本发明涉及一种用于改形管状空心体的设备，所述空心体具有由能够塑性变形的材料制成的空心体壁和在所述空心体的纵向方向上延伸的空心体轴线，所述设备：·具有改形模具，所述改形模具构造为用于布置在所述空心体的外侧上，并且所述改形模具设有模具开口，所述模具开口构造为用于接收所述空心体，·具有芯轴，所述芯轴构造为用于布置在所述空心体的内部，并且所述芯轴在其周缘上设有造型芯轴型廓，所述造型芯轴型廓具有芯轴型廓凸出部和芯轴型廓中间空间，所述芯轴型廓中间空间构造在所述芯轴型廓凸出部之间，其中，在布置在所述空心体的内部的芯轴上，所述芯轴型廓凸出部和所述芯轴型廓中间空间沿着所述空心体轴线延伸并且所述芯轴型廓中间空间朝向所述空心体壁的轴向平行的内侧敞开，以及·具有改形驱动器，所述改形驱动器具有模具驱动器，借助所述模具驱动器能够使所述改形模具以轴向模具运动沿着所述空心体轴线相对于所述空心体并且在此沿着布置在所述空心体的内部的芯轴运动，其中，由于所述轴向模具运动和与此相关的对所述空心体壁的材料的流变极限的超过，所述空心体壁的材料在构造所述空心体壁的内部型廓的情况下流动到所述芯轴的芯轴型廓中间空间中。此外，本发明涉及一种用于改形管状空心体的组件，所述空心体具有由能够塑性变形的材料制成的空心体壁和在所述空心体的纵向方向上延伸的空心体轴线，·其中，所述组件包括第一改形设备和第二改形设备，并且在改形过程中所述第二改形设备布置在所述第一改形设备的下游，·其中，所述第一改形设备构造为用于由在初始状态中的空心体产生改形完成的空心体的预成型件，·其中，所述预成型件构造为管状空心体，所述空心体具有由能够塑性变形的材料制成的预成型件壁并且具有与所述空心体轴线重合的预成型件轴线，并且·其中，所述第二改形设备构造为用于产生所述预成型件的后续成型件，尤其是用于产生改形完成的空心体，所述改形完成的空心体具有后续成型件壁。另外，本发明涉及一种能够借助上述设备和借助上述组件执行的用于改形管状空心体的方法，所述空心体具有由能够塑性变形的材料制成的空心体壁和在所述空心体的纵向方向上延伸的空心体轴线。
背景技术：
1、例如在生产用于机动车的空心轴时，由能够塑性变形的金属材料制成的轴坯件需要设有外齿部和/或内齿部，并且需要尤其通过部分拉长在其直径方面和/或在其壁厚度方面减小。常用的用于制造轴坯件上的齿部的生产方法是借助改形工具进行的轴向成形，该改形工具包括在外侧上环绕轴坯件的改形模具和在该轴坯件的内部支撑该轴坯件的芯轴。视应用情况而定，改形模具和/或芯轴设有造型齿部。常见的用于减少轴坯件的直径和/或壁厚度的生产方法是拉伸(einziehen)。
2、根据本类属的现有技术在de 10 2019 103 926 a1中公开。
3、该文件涉及一种用于管的轴向改形的工具和方法。该工具包括在管的外侧上被引导的环形模具和在管的内部被引导的芯轴。在减少壁厚度的同时，管壁设有内齿部。为了在管壁上制造内齿部，使用具有齿轮形横截面的芯轴。在芯轴上的齿中间空间中，通过管壁的由于改形过程塑化的材料，构造内齿部的齿。
技术实现思路
1、本发明的任务在于，提供如下设备和方法：借助所述设备和所述方法，管状空心体可以设有高质量的内齿部。
2、根据本发明，该任务通过根据权利要求1所述的设备、根据权利要求9所述的组件和根据权利要求15和16所述的方法。
3、在本发明的情况下，为了在由优选金属材料制成的且具有优选圆形横截面的管状空心体上产生内齿部，使用改形工具，该改形工具具有改形模具和芯轴，该改形模具具有型廓化的模具开口，该芯轴具有型廓化的周缘。对于本发明而言重要的是如下情况：改形模具和芯轴围绕待改形的空心体的轴线相对于彼此这样转动，使得改形模具的布置在空心体壁的一侧上的模具型廓凸出部和布置在空心体壁的另一侧上的芯轴型廓中间空间彼此在空心体轴线的径向方向上对置。由于模具型廓凸出部和芯轴型廓中间空间的根据本发明的相互定位，模具型廓凸出部在改形过程期间导致，芯轴型廓中间空间完全填充以空心体壁的塑化材料以及可能也还将流入到芯轴型廓中间空间中的壁材料压缩。因此，芯轴的型廓将空心体壁的待产生的内部型廓的目标几何形状映射为阴模，该芯轴产生空心体壁的具有实际几何形状的内部型廓，该实际几何形状在任何情况下与所述目标几何形状的偏差最小并且因此具有极高的质量。
4、根据本发明，空心体壁的内部型廓的产生可以在单阶段式或者多阶段式过程中实现。
