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EFB-Forschungsbericht Nr. 213

Innenhochdruckabschneiden (IHS) von Rohren

EFB213.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Martin Molitor, Prof. (H) Dr.-Ing. Andreas Eichhorn, Dipl.-Ing. Dirk Bietke, Institut für Fertigungstechnik und Qualitätssicherung der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

124 Seiten (sw 79, teils farbige Abb., 16 Tab. )

ISBN: 978-3-86776-169-7

Preis (Digital) EUR 61,00

Preis (Print) EUR 68,50

Zusammenfassung

Das Forschungsvorhaben „Innenhochdruckabschneiden von Rohren“ behandelt das Trennen von Rohren durch die Wirkung von Innenhochdruck entlang einer geschlossenen Schnittