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Hersteller aus den Bereichen Automobil, medizinische Geräte, Küchenhardware und Möbel kennen die Herausforderungen des Biegeprozesses für Edelstahlrohre. Bei der Biegung verformen sich Edelstahlrohre häufig, was zu einem Fehler namens Innenseitenfalten („inner wall wrinkling“) am Innendurchmesser des Rohrs führt – dies kann sowohl die Struktur als auch das Erscheinungsbild der fertigen Teile beeinträchtigen. Hier bei Baorui glauben wir nach 20 Jahren Erfahrung mit Rohrverarbeitungstechnologie fest daran, dass ein korrektes Dorn-Design eine effektive Lösung bietet. Das Verständnis, wie sich jeweils einzelne Dornparameter auf die Umformqualität auswirken, ist entscheidend für einen erfolgreichen Biegeprozess.
Verständnis dafür, warum Faltenbildung beim Biegen von Edelstahlrohren auftritt
Faltenbildung in Edelstahlrohren resultiert aus dem grundlegenden Prinzip des Rohrbiegens. Die Außenwand erfährt Zugkräfte und dehnt sich nach außen, während die Innenwand Druckkräfte erfährt und sich nach innen zusammenpresst. Fehlt eine innere Stützung auf der Innenseite, können die Wände unter Druck zusammenbrechen und Falten bilden. Da Edelstahllegierungen sich unter mechanischer Belastung verfestigen (Work-Hardening) und eine höhere Festigkeit aufweisen, ist für eine Biegung eine größere Biegekraft erforderlich und es ist eine innere Stützung notwendig. Beispielsweise können sowohl Edelstahl 304 als auch Edelstahl 316 zu Faltenbildung an der Innenwand führen, wenn kein oder ein unzureichendes Stützwerkzeug im Rohrinneren eingesetzt wird. Ein höherer Wandfaktor weist auf eine größere Wahrscheinlichkeit von Faltenbildung hin. Der Wandfaktor ergibt sich aus dem Verhältnis des Außendurchmessers (OD) des Rohrs zur Wandstärke des Rohrs. Liegt der Wandfaktor bei 20 oder darüber, sollte man sich ernsthaft um Faltenbildung sorgen.
Die entscheidende Rolle des Mandrel-Durchmessers und der Passgenauigkeit
Der Durchmesser des Dornes spielt eine entscheidende Rolle bei der Vermeidung von Faltenbildung an der Innenseite der Rohrwand. Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Erhöhung des Dorn-Durchmessers zu einer stärkeren Reduzierung der Rundlaufabweichung und einer geringeren Abflachung der Rohrwand auf der Druckseite führt. Die Passung des Dornes muss so eng wie möglich erfolgen, ohne dass es zu Kaltverformung (Galling) oder einer Überbeanspruchung der Rohrwand kommt. Üblicherweise liegt die Passung des Dornes innerhalb von 2 % bis 5 % des Innendurchmessers (ID). Bei Edelstahlrohren wird die Passung enger gewählt, um eine ausreichende Stützwirkung zu gewährleisten und eine bessere sowie engere Rundlaufgenauigkeit während des Biegeprozesses sicherzustellen. Ein zu eng sitzender Dorn kann jedoch Probleme wie Kratzerbildung, Kaltverformung (Galling) und Schwierigkeiten beim Herausziehen nach dem Biegevorgang verursachen.
Dornverlängerung und -positionierung zur Faltenvermeidung
Die Positionierung des Dornes relativ zur Tangente der Biegung spielt eine entscheidende Rolle bei der Vermeidung von Faltenbildung. Der Dorn muss ausreichend weit nach vorne geführt werden, um die Rohrwand genau am Biegepunkt zu stützen. Untersuchungsergebnisse zeigten, dass die Position in den meisten Fällen 0,5–1,5 mm jenseits des Tangentialpunkts liegen sollte. Der Dorn darf nicht zu weit nach vorne positioniert werden, da dies zu einer Wanddickenschwächung führen kann. Bei Rohren mit geringem Wanddicke-Verhältnis kann man zur Bestimmung der Dornposition eine einfache geometrische Formel verwenden, obwohl eine erste visuelle Prüfung stets erforderlich ist.
Kugeldorn-Konfiguration für komplexe Edelstahl-Rohrbiegungen
In Fällen, in denen das Edelstahlrohr einen hohen Wanddicke-zu-Durchmesser-Quotienten aufweist und/oder die Biegeradien zu klein sind, können Kugelmandrels eingesetzt werden, um bessere Ergebnisse im Vergleich zu einfachen Stopfen zu erzielen. Kugelmandrels bestehen aus mehreren kugelförmigen Segmenten, die durch flexible Verbindungsachsen end-zu-end miteinander verbunden sind. Diese segmentierten Werkzeuge bewegen sich synchron während des Rohrbiegens und passen sich dem Bogen an, wodurch sie entlang der gesamten Länge des Biegeprozesses eine gleichmäßige Stützung bieten. Eine größere Anzahl von Kugeln sowie deren geeignete Anordnung und Dimensionierung im Kugelmandrel verbessern die Umformqualität und minimieren die Wahrscheinlichkeit der Faltenbildung. Untersuchungen haben gezeigt, dass der Mandreltyp sowie die Anordnung der Segmente die Instabilität bei Faltenbildung und das Einbrechen des Rohrs durch Begrenzung des transversalen Materialflusses zur inneren Oberfläche kontrollieren können. Unsere CNC-hydraulischen Rohrbiegemaschinen sind mit entsprechenden Kugelmandrels für Edelstahlanwendungen ausgestattet.