5、借助根据权利要求1所述的改形设备并且按照根据权利要求15所述的方法，在一个步骤中给空心体壁设置具有目标几何形状的内部型廓。
6、借助根据权利要求9所述的组件并且按照根据权利要求16所述的方法，具有目标几何形状的内部型廓的产生分布到多个方法阶段上。
7、在第一方法阶段中，借助第一改形设备由在初始状态中的空心体产生改形完成的空心体的预成型件。接下来，对该预成型件的内部型廓进行优化。
8、对该预成型件的内部型廓的优化在至少一个另外的方法阶段中进行，在该至少一个另外的方法阶段中，借助另外的改形设备由预成型件壁的内部型廓产生预成型件的后续成型件、尤其是改形完成的空心体的内部型廓。
9、根据本发明，具有用于执行两阶段式改形过程的两个改形设备的组件被优选作为多阶段式组件。在这种情况下，由预成型件作为后续成型件直接产生改形完成的空心体，该改形完成的空心体在空心体壁上具有内部型廓的目标几何形状。
10、在根据本发明的设备和方法的情况下，轴向模具运动可以实施为在改形方向上的连续运动，但是也可以实施为具有交替实施的在改形方向上的长行程和在反方向上的短回程的运动(“递归轴向成形”)。
11、根据独立权利要求1、9、15和16所述的设备和方法的特别实施型式由从属权利要求2至8和10至14得出。
12、从属权利要求2至8的措施可以以相应的方式也在根据本发明的具有多个改形设备且用于执行多阶段式改形方法的组件的情况下设置。
13、根据权利要求2，在本发明的优选构型中，内齿部制造为在空心体壁上的内部型廓。
14、根据本发明，在制造空心体壁的内部型廓时，空心体横截面的尺寸可以保持不变，该空心体横截面垂直于空心体轴线延伸。
15、在这种情况下，根据权利要求1，在根据本发明的设备上，使用型廓化的改形模具，该改形模具具有模具型廓，该模具型廓的齿根线在到初始状态中的空心体壁的端侧上的垂直投影中位于该空心体壁之外或者与该空心体壁的外侧重合。模具型廓的齿顶线在到在初始状态中的空心体壁的端侧上的垂直投影中位于如下区域中：该区段可以从空心体壁的内部延伸直到空心体的空腔的内部中。
16、在具有带造型齿部的圆形模具开口的改形模具用于改形柱形空心体的应用的情况下，与此相应地，模具齿部的设置为齿根线的齿根圆具有齿根圆直径，所述齿根圆直径大于或者等于在初始状态中的待改形的空心体的外直径。模具齿部的齿顶圆的直径小于在初始状态中的柱形空心体的外直径。
17、相应地，显示出根据本发明的多阶段式组件的结构类型的关系，在该多阶段式组件的情况下，借助第一改形模具由在初始状态中的空心体制造具有不改变的横截面尺寸的预成型件和/或借助第二改形模具由预成型件制造具有不改变的横截面尺寸的后续成型件。
18、在本发明的优选构型中，根据本发明的设备和根据本发明的组件以及根据本发明的方法这样实现，使得空心体壁的内部型廓或预成型件壁和/或后续成型件壁的制造伴随着空心体横截面或预成型件横截面的减小(权利要求3、14)。
19、在本发明的意义上，横截面减小应理解为：
20、·在空心体壁或预成型件壁的厚度不改变的情况下，仅减小待改形的空心体或待改形的预成型件的空腔横截面(在柱形管的情况下仅减小管的内直径)，或者
21、·在空心体或预成型件的空腔横截面不改变的情况下，仅减小空心体壁或预成型件壁的厚度，或者
22、·不仅减小待改形的空心体或该改形的预成型件的空腔横截面，还减小空心体壁或预成型件壁的厚度。
23、为了通过减小空心体壁的厚度来减小空心体的横截面，设计根据本发明的设备或根据本发明的组件的一种结构类型，在该结构类型的情况下，在初始状态中芯轴和空心体壁的共同的横截面大于模具开口的开口横截面，或者说在该结构类型的情况下，在初始状态中第一芯轴和空心体壁的共同的横截面大于第一模具开口的开口横截面，和/或在该结构类型的情况下，在初始状态中第二芯轴和预成型件壁的共同的横截面大于第二模具开口的开口横截面。
24、根据权利要求4，在本发明的另一构型中，为空心体设置位置固定的轴向支座，该空心体在通过改形模具加载时在轴向模具运动的方向上支撑在该轴向支座上。
25、根据权利要求5所述的设备和借助该设备执行的改形方法设置用于如下应用情况：在所述应用情况中，存在由于模具运动在待改形的空心体上出现镦粗现象(stauchungserscheinung)的危险。
