Walzen statt drehen

Science

Innenkonturen werden häufig gedreht. Das funktioniert gut, wenn sich die Konturen nahe an den Rohrenden befinden und die Rohrwände nicht allzu dünn sind. Innendrückwalzen ist ein neues Umformverfahren, bei dem (dank einer entsprechend geformten Matritze) Rohre innen und außen zugleich konturiert werden können.

21. März 2017
Der Walzspalt kann durch axiale Zustellung eines starren Walzwerkzeugs in den konischen Matrizenbereich verstellt werden. Bildquelle: LUF Paderborn
Bild 1: Walzen statt drehen (Der Walzspalt kann durch axiale Zustellung eines starren Walzwerkzeugs in den konischen Matrizenbereich verstellt werden. Bildquelle: LUF Paderborn)

Innendrückwalzen (IDW) ist ein innovativer Fertigungsprozess zur Wanddickenkonturierung handelsüblicher Stahlrohre durch eine innenseitige Walzbearbeitung in Längsrichtung des Rohres, wobei die Wanddickenkontur nur an der Rohrinnenseite abgebildet wird.

Die Konturierung wird durch ein im Rohr angeordnetes Walzwerkzeug und eine außenliegende Matrize erzeugt. Die Wanddicke wird durch die Walzspalteinstellung zwischen den Wälzkörpern und der Matrize bestimmt. Dieser Walzspalt lässt sich durch eine axiale Zustellung des Werkzeugs bestimmen, wofür es zwei unterschiedliche Werkzeugkonzepte gibt: Zum einen kann der Walzspalt durch axiale Zustellung eines starren Walzwerkzeugs in den konischen Matrizenbereich verstellt werden (IDW mit Rohreinzug), zum anderen durch ein Werkzeug mit radial zustellbarem Walzkreisdurchmesser in einer Matrize mit konstantem Durchgang (IDW ohne Rohreinzug).

Durch die lokal frei wählbare, prozessgesteuerte Wanddickenkonturierung ist es möglich, auch kleinste Serien wirtschaftlich zu fertigen. Im Hinblick auf lokal belastungsoptimierte Rohre können die gewalzten Bereiche zudem hinsichtlich der Oberflächengüte und der mechanischen Werkstoffeigenschaften (zum Beispiel höhere Festigkeiten) verbessert werden. Zusätzlich wird überdies die Rundheit der umgeformten Rohre verbessert.

Musterteil mit 20 Prozent weniger Masse

Im Projekt konnten unterschiedliche Stahlrohre aus verschiedenen Werkstoffen, von weichen Stahlgüten bis zum hochlegierten Stahl, erfolgreich durch IDW in der Wanddicke konturiert werden.

Je nach Werkstoff konnten Wandstäkenreduktionen bis über 80 Prozent realisiert werden. Als Nachweis der Anwendbarkeit des IDW im industriellen Kontext wurden Demonstratoren hergestellt. Für ein durch Hydroformen herzustellendes T-Stück aus hochtemperaturfestem Edelstahl (X9CrNiSiNCe21-11-2 (1.4835)) wurde ein material- und gewichtoptimiertes Rohrhalbzeug durch IDW produziert, indem die Bereiche außerhalb der Hauptumformzone in der Wanddicke reduziert wurden.

Durch die optimierte Wanddickenkontur des Halbzeugrohres konnten der Materialeinsatz und damit auch das Gewicht um 20 Prozent im Vergleich zum Serienbauteil reduziert werden.

Das IGF-Vorhaben IGF-Nr. 17753 N der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie auf Beschluss des Deutschen Bundestages gefördert.

Erschienen in Ausgabe: 02/2017