SE518722C2 - Anordning och förfarande för expansionsformning - Google Patents

Description

l5 51 8 7 2 2 šïï* - ILÉïIÄÉÉ 2 synnerhet diskuteras hydroformning i samband med förfaranden för formning av ihåliga komponenter, såsom delar av avgassystem för bilar. I den beskrivna processen hålls en gjutform i en konventionell dubbelriktad press.

Gjutformen innefattar även två axiella cylindrar vilka tätar de öppna ändarna hos ett rörformat ämne. Steg i processen beskrivs, varvid följande innefattas: Ett rörämne laddas in i verktygets kavitet, pressen stänger verktyget, axiella cylindrar tätar rörändarna och ifyller en vätska som är trycksatt. I artikeln visas även ett passningsverktyg för flerkavitetstillverkning_ Detta innefattar en flerkavitetsgjutform som hålls i en horisontell gjutpress med innertryck som tillförs kaviteten medelst en tryckförstärkare via en trycksatt vätska. Pressarna som används vid de beskrivna hydroformningsprocesserna tillför innertryck mot ämnet via en trycksatt vätska.

En broschyr som är utgiven av "KRUPP HOESCH AUTOMOTIVE Gmbh" kan användas för tillverkning av vissa produkter, beskriver hur en hydroformningsprocess såsom chassibiramar och fotrum för bilindustrin. Processen beskrivs såsom innefattande en press i vilken en gjutform eller ett verktyg är monterat. Ett rörformat ämne eller ett speciellt konturerat ämne placeras i gjutformen.

Gjutformen stängs och ändarna, i fallet med det rörformade ämnet, tätas med axiella stampar. Medelst innertryck som tillförts av en hydraulfluid, såväl som axiellt tryck i rörexemplet, gjuts detaljen mot gjutkavitetens väggar.

Dessa två processer har båda nackdelen att mängden tillgängligt tryck som kan utövas på ett ämne av en konventionell dubbelriktad press är begränsad.

Begränsningarna gäller både för anbringningsriktning, som vanligtvis är begränsad till en axel, och för storlek på tryck som kan anbringas. Detta innebär att tryck kan anbringas jämnt via en hydraulfluid på ämnet i kavitetens inre, men det huvudsakliga stängningstrycket som 518 722 u. o: 3 anbringas på gjutformens utsida kommer att vara i en axiell riktning. Detta innebär i sin tur att det i gjutformen tillgängliga innertrycket är begränsat av gjutformens hàllfasthet, och att gjutverktygen måste vara tillräckligt stora och motståndskraftiga för att motstå vilka dragpàkänningar som helst som alstras av innertrycket. Kontakten mellan tryckfluiden och ämnet resulterar i ett behov av tätningar inuti gjutformen, vilka motstår vätskor under högt tryck, och behöver extra steg i gjutcykeln för rengöring av ämnet före och efter processen.

Användningen av en tryckfluid inuti ett ämne gör användningen av trimningskanter eller stansningsformar inuti en gjutkavitet svår eller opraktisk, så att trimnings- eller stansningsmanövrar behöver ytterligare processteg.

Höga tryck behövs av åtminstone två skäl. För det första för att minska graden av återfjädring som förekommer. När metallämnen utsätts för låga tryck, deformeras de typiskt elastiskt, vilket innebär att metallen, efter det att trycket har tagits bort, delvis återgår till sin ursprungliga form. Permanenta ändringar i metallämnens form är resultatet av plastisk deformation, som förekommer vid tryck som är större än de som åstadkommer elastisk deformation. För det andra uppvisar de flesta metaller som används gynnsamt höjda hålfasthetsegenskaper efter det att de har deformerats plastiskt. Denna effekt beskrivs ibland som kall- bearbetning. Genom användning av höga eller extremt höga tryck kan sålunda en färdiggjord form åstadkommas som är mer noggrann, som är närmare den erforderliga formen, och en mer hållfast produkt.

Vid användning av en högtryckspress, såsom en isostatisk press av Quintus-typen, finns en svårighet i att åstadkomma gjutformar och gjutanordningar som är tillräckligt hàllfasta. 518 722 a p n u u o Q n o | u ø n | ua 4 Det krävs ofta att gjutformar och gjutanordningar skall motstå väldigt höga tryck av upp till 10 000 bar under varje gjutcykel i en isostatisk press. Sàdana gjutanordningar är ofta väldigt stora, väldigt tunga och väldigt dyra.