26、为了避免对空心体的镦粗，改形驱动器除了模具驱动器之外具有芯轴驱动器。借助芯轴驱动器，使布置在空心体的外侧上的改形模具以轴向模具运动主动地沿着空心体轴线运动。由于改形模具相对于空心体的主动运动，由改形模具加载的空心体壁通过改形模具在轴向模具运动的方向上被主动地施加压力。同时，由于与轴向模具运动反向的轴向芯轴运动，空心体壁在轴向芯轴运动的方向上受到拉力。
27、借助根据本发明的改形驱动器的驱动控制装置，主动的轴向芯轴运动和布置在空心体的外侧上的改形模具的主动的轴向模具运动相互叠加。由于所提到的两个运动的叠加，在空心体壁中由于改形模具的加载而在壁横截面上构建的压应力至少部分地通过在空心体壁中的由于主动的轴向芯轴运动引起的拉应力来补偿。
28、在通过改形模具引起的空心体的压应力和通过芯轴引起的空心体的拉应力的相应的、例如经验性的尺寸确定(bemessung)以及相互协调的情况下，即使没有空心体的附加的加强件，也至少在很大程度上避免：在加载空心体壁的改形模具的在轴向模具运动的方向上的侧上以不期望的方式镦粗空心体壁。同时，由于主动的模具运动和主动的芯轴运动的叠加，能够实现高的改形速度。
29、一般来说，不仅轴向芯轴运动、而且轴向模具运动可以受位置调节并且受力调节。
30、根据本发明的设备和根据本发明的方法的改形速度很大程度上与待改形的空心体的材料强度无关。在高强度材料的情况下，虽然需要相对高的改形力，但同时由高强度材料制成的空心体的镦粗倾向性是相对低的。反过来，虽然由低强度材料制成的管状空心体相对强地倾向于被镦粗，但这种类型的空心体的横截面减小借助相对小的改形力就已经能够实现。
31、根据权利要求6，在本发明的情况下，借助改形驱动器的驱动控制装置，根据空心体在初始状态中的横截面与空心体在改形过程之后的横截面的比例，调设布置在空心体的外侧上的改形模具的轴向芯轴运动的速度与轴向模具运动的速度的比例。尤其是在横截面减小的情况下，布置在空心体的外侧上的改形模具的轴向模具运动的速度的量值可以大于、但是也可以小于轴向芯轴运动的速度的量值。在本发明的试验应用的框架内，高质量的加工结果能够在30mm/s至60mm/s的模具速度和21mm/s至43mm/s的芯轴速度的情况下实现。
32、根据权利要求7，在本发明的另一构型中，在改形过程期间轴向芯轴运动的量值与轴向模具运动的量值的比例和在改形过程期间轴向芯轴运动的速度与轴向模具运动的速度的比例成倒数。由此确保，尽管芯轴和改形模具的速度不同，但在达到改形长度时同时结束为了使空心体改形而在改形长度上所实施的主动的芯轴运动和主动的改形模具运动。
33、权利要求8在本发明的另一有利构型中设置，改形模具能够借助模具驱动器以定位运动从远离待改形的空心体的位置运动到如下位置中：在该位置中，改形模具布置在空心体的外侧上，并且借助设备驱动器的驱动控制装置这样控制芯轴驱动器和模具驱动器，使得在改形模具由于改形模具的定位运动加载空心体壁之前，芯轴驱动器启动轴向芯轴运动。在改形模具与待改形的空心体第一次接触时，芯轴和由该芯轴沿着空心体轴线驱动的且在改形过程期间受到拉力的空心体因此已经处于运动中。优选地，改形模具的定位运动在轴向模具运动的方向上实施。
34、为了执行多阶段式改形方法，可以使用如下改形设备：所述改形设备的芯轴的芯轴型廓中间空间具有不同大小的中间空间横截面。借助第二芯轴，由预成型件的内部型廓优选产生具有目标几何形状的内部型廓。在此，通过第二改形模具给预成型件的内部型廓的在第一改形模具的芯轴型廓中间空间中产生的型廓凸出部供应壁材料。与此相应地，第一芯轴的第一芯轴型廓中间空间需要接收的壁材料比第二芯轴的第二芯轴型廓中间空间需要接收的壁材料少。如果同时第一芯轴型廓中间空间的横截面的尺寸确定得比第二芯轴型廓中间空间的横截面大，则第一芯轴型廓中间空间相对于预成型件的在第一芯轴型廓上产生的内部型廓具有余量，由于所述余量，在完成第一方法阶段之后，可以借助相对小的力耗费使第一芯轴和预成型件彼此分开。
35、在本发明的优选构型中，第一芯轴的第一造型芯轴型廓和第二芯轴的第二造型芯轴型廓在其几何形状方面相互一致(权利要求10)。通过这种方式可以特别确保，借助第二芯轴实施的改形过程导致对借助第一芯轴产生的内部型廓的优化。借助第一芯轴产生的内部型廓的几何形状在第二改形设备上借助第二改形模具和与该第二改形模具共同作用的第二芯轴与通过相同的芯轴型廓预给定的目标几何形状相一致或者至少进一步接近该目标几何形状。
