Untersuchungen zu den Verfahrens- und Werkzeugkenngrößen beim Aushalsen von Rohren
Cornelius Hentrich, Winfried Petzold
Im Rahmen der Untersuchungen zu den Verfahrens- und Werkzeugkenngrößen wurde eine Ausschneid- und Aushalsanlage eingesetzt, bei der der eigentliche Aushalsvorgang mit starren Werkzeugen von innen aus dem Rohr heraus erfolgt.
Für bestimmte Rohrabmessungen wurden die wichtigsten Einflußgrößen untersucht, die eine Prozeßoptimierung erwarten lassen.
Die Analyse des Umformvorganges und der bisher bekannten Berechnungs- und Bestimmungsparameter zum Rohraushalsen ergab, daß die heute verfügbare Technik eine Vereinfachung der technologischen Fertigungsvorbereitung möglich macht. Dazu wurde eine neue Vorlochgeometrie entwickelt, die neben besseren Ergebnissen bei der Ebenheit des Aushalsungsrandes auch die Möglichkeit der mathematischen Erfaßbarkeit bietet. ln geringem Maße sind auch größere Aushalsungshöhen bei entsprechend kleineren Vorlochabmessungen zu erreichen. Das Prinzip dieser neuen Vorlochgeometrie besteht darin, daß eine rein mathematisch berechnete Ellipse durch einen Faktor aufgeweitet wird und somit sich größere Radien in den Bereichen der Schnittpunkte der Kontur mit der Hauptachse a ergeben.
Von den untersuchten Verfahrensparametern ‚Reibungsbedingungen‘ und ‚Prozeßführung‘ kommt für eine Erhöhung der Aushalsungshöhe, den Reibungsbedingungen eine größere Wirksamkeit zu. Positiv hat sich die partielle Schmierung des Werkzeuges bemerkbar gemacht, bei der nur die nicht rißgefährdeten Sektoren mit Schmierstoff beauflagt wurden. Für Aushalsungen in Rohren der Aluminiumlegierung AIMg 4 Mn hat sich diese Vorgehensweise als besonders geeignet erwiesen.
Die Veränderung der Prozeßführung ermöglicht durch eine schrittweise Unterbrechung des Aushalsprozesses ein Nachsetzen des Werkzeuges. Ein Effekt zeigte sich besonders bei den untersuchten Stahlrohren, mündete aber nur in einer geringfügigen Verbesserung der Aushalshöhe.
Analysen der Kontaktzonenausbreitung zwischen Aushalswerkzeug und Rohrwandung ergeben für die Umformung der rißgefährdeten Bereiche eine ungünstige Formänderungsgeschichte. die durch eine entsprechende Veränderung der Werkzeuggestalt beeinflußt werden kann. Dazu wurden zwei verschiedene sphärische Werkzeugformen entwickelt, die jeweils nach unterschiedlichen Prinzipien die Kontaktzonenausbreitung beeinflussen. Seide Werkzeuge bewirken in den rißgefährdeten Bereichen größere Formänderungen in radialer und tangentialer Richtung sowie größere Wanddickenreduktionen aufgrund erhöhter Druckspannungen, die durch das Werkzeug vom Vorlochrand her eingebracht werden.
Für die Realisierung eines ständigen Werkzeug – Werkstück – Kontaktes während der Umformung am Vorlochrand, wurde ein Rohraushalswerkzeug konstruiert, dessen oberer elliptischer Teil über eine kegelige Mantelfläche in den zylindrischen Teil übergeht. Bei der anderen sphärischen Werkzeugform wird ein vorzeitiges Umformen der rißgefährdeten Bereiche an der Rohroberkante bewirkt, so daß die dabei entstandene Verfestigung der Aushalsungswand einen weiteren Werkstofffluß erschwert und größere Formänderungen in den Bereichen quer zur Rohrlängsachsenrichtung auftreten.
Der Verlauf der Umformkraft beim Aushalsen von Rohren ist prinzipiell mit dem Ziehkraftverlauf beim Aushalsen in ebenen Blechen vergleichbar. Ein Unterschied besteht bei Verwendung von kegeligen Werkzeugen und Aushalsverhältnissen dA/dR < 1, wo der Kraftverlauf beim Rohraushalsen durch das zu Beginn der Umformung stattfindende Anlegen der gewölbten Rohrwandung an die Werkzeugkontur gekennzeichnet ist. Für die Größen Aushalskraft, Aushalshöhe, Vorlochabmessungen und Vorlochform wurden in Abhängigkeit von den untersuchten Einflußgrößen Berechnungsvorschriften ermittelt.