Beskrivning av unnfinninqen. fördelar Syftet med uppfinningen är att åstadkomma en anordning och ett förfarande för expansionsformning av en detalj enligt patentkraven. Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att åstadkomma en anordning och ett förfarande där detaljens kanter kan trimmas medelst expansionsformningsförfarandet. Ännu ett ytterligare syfte med uppfinningen är en anordning och ett förfarande med vilka en öppning kan åstadkommas i en detalj genom stansning under expansionsformningen. Ännu ett ytterligare syfte är, bland andra, att expansions- formningsanordningen skall vara billig att tillverka och ekonomisk att använda.

Dessa och andra syften uppnås enligt uppfinningen genom ett expansionsformningsverktyg som används med en isostatisk press som är utrustad med ett membran, så som beskriv i patentkraven. Expansionsformningsverktyget är utformat att alstra extremt höga tryck inuti ett ihàligt eller rörformigt ämne och forma ämnet till en detalj genom expansion mot en gjutkavitets väggar.

Expansionsformningsverktyget är utformat så att den isostatiska pressens membran inte bara verkar på expansionsformningsverktyget, utan pà en eller flera inbyggda tryckförstärkare. Tryckförstärkarna ökar det från membranet mottagna trycket och överför det till ett metallämne inuti en gjutkavitet. Detta utförs pà följande sätt. Tryck från membranet påverkar tryckförstärkarkolven och ökas i proportion till tryckförstärkarkolvens relativa diametrar. Tryckfluiden i kanalen överför det ökade trycket via ett rörformat membran och utövar det mot en elastomerisk formningskroppf Vilken typiskt är 51 8 7 22;::= gjord av gummi. Den elastomeriska formningskroppen är positionerad inuti metallämnet som skall formas till den erforderliga ihåliga formen.

Under trycket som anbringats av den elastomeriska formningskroppen expanderas och tvingas ämnet mot gjutkavitetens väggar i expansionsformningsverktyget. Ämnet antar sålunda kavitetsväggarnas form.

Gjutkavitetsväggarna kan även anordnas med trimningskanter och/eller stansningsformar. På detta sätt kan överskottsdelar av ämnet trimmas bort under expansionsformningsprocessen med trycket som anbringats av den elastomeriska formningskroppen, vilken tvingar ämnet mot trimningskanterna. På liknande sätt kan en eller flera öppningar åstadkommas genom ämnets väggar, genom stansning, av trycket som anbringats av den elastomeriska formningskroppen, vilken tvingar ämnet mot en lämpligt formad stansningsform. Även om trycken pà ämnet kan vara extremt höga, är expansionsformningsverktyget anordnat att endast använda kompressionskrafter. Detta innebär att expansions- formningsverktyget kan vara relativt litet och lätt i sin konstruktion i förhållande till de utnyttjade trycken.

Trycket som alstras av tryckförstärkaren är beroende av ett förhållande mellan diametrar hos en kolv i tryckförstärkaren. De relativa diametrarna kan varieras och väljas att passa egenskaperna hos ämnet som skall formas. Expansionsformningsverktyget är inte begränsat till en enda gjutkavitet, och kan innefatta flera gjutkaviteter och tryckförstärkare.

Ett rörformigt format ämne används och formas genom expansion med föreliggande uppfinning till en ihålig form. Det ligger även inom ramen för uppfinningen att använda ett ämne som endast delvis omringar den elastomeriska formningskroppen.

Fördelarna med uppfinningen framför den kända tekni- ken är många. Expansionsformningsverktyget är litet, lätt och relativt billigt att tillverka, vilket i sin tur lO n u u n n - - o u | o | . u. 6 innebär att relativt låga tillverkningsvolymer blir mer ekonomiska. Formningstrycket inuti ämnet kan vara större än pressens stängningstryck. Det finns inte någon kontakt mellan tryckfluider och metallämnena, varigenom tätnings-, rengörings- och kontaminationsproblem undviks.

Ett ämne kan trimmas och/eller stansas under expansions- formningsprocessen genom trimningskanter och/eller stansningsformar som innefattas i gjutkavitetens väggar för det ändamålet. Expansionsformning minskar sålunda antalet nödvändiga processteg för formning av en detalj.