36、如果在第二方法阶段中使用与在第一方法阶段中相同的芯轴，则能够实现特别高质量的加工结果(权利要求11)。在这种情况下，芯轴可以在结束第一方法阶段之后留在随后存在的预成型件的内部。因此，通过第二改形设备对预成型件的加工不必假设在预成型件上进行可能损坏加工质量的芯轴更换。
37、根据权利要求12，在本发明的扩展方案中，多阶段式改形组件的第一改形模具具有模具开口，该模具开口具有光滑的壁。与此相应地，仅在根据本发明的改形方法的第二方法步骤中，以根据本发明优化的方式用空心体壁的塑化材料填充芯轴型廓中间空间。
38、与此不同地，在根据权利要求13的发明结构类型的情况下，也已经在多阶段式组件的第一改形设备上为以优化的方式用空心体壁的塑化材料填充芯轴型廓中间空间做出预防措施。
1.用于改形管状空心体(1)的设备，所述空心体具有由能够塑性变形的材料制成的空心体壁(2)和在所述空心体(1)的纵向方向上延伸的空心体轴线(3)，所述设备：
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，
3.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述模具开口(11)具有开口横截面，所述开口横截面小于在初始状态中的垂直于所述空心体轴线(3)延伸的空心体横截面(4)，并且由于所述轴向模具运动和与此相关的对所述空心体壁(2)的材料的流变极限的超过，所述空心体(1)的横截面(4)被减小。
4.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，为所述空心体(1)设置轴向支座(23)，所述空心体(1)在所述轴向模具运动的方向上支撑在所述轴向支座上，并且所述轴向支座在由所述改形模具(9)相对于所述空心体(1)实施沿着所述空心体轴线(3)的轴向模具运动时是位置固定的。
5.根据上述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，借助所述驱动控制装置(22、22a)能够控制所述模具驱动器(19、19a)和所述芯轴驱动器(21、21a)，使得所述轴向芯轴运动的速度与所述轴向模具运动的速度的比例和所述空心体(1)在所述初始状态中的横截面与所述空心体(1)在所述改形过程之后的横截面的比例有关。
7.根据权利要求5或者权利要求6所述的设备，其特征在于，所述轴向芯轴运动的量值与所述轴向模具运动的量值的比例和所述轴向芯轴运动的速度与所述轴向模具运动的速度的比例成倒数。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的设备，其特征在于，
9.用于改形管状空心体(1)的组件，所述空心体具有由能够塑性变形的材料制成的空心体壁(2)和在所述空心体(1)的纵向方向上延伸的空心体轴线(3)，
10.根据权利要求9所述的组件，其特征在于，所述第一芯轴(27)的所述第一造型芯轴型廓(29)和所述第二芯轴(41)的所述第二造型芯轴型廓(46)在其几何形状方面相互一致。
11.根据权利要求10所述的组件，其特征在于，所述第一芯轴(27)设置为第二芯轴(41)。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的组件，其特征在于，所述第一改形模具(26)的所述第一模具开口(28)具有光滑的开口壁。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的组件，其特征在于，所述第一改形模具(26)在所述第一模具开口(28)上设有第一造型模具型廓，所述第一造型模具型廓具有第一模具型廓凸出部和第一模具型廓中间空间，所述第一模具型廓中间空间构造在所述第一模具型廓凸出部之间，其中，在第一改形模具(26)以所述轴向模具运动移动的情况下，
14.根据权利要求9至13中任一项所述的组件，其特征在于，
15.用于改形管状空心体(1)的方法，所述空心体具有由能够塑性变形的材料制成的空心体壁(2)和在所述空心体(1)的纵向方向上延伸的空心体轴线(3)，
16.用于改形管状空心体(1)的方法，所述空心体具有由能够塑性变形的材料制成的空心体壁(2)和在所述空心体(1)的纵向方向上延伸的空心体轴线(3)，
