用于对管进行预成形以便随后进行内高压成形的模具以及用于制造这种模具的方法和用 ...的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于对金属的原始管件进行预成形以便随后进行内高压成形的模具。
[0002]本发明还涉及一种用于制造这种模具的方法。
[0003]本发明此外涉及一种用于通过内高压成形制造管状的构件的方法。
【背景技术】
[0004]在内高压成形(IHU)中，在下面被称为原始管件的基本上金属的管通过施加高的内压力被成形为管状的构件(IHU构件)。管一般性地理解为具有由金属的材料制成的封闭管外壳的纵向延伸的空心体。原始管件为此被放入实施成型的IHU模具的型腔(凹板)中并且借助于被引入内部的流体(例如水油乳剂)基本上横向于纵轴线扩张，其中，原始管件的管外壳被挤压朝向型腔壁并且在此时相应地成形。
[0005]经常地并且尤其是在IHU构件的形状复杂时首先需要进行预成形，在此由原始管件得到预成形的原始管件，以便随后在IHU模具中进行内高压成形。预成形对后续的内高压成形和IHU构件的质量有显著的影响。
[0006]为了进行预成形，由现有技术已知不同的方法和设备，为此参阅专利文献DE102006028099 AUDE 10148451 C2、DE 19946010 B4 和 EP 0195157 BI。
【发明内容】
[0007]本发明的任务在于，给出一种用于对金属的原始管件进行预成形的模具，该模具鉴于随后的内高压成形能够实现管材料的优化分布。本发明的任务还在于，给出一种用于制造管状的IHU构件的优化的方法。
[0008]解决方案是独立权利要求的主题。优选的扩展方案和设计类似地对于所有发明主题来说不仅由对应的从属的权利要求而且由后续说明得出。
[0009]用于对金属的原始管件进行预成形以便随后进行内高压成形以制造管状的IHU构件的按本发明的模具具有多个彼此可相对运动的模具部件，这些模具部件在它们之间限定用于容纳和成形出原始管件的(至少一个)型腔。根据本发明规定，型腔具有不仅由要制造的IHU构件的形状(或几何形状)得到的而且与要成形的原始管件的周长适配的轮廓，使得该型腔的与通过原始管件预定的型腔纵轴线垂直的每个型腔横截面与(关于纵轴线)位置相同的IHU构件横截面的如下横截面形状一致，该横截面形状在其横截面周长中正好减小为原始管件的周长。
[0010]换句话说，沿着通过原始管件预定的型腔纵轴线，每个型腔横截面的横截面形状相应于关于纵轴线位置相同或地点相同的IHU构件横截面的变小的横截面形状，其中，每个型腔横截面的横截面周长分别正好与原始管件的周长一致。
[0011]横截面的横截面几何形状基本上包括形状或者说横截面形状和周长或者说横截面周长，由此得到所属的面或横截面。
[0012]按本发明的模具的型腔具有通过原始管件预定的型腔纵轴线，其中，该型腔纵轴线基本上与放入的原始管件的纵轴线一致。根据本发明规定，在型腔纵轴线上的任何部位或者说任何位置上，相应的型腔横截面具有要制造的IHU构件关于在纵轴线上的相同部位上的IHU构件横截面的变小的横截面形状，但是，相应的横截面周长正好等于原始管件的周长。原始管件的周长因此在每个部位上确定用于相应的IHU构件横截面的横截面形状变小的比例因数(其中适用的是:比例因数彡I)。因此，相对于要制造的IHU构件或相对于实施成型的IHU模具的型腔，按本发明的模具的型腔沿其型腔纵轴线具有变化的偏移，其中，相应的偏移量由比例因数得出。
[0013]利用该模具预成形的原始管件的每个横截面在随后在IHU模具中进行内高压成形时沿原始管件的周长与IHU模具的型腔壁具有相同的间距或恒定的间距。由此在内高压成形时沿着周长观察实现管材料的大致均匀的成形和伸长量并且因而实现突出的材料利用。由此对于IHU过程并且对于IHU构件的特性产生许多优点。例如这样制成的IHU构件基本上具有均匀的壁厚。
[0014]位于按本发明的模具的型腔中的原始管件的预成形尤其是这样实现，S卩，其中至少一个模具部件相对于至少一个另外的模具部件运动。按本发明的型腔构造特征首先涉及在成形过程结束时型腔的最终的成型状态，其中各模具部件尤其是彼此具有尽可能小的间距。型腔的轮廓(或者说型腔轮廓)可以理解为型腔壁的几何构造特征的整体。
[0015]因为在型腔纵轴线上的每个型腔横截面的横截面周长正好等于原始管件的周长，所以在每个部位上实现原始管件的确定的、精确的并且无压缩的成形或预成形。避免了不确定的成型。鉴于后续的内高压成形，利用按本发明的模具预成形的原始管件具有基本上优化的预成形形状和与之伴随的管材料的优化分布。
[0016]优选规定的是，按本发明的模具是具有模具下部件和可与之相对运动的模具上部件的与压机结合的模具。通过使模具上部件抬起和下降可以打开和闭合模具。通过施加挤压力，在闭合的模具中对位于型腔中的原始管件进行成形或预成形，在此该原始管件具有通过型腔的轮廓预定的预成形形状。
[0017]用于制造按本发明的模具(该模具用于对金属的原始管件进行预成形以便随后进行内高压成形)的按本发明的方法基本上包括如下步骤:
[0018]a.提供确定要制造的IHU构件的形状(整体形状)的几何数据或替代地提供IHU模具的型腔的几何形状数据；
[0019]b.确定要使用的原始管件的周长并且必要时也确定该原始管件的横截面形状，为此例如观察IHU构件的最小横截面并且根据IHU构件的横截面周长、尤其是减去3%地确定原始管件的周长；
[0020]-C.借助于多个引导截面确定对于原始管件的预成形所需的实施成型的型腔的轮廓，对此首先沿IHU构件的纵轴线(或者替代地沿着IHU模具的型腔的纵轴线)产生多个横截面并且随后使这些横截面分别关于其周长减小为或比例缩小为原始管件的已确定的周长，此外可以将这样获得的引导截面结合在一起，以便由此确定型腔的轮廓；并且
[0021]-d.制造模具，该模具的型腔具有该轮廓。
[0022]该方法可以具有另外的步骤和/或中间步骤。优选规定的是，步骤a、b和c利用CAD程序或类似物、即借助计算机设备实施、尤其是自动化地实施。
[0023]用于通过内高压成形制造管状的IHU构件的按本发明的方法至少包括下述步骤:
[0024]-提供原始管件，其中该原始管件尤其是由半成品截断的、具有确定的轴向长度的原始管件段；
[0025]-在按本发明的用于预成形的模具中对原始管件进行预成形并且尤其是无拐点的预成形；并且
[0026]-在IHU模具中对预成形的原始管件进行内高压成形。
[0027]各个步骤和为此使用的设备或模具彼此协调。所建议的方法可以具有另外的步骤和/或中间步骤，后面还将对其中一些步骤进行详细解释。
[0028]优选规定的是，原始管件在先于预成形的步骤中基本上在没有任何的横截面发生变化的情况下进行预弯曲。所述弯曲或预弯曲导致具有不直的并且优选复杂的、但尤其是无拐点的空间走向的工件纵轴线，该空间走向尤其是至少大致相应于要制造的IHU构件(例如在EP0195157B1中示出)。所述预弯曲另外也用于使预弯曲的原始管件可以遵循形状地放入用于预成形的模具的型腔中。
[0029]原始管件优选由铝材或钢材制成。但原始管件也可以由其它材料(例如黄铜)制成。
[0030]优选原始管件具有圆形的或椭圆形的横截面或者说具有圆形的或椭圆形的横截面形状(关于外形)。原始管件也可以具有其它横截面形状(例如多边形)。
[0031]此外优选规定的是，在IHU模具中进行内高压成形时，在预成形的原始管件的纵轴线上达到基于塑性材料变形的不同的周长伸长率，这些周长伸长率尤其是处于3%和10%之间的范围中。典型地，在管端部上的周长伸长率可以较大的并且在那里例如达到10%，而在中间的管区段中的较小的周长伸长率应为至少3%。尤其是结合之前所述的材料，在周长伸长率位于所述范围内时无热处理的成形是可能的。与利用现有技术已知的处理方式相比，利用按本发明的模具的变形与材料相关地部分地能够实现在内高压成形时更高的周长伸长率或者说周长扩大。
[0032]优选地，预成形的原始管件这样放入IHU模具的型腔中，使得该原始管件在其纵轴线的每个部位上在相应的横截面周长上与IHU模具的型腔壁具有相同的间距，即由相同宽度的间隙包围，其中，所述间距或间隙宽度可以与相应的横截面在纵轴线上的位置相关地变化。由此，如上述说明那样，在内高压成形时沿着周长观察实现管材料的大致均匀的成形和伸长并且因此实现突出的材料利用。IHU模具可以具有合适的定位元件。
[0033]要制造的IHU构件尤其是机动车构件、例如尤其是车身构件(例如内增强件)或轴部件(例如纵梁或横梁)。因此，不仅用于预成形的按本发明的模具而且用于制造管状的IHU构件的按本发明的方法优选用于制造机动车构件。
【附图说明】
[0034]下面借助示意性附图详细解释本发明。在各图中示出的和/或后续说明的特征可以独立于具体的特征组合是本发明的一般性特征。
[0035]图1以侧视图分别示出在制造IHU构件时管状的工件的多个阶段；
[0036]图2以剖面图示出在内高压成形之前的按照现有技术预成形的并且被放入IHU模具的型腔中的原始管件；
[0037]图3示出用于对原始管件进行预成形的按本发明的模具的局部图；
[0038]图4以剖面图示出在内高压成形之前的利用图3的按本发明的模具预成形的并且放入IHU模具的型腔中的原始管件。
【具体实施方式】
[0039]图1a示出金属的原始管件或输出管段100。原始管件100沿其纵轴线L具有恒定圆形的横截面(关于外形)，该横截面具有周长Ul和均匀的壁厚。原始管件100例如由铝材或钢材制成。
[0040]输出管段100用作工件，该工件随后成形为在图1c中示出的内高压成形的、管状的IHU构件120。为此，输出管段100首先进行预成形，其中仅其横截面形状发生变化并且与IHU模具的型腔的轮廓相适配，如在后面还将详细解释的。图1b示出预成形的输出管段110，其具有横截面周长U2。不仅对于原始管件100而且对于预成形的原始管件110和IHU构件120来说，相应的纵轴线以L表示。
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