Tillgängligheten av extremt höga gjutningstryck jämfört med anordningar enligt den kända tekniken innebär att detaljerade former kan åstadkommas i ett enda gjutsteg. Större plastisk deformation av ett ämne är också möjlig, vilket resulterar i mer kallbearbetning och således produkter med större hållfasthet. Det innebär även att höghàllfasta legeringar och grovdimensionerade metaller (thicker gauge) kan formas ekonomiskt. Högre hàllfasthet som uppnås vid formningen av produkten erbjuder även en möjlighet att minska vikten av materialen som används i detaljen, vilket är viktig i tillämpningar såsom delar för bilar.

Kort beskrivning av ritningarna Föreliggande uppfinning kommer att beskrivas mer i detalj i samband med de bilagda ritningarna.

Figur 1 visar schematiskt en anordning för expansionsformning enligt uppfinningen.

Figur 2 visar en stansningsform i en expansions- formningsanordning enligt uppfinningen.

Figur 3 visar en detalj med en öppning som åstadkommits i den genom stansning enligt uppfinningen.

Figur 4 visar schematiskt en utveckling av en expansionsformningsanordning enligt uppfinningen. 518 722 7 Beskrivning av utföringsformerna Figur l visar schematiskt en isostatisk press vilken innefattar en tryckcell. Den isostatiska pressen innefattar en övre, rörlig del l och en nedre, statisk del 2. I den isostatiska pressens övre, rörliga del 1 är ett membran 3 anordnat med organ som kan tillföra trycksatt fluid till det. Ett expansionsformningsverktyg 4 är beläget in den isostatiska pressens nedre, statiska del 2. Expansionsformningsverktyget 4 innefattar en gjutkavitet 6 och kan innefatta fler än en gjutkavitet.

Expansionsformningsverktyget 4 kan delas i exempelvis två delar kring en plan yta som motsvarar centrumlinjen A genom gjutkaviteten 6, sàsom visas i Figur 1.

Ett expansionsformningsförfarande är som följer. Ett rörformigt eller ihàligt ämne 5 placeras i en nedre del av expansionsformningsverktygets 4 gjutkavitet 6. En elastomerisk formningskropp 7 placeras inuti ämnet 5.

Gjutkavitetens 6 övre del placeras ovanpå den nedre delen, varvid ämnet 5 innesluts med den elastomeriska formningskroppen 7 inuti det. Pressen stängs, varvid membranet 3 i den isostatiska pressens övre del bringas i kontakt med expansionsformningsverktyget 4.

Tryck utvecklas i pressens övre del 1, varvid ett tryck anbringas mot membranet 3 och således över expansionsformningsverktyget 4. Expansionsformnings- verktyget 4 innefattar en eller flera tryckförstärkare 8, varvid var och en innehåller en kolv 9. Kolven 9 pàverkas av membranet 3 och utövar ett tryck på en fluid 10 i en cylinder ll inuti tryckförstärkaren 8. Trycket i fluiden överförs via en kanal 12 via ett rörformat membran 13 till den elastomeriska formningskroppen 7 inuti ämnet 5 i gjutkaviteten 6. Den elastomeriska formningskroppen 7 expanderar och utövar ett tryck mot ämnet 5, varvid ämnet tvingas mot gjutkavitetens 6 väggar. Ämnet 5 expanderas därigenom till en detalj som är formad enligt formen pà gjutkavitetens 6 väggar. 518 722 gi: . . n o o n - . Q | . n 8 Gjutkaviteten kan även vara formad så att överskottsdelar av ämnet trimmas bort med trimningskanter 16 som visas i Figurerna 1 och 4. I en ytterligare utveckling av utföringsformen som visas i Figur 2 är en eller flera stansningsformar 17 innefattade. Under expansionsformningsförfarandet tvingas ämnet 5 mot stansningsformen 17 och en passage eller öppning 18 àstadkommes genom ämnets 5 vägg genom stansning, såsom visas i Figur 3.

Vid fullbordandet av expansionsformningsförfarandet tas trycket bort. Pressens övre del 1 höjs och expansionsformningsverktyget 4 delas genom att exempelvis en övre del som innehåller en övre del av gjutkaviteten 6 avlägsnas. Ämnet 5, vilket nu har blivit en formad detalj, avlägsnas från gjutkaviteten 6. Trimmat eller resterande material avlägsnas fràn trimningskanten 16.

