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于通过内高压成形制造构件的方法

摘要

本发明涉及一种用于对金属的原始管件(100)进行预成形的模具(200)，该输出构件随后要进行内高压成形，以制造管状的IHU构件，所述模具包括多个彼此可相对运动的模具部件(210、220)，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(100)的实施成型的型腔(230)。规定的是，所述型腔(230)具有不仅由要制造的IHU构件的形状导出的而且与要成形的原始管件(100)的周长(U1)适配的轮廓，使得与通过原始管件(100)预定的型腔纵轴线(L)垂直的每个型腔横截面与位置相同的IHU构件横截面的在其横截面周长中正好减小为原始管件(100)的周长的横截面形状一致。本发明还涉及一种用于制造这种模具(200)的方法和一种用于利用这种模具(200)制造管状的IHU构件的方法。

说明书

技术领域

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。

本发明还涉及一种用于制造这种模具的方法。

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

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。

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。

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DE102006028099A1、DE10148451C2、DE19946010B4 和EP0195157B1。

发明内容

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。

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。

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。

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。

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。

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≤1)。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。

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。

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，即，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。

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。

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。

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：

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；

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；

-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

-d.制造模具，该模具的型腔具有该轮廓。

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。

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：

-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；

-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

-在IHU模具中对预成形的原始管件进行内高压成形。

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。

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EP 0195157B1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。

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。

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)。

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。

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。

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

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。

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；

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；

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；

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

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U1和 均匀的壁厚。原始管件100例如由铝材或钢材制成。

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。

IHU构件120沿其纵轴线L构成有不同的横截面几何形状，从而 各横截面关于其横截面形状和/或其横截面周长是不同的。示例性地， 在内高压成形中达到的周长伸长率在图1c中所示的IHU构件120的 轴向的构件端部上大约为10％并且在中间的区域中大约为3％。

IHU构件120可以不同于在图1c中示出的示例而具有复杂的、 在空间上多次弯曲的和/或曲折的纵向走向，例如在EP0195157B1中 示出那样。特别地，对于该情况可以规定的是，如上面已经提到那样， 原始管件100在预成形之前首先进行弯曲或预弯曲。后续说明以类似 的方式也涉及该情况。

图2以示意性的剖面图示例性示出在纵轴线L的部位x上(参见 图1)在内高压成形之前的按照现有技术预成形的并且放入多件式 IHU模具300的型腔330中的原始管件110'。预成形的原始管件110' 至少在所示的部位上具有与要制造的IHU构件120近似的横截面几何 形状。如开头所述那样，在内高压成形时，预成形的原始管件110'的 管外壳朝向型腔壁331被挤压并且在此时根据型腔壁331的轮廓被成 形。

在内高压成形期间，在以A表示的角区域中会出现所述预成形的 原始管件110'的强烈成形，这同时伴随着管壳材料的强烈变薄并且可 能伴随着裂纹或裂缝的产生，而在以B表示的区域中只进行较小的成 形。所制成的IHU构件120因此沿其周长具有不同的壁厚，随之带来 多个缺点。

此外，为此也参考现有技术中的对应的解释(例如参见DE 102006028099A1，段落[0061]和[0062]，以及DE19946010B4，段落 [0042]、[0043]、[0052]和[0053])。

为了消除现有技术中的缺点，按本发明的用于对原始管件100进 行预成形的模具200(参见图3)的型腔230具有不仅由要制造的IHU 构件120的形状得出的而且与要成形的原始管件100的周长U1相适 配的轮廓。为此规定，沿着通过原始管件100预定的型腔纵轴线L， 每个型腔横截面的横截面形状分别相应于位置相同的IHU构件横截 面的变小的横截面形状，但是，每个型腔横截面的周长分别正好与原 始管件100的周长U1一致。

这由图1直观地得出。在纵轴线L上的部位x(如以箭头示出) 上，由IHU构件120在相同部位x上的横截面形状和由原始管件100 的周长U1得到所述预成形的原始管件110的横截面几何形状，其中， 该横截面几何形状基本上与预成形模具200的实施成型的型腔230的 横截面几何形状相同，从而适用的是：U1＝U2。这类似地适用于在纵 轴线L上的其它任何部位。通常适用的是，预成形的原始管件110的 几何形状基本上与预成形模具200的型腔几何形状230相同。

因此，型腔230的与通过原始管件100预定的型腔纵轴线L垂直 的每个型腔横截面与位置相同的IHU构件横截面的在其横截面周长 中准确地减小到原始管件100周长的横截面形状一致或者说与此相 同。

图3以在部位x(参见图1)上的剖面图示出用于对原始管件100 进行预成形的按本发明的模具200。装入压机中的模具200包括模具 下部件220和可与之相对运动的模具上部件210，所述模具下部件和 模具上部件在闭合状态中在它们之间限定用于容纳和成形出原始管件 100的型腔230。型腔230在所示的部位上的横截面几何形状如上述那 样得到。模具上部件210的可运动性以双箭头M示出。

为了进行预成形，在模具200打开时将原始管件100放入型腔230 中。随后通过模具上部件210的下降使模具200闭合，其中，通过施 加挤压力将位于型腔230中的原始管件100在没有周长变化(即： U2＝U1)的情况下成形为预成形的原始管件110。因为型腔230的轮 廓刚好与原始管件110的周长相适配，所述不仅在所示的部位上而且 在其它任何部位上实现原始管件100的确定的、精确的并且无压缩的 预成形。

在按本发明的模具200中的预成形过程可以称为在冲模中的成 形，其中，该预成形可以尤其是在没有支承压力的情况下、但必要时 也具有支承压力并且尤其是具有低的支承压力的情况下(所谓的压力 支承的低压预成形)实现。在打开模具200之后可以将预成形的原始 管件110取出并且接着将其直接放入IHU模具300中以进行内高压成 形。

图4以在部位x上的剖面图示出在内高压成形之前的利用按本发 明的模具200预成形的并且被放入IHU模具300的型腔330中的原始 管件110。预成形的原始管件110不贴靠在IHU模具300的型腔壁331 上，而是在该原始管件的整个横截面周长上与型腔壁331具有恒定的 间距，从而在预成形的原始管件110的管外壳和型腔壁331之间存在 环绕的并且基本上宽度相同的间隙S。因此预成形的原始管件110在 内高压成形时基本上均匀地扩张和变形，由此得到在周长上的均匀的 壁厚。通过间隙S的间隙宽度来预定在内高压成形时在该轴向部位上 要达到的塑性的周长延伸。间隙S的间隙宽度可以与IHU构件120的 形状相关地沿纵轴线L变化。

附图标记列表

100原始管件

110预成形的原始管件

120IHU构件

200预成形模具

210模具上部件

220模具下部件

230型腔

231型腔壁

300IHU模具

330型腔

331型腔壁

A区域

B区域

L纵轴线

M打开/闭合运动

S间隙

T分离面

U1原始管件的周长

U2预成形的原始管件的周长或在相同部位上的型腔横截面 的横截面周长

x在纵轴线上的位置(或部位)