Analyse unterschiedlicher Herstellungsverfahren längsnahtgeschweißter Rohre mit Optimierung für das Innenhochdruck-Umformen

Beim Innenhochdruck-Umformen (IHU) werden vorzugsweise geschlossene Profile eingesetzt, die entweder direkt oder nach zum Teil sehr komplexen Biegeoperationen durch Innendruck umgeformt werden. Dabei können verfahrenstechnisch entweder nahtlose, gezogene oder geschweißte Rohre eingesetzt werden. Wegen der deutlich niedrigeren Fertigungskosten kommen überwiegend längsnahtgeschweißte, durch Walzprofilieren hergestellte Rohre zum Einsatz.

Je nach Anforderungen an Umformvermögen und geometrische Maßgenauigkeit geschweißter Rohre, werden die Rohre direkt als sog. maschinenfertige Rohre verarbeitet oder vor der eigentlichen Weiterverarbeitung entweder geglüht, gezogen und geglüht oder nur gezogen. Um durch die höhere Maßgenauigkeit eine höhere Prozessstabilität in der Produktion zu erreichen, werden gegenwärtig für anspruchsvolle Bauteile vorwiegend gezogene Rohre nach DIN 2393 verarbeitet. Die hohen Kosten der Ziehoperation machen diese IHU-Rohre zu einem teuren Zukaufteil.

Verbesserte Einform- und Herstellmethoden von Rohren mit einer höheren Grundmaßgenauigkeit und einem höheren Formänderungs-vermögen bringen der IHU-Technologie einen deutlichen Wettbewerbsvorteil, wenn es gelingt, maschinenfertige Rohre nach DIN 2394 herzustellen, die Eigenschaften ähnlich DIN 2393 aufweisen.

Zur Herstellung von Rohren existieren zahlreiche unterschiedliche Einformverfahren, um ein ebenes Blechband stufenweise zu einem Rohr umzuformen. Bei der Auslegung eines Einformverfahrens werden auf dem Markt übliche Auslegungshilfen eingesetzt. Unbekannt und bislang wissenschaftlich kaum erforscht ist jedoch die mit jedem Einformverfahren verbundene Formänderung und Kaltverfestigung im Bauteil. Weiterhin ist über den Einfluss unterschiedlich hergestellter Schweißnähte auf die mechanischen und technologischen Eigenschaften der Rohre beim Umformen wenig bekannt.

Unter Verwendung von vier Einformgeometrien wurden Simulationsmodelle zur Abbildung vier realer Rohreinformprozesse aufgebaut. Mit diesen können die Veränderungen der Halbzeugeigenschaften während der Rohrherstellung im Hinblick auf die Auswirkungen auf nachfolgende IHU-Prozesse untersucht werden. Folgende Forschungsinhalte wurden im Rahmen des Projektes untersucht und durchgeführt:

Aufbau von FE-Simulationsmodellen zur Abbildung von Walzprofilier- und Rohrschweißprozessen einschließlich des Schabens der Schweißwülste
Untersuchung der Auswirkung einzelner Rohreinformgeometrien auf die resultierenden Rohreigenschaften auf Basis der FEM
Einbindung des HF-Schweißens in die Gesamtsimulation der Rohrherstellung
Optimierung einer Rohreinformsimulation
Experimentelle Untersuchungen:
o Rohreinformversuche unter Verwendung der zuvor simulierten Einformgeometrien
o Berstversuche zur Identifikation der mechanischen Rohreigenschaften beim IHU
o Wanddickenmessungen am Coil und am Rohr
o Härtemessungen am eingeformten Rohr
Zusammenfassen der Ergebnisse und Ableiten von Empfehlungen zur Einformung maschinenfertiger Rohre für das IHU mit verbesserten Eigenschaften