Resterande material frán en stansningsmanöver avlägsnas från stansningsformen 17.

Trimningskanten 16 som visas i Figur 1 är i form av ett omkretsspàr i gjutkavitetens 6 väggar. Det ligger inom ramen för uppfinningen att expansionsformnings- verktyget även kan innefatta trimningskanter och/eller stansningsformar som skjuter ut från kavitetens omgivande väggar och in i kaviteten. Sådana trimningskanter och/eller stansningsformar innefattar bàde statiska anordningar som är fastgjorda i kavitetsväggarna och rörliga anordningar som kan förflyttas ut fràn kavitetens väggar in i ämnets väggar genom användning av tryckförstärkare eller andra hydrauliska eller mekaniska medel.

Tryckökningen som àstadkommes av tryckförstärkaren bestäms av valet av en diameter av kolvens 9 övre del 15 i tryckförstärkaren 8 relativt en diameter av kolvens 9 nedre del 14.

Den elastomeriska formningskroppen 7 kan formas för att passa tätt med ämnen av olika former som används för tillverkning av färdiggjorda detaljer av olika former. 518 722 - | - . . - . . ~ ß . n» 9 Exempelvis visar Figur 4 ett ämne 5a som har en relativt tjock väggtjocklek som kan användas tillsammans med en elastomerisk formningskropp 7a som har en motsvarande ändring i tvärsnitt. För att säkerställa en nära passning mellan den elastomeriska formningskroppen och ämnen med olika former och/eller ämnen med en underskärning, kan den elastomeriska formningskroppen 7, 7a även innefatta mer än ett stycke.

Ett alternativt förfarande för placering av den elastomeriska formningskroppen 7 inuti ämnet 5 är som följer. En elastomerisk formningskropp 7 för ett läng- sträckt rörformat ämne 5 kan vara större i diameter än det rörformade ämnets 5 diameter före expansionsformning.

I detta fall kan den elastiska formningskroppen 7 sträckas i sin längdriktning och det rörformade ämnet 5 dras över den sträckta elastomeriska kroppen 7. Det rörformad ämnet 5, tillsammans med den elastomeriska formningskroppen 7 som redan är införd däri, kan sedan införas i expansionsformningsverktygets 4 gjutkavitet 6.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 I n a ø I I ~0 518 722 10 PATENTKRAV

1. Anordning för expansionsformning av en detalj, vilken anordning används i samband med en isostatisk press som innefattar en tryckcell som är utrustad med ett a v elastomeriskt membran (3), k ä n n e t e c k n a d ett expansionsformningsverktyg (4) vilket innefattar åtminstone en tryckförstärkare (8) och åtminstone en gjutkavitet (6), i vilken gjutkavitet (6) ett ämne (5, Sa) är anordnat, och en elastomerisk formningskropp (7, 7a) är anordnad inuti ämnet (5, 5a), varvid tryckförstärkaren (8) är anordnad sä att den påverkas av nämnda elastomeriska membran (3), varvid tryck- förstärkaren (8) är anordnad att utöva tryck pà den elastomeriska formningskroppen (7, 7a) så att den elastomeriska formningskroppen (7,7a) tvingar nämnda ämne (5, Sa) mot nämnda gjutkavitets (6) väggar med resultatet att ämnet (5, 5a) expanderas till en detalj som är formad enligt gjutkavitetens (6) form.

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att tryckförstärkaren (8) innefattar en kolv (9) som är anordnad i en cylinder (11), vilken cylinder (11) (10) som via en kanal (12) förbindelse med ett rörformat membran (13), vilket rörformat membran är anordnat i kontakt med en innehåller en tryckfluid är i elastomerisk formningskropp (7, 7a) som är anordnad inuti (6).

