Untersuchungen zum Umformen und Lochen mit Innenhochdruck von Rohren mit örtlich unterschiedlichen stofflichen und geometrischen Eigenschaften

Die vorliegende Arbeit setzt sich mit den Möglichkeiten des Umformens und Lochens mit lnnenhochdruck, insbesondere von Rohren mit über der Länge und dem Querschnitt unterschiedlichen stofflichen und geometrischen Eigenschaften (tailored tubes) auseinander. Es werden Ergebnisse bezüglich der Schwerpunkte Ausgangsteileigenschaften, Verfahrensgrundlagen, -parameter und -grenzen sowie Endteileigenschaften dargestellt.

Beim Innenhochdruckumformen von tailored tubes unterschiedlicher Wanddicke zeigten sich deutliche Grenzen des axialen Nachschiebens. Aufgrund der unterschiedlichen Steifigkeiten der Fügepartner kann Werkstoff aus Stabilitätsgründen nicht effektiv nachgeschoben werden. Aus diesem Grund sollte die Hauptumformzone, d.h. das auszuformende Nebenformelement innerhalb des verstärkten Rohrabschnittes liegen, wobei sich die Formänderungsgrenzen denen beim Innenhochdruckumformen durch Aufweiten nähern. Bei gleicher Wanddicke und unterschiedlichen Werkstoffen ist die Umformung weniger problematisch, da effektiv Werkstoff in die Umformzone nachgeschoben werden kann. Generell wird der für die Umformung notwendige Innendruck vom dickeren bzw. höherfesten Rohrabschnitt bestimmt, während die Umformgrenzen vom Rohrabschnitt mit der geringeren Wanddicke bzw.Festigkeit abhängen.

Das Innenhochdrucklochen ist in den Verfahrensvarianten Lochen mit Lochstempel und Lochen mit Lochring möglich, wobei aufgrund der Unterschiede in Lochvorgang und -ergebnis eine getrennte Bewertung notwendig ist. Beim Lochen mit Lochstempel ist die Ausbildung eines Einzuges nicht vermeidbar, allerdings kann dessen Größe durch die Höhe des Stützdruckes beeinflußt werden. Mit höherem Stützdrücken wachsen die Lochkräfte. Ein äquidistanter Lochstempel verbessert gegenüber einem Lochstempel mit ebener Stirnfläche die Lochergebnisse beträchtlich. Tailored Tubes mit gleicher Blechdicke lassen sich lassen sich gut lochen, bei tailored tubes mit unterschiedlichen Blechdicken und Querschweißnähten ist aufgrund des Dickensprunges ohne besondere Vorkehrungen kein erfolgreiches Lochen möglich. Mehrfachlochungen lassen sich bei dieser Variante durch ein druckbeaufschlagtes Zurückziehen des Stempels und Abdichten des Loches durch den Lochbutzen realisieren. Das Lochen mit Lochring ist mit geringen geometrischen Abweichungen verbunden. Es werden aber, im Vergleich zu den Stützdrücken beim Lochen mit Lochstempel, deutlich höhere Innendrücke für einen erfolgreichen Lochvorgang benötigt. ln vielen Fällen genügt zum Abstützen ein Stempel mit ebener Stirnfläche. Mit dieser Lochvariante lassen sich sowohl tailored tubes mit unterschiedlicher Blechdicke als auch mit unterschiedlicher Festigkeit relativ problemlos lochen. Als Variante für Mehrfachlochungen bietet sich das Lochen mit elastischem Kissen an.