolben (12,14) gleichzeitig aufeinander zu und durch Pumpen von unter Druck stehendem Fluid durch wenigstens einen der Kolben (12,14) in das Rohr (2).

6. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß die sukzessiven, schrittweise anwachsenden permanenten Deformationen durchgeführt werden, indem das Rohr (2) zwischen die geformten Elemente (20) gelegt wird, wobei seine entgegengesetzten Enden (16,18) mit den Kolben (12,14) zusammenarbeiten; durch stationär Halten eines ersten der besagten Kolben (14) und einer ersten Form (10) zusammen mit diesen; durch gleichzeitiges Bewegen eines zweiten der Kolben (12) und einer zweiten Form (9) um den gleichen Betrag in Richtung auf den ersten Kolben (14), um so allmählich die Formen (9,10) zu schließen, wobei von einer offenen Stellung ausgegangen wird; und durch Pumpen unter Druck stehenden Fluids durch wenigstens einen der Kolben (12,14) in das Rohr (2), und zwar gleichzeitig mit der Verschiebung des zweiten Kolbens (12) und der zweiten Form (9).

7. Ein Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß in der ersten Reihe von stufenweise anwachsenden Deformationen eine ringförmige Form (60,61,62) die eine Hälfte eines entsprechenden dieser geformten Elemente (20) definiert, einstückig innerhalb jeder dieser Formen (9,10) und um das Rohr (2) herum eingepaßt wird.

8. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Tatsache, daß das Rohr (2) aus extrem reinem Kupfer hergestellt ist; und daß das Rohr (2) drei sukzessiven permanenten Deformationen unterworfen wird, wobei die geformten Elemente (20) verwendet werden, und dies auf solch eine Weise durchgeführt wird, daß das Rohr (2) jeweils entsprechend um 45 %, 35 % und 23 % geweitet wird, und einer permanenten Enddeformationsstufe unterworfen wird, die zum Weiten des Rohlings um 25 % vorgesehen ist.

9. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die geformten Elemente begrenzt werden durch einen Satz selektiv austauschbarer Einschübe (20) die ausgelegt sind, daß sie in die Formen (9,10) eingesetzt werden können.

10. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, bei dem verschiedene Paare von Formen (9,10) mit unterschiedlicher Form selektiv verwendet werden, wobei die geformten Elemente durch Formen (60,61,62) definiert sind, die zusammen mit jeder Form des Paares von Formen (9,10) einstückig vorgesehen sind, und ein Endgestaltungspaar so ausgelegt ist, daß es nur für die besagte Enddeformationsstufe verwendet wird.