3. Anordning enligt krav 1 och 2, ämnet (5, 5a) inuti gjutkaviteten k ä n n e t e c k (14) är större än en diameter av n a d a v att en diameter av en övre del av en kolv (9) i tryckförstärkaren (8) (15)

4. Förfarande för expansionsformning av en detalj i en nedre del av kolven (9). en isostatisk press som innefattar en tryckcell som är (3) och ett k ä n n e t e c k n utrustad med ett elastomeriskt membran expansionsformningsverktyg (4), a t a v stegen: l0 15 20 25 30 35 51 8 722šïï“šïïâ 'äÅê-IlÉïïlÉï ll - att placera ett ämne (5, 5a) inuti en gjutkavitet (6) av ett expansionsformningsverktyg (4) inuti nämnda isostatisk press. - att placera en elastomerisk formningskropp (7, 7a) 5a), - att stänga nämnda isostatiska press, inuti ämnet (5, - att utveckla ett tryck i nämnda isostatiska press och påverka nämnda elastomeriska membran (3) vilket är i kontakt med nämnda expansionsformningsverktyg (4), - att medelst nämnda elastomeriska membran (3) påverka åtminstone en tryckförstärkare (8) som är anordnad i nämnda expansionsformningsverktyg (4), varvid ett tryck åstadkommes i tryckförstärkaren (8), - att medelst tryckförstärkaren (8) utöva ett tryck mot den elastomeriska formningskroppen (7, 7a) inuti 5a), - att tvinga ämnet (5, ämnet (5, Sa) mot gjutkavitetens (6) väggar och att forma ämnet (5, 5a) genom expansion till en detalj som är formad enligt gjutkavitetens (6) form.

5. Förfarande för expansionsformning av en detalj enligt krav 4, vid vilket steget att placera den elastomeriska formningskroppen (7, 7a) inuti ämnet (5, 5a) k ä n n e t e c k n a s a v ett ytterligare steg: - att sträcka den elastomeriska formningskroppen (7, 7a) i dess längdriktning innan den elastomeriska formningskroppen (7, 7a) placeras inuti ämnet (5, Sa).

6. Förfarande för trimning och stansning av en expansionsformad detalj i en isostatisk press som innefattar en tryckcell som är utrustad med ett och en anordning för (4), innefattar åtminstone en gjutkavitet elastomeriskt membran (3) expansionsformning av en detalj vilken anordning (6) som innefattar en form som avgränsar en eller flera trimningskanter (16) av den expansionsformade detaljen, och en eller flera stansningsformar (17) i gjutkavitetens (6) väggar, vilka formar motsvarar en eller flera öppningar (18) som skall 10 15 20 25 30 35 51 8 7 .Z y. _ -I N. l2 åstadkommas i ämnets (S, Sa) väggar genom stansning, k ä n n e t e c k n a t a v stegen: - att placera nämnda ämne (5, Sa) inuti nämnda gjutkavitet (6) av ett expansionsverktyg (4) inuti nämnda isostatiska press, - att placera en elastomerisk formningskropp (7, 7a) inuti nämnda ämne, - att stänga nämnda isostatiska press, - att utveckla ett tryck i nämna isostatiska press och påverka nämnda elastomeriska membran (3) vilket är i (4), - att påverka åtminstone en tryckförstärkare (8) som kontakt med expansionsformningsverktyget är anordnad i nämnda expansionsformningsverktyg (4) (3), tryck àstadkommes i tryckförstärkaren (8), medelst nämnda elastomeriska membran varvid ett - att utöva ett tryck mot den elastomeriska inuti nämnda ämne (S, Sa) (8), - att tvinga nämnda ämne (S, Sa) formningskroppen (7, 7a) medelst tryckförstärkaren mot nämnda (6) väggar med den elastomeriska 7a), gjutkavitets formningskroppen (7, varvid nämnda ämne (S, Sa) formas genom expansion till en detalj som är formad enligt nämnda gjutforms (6) form, Sa) vid läget för en (16) och att åstadkomma en eller flera öppningar (18) i nämnda ämne - att trimma nämnda ämne (S, eller flera av nämnda trimningskanter (S, Sa) genom stansning vid läget för en eller flera stansningsformar (17).

7. Förfarande för trimning och stansning av en expansionsformad detalj enligt krav 6, vid vilket steget att placera den elastomeriska formningskroppen (7, 7a) inuti ämnet (S, Sa) k ä n n e t e c k n a s a v ett ytterligare steg: - att sträcka den elastomeriska formningskroppen (7, 7a) formningskroppen (7, (S, Sa). i dess längdriktning innan den elastomeriska 7a) placeras inuti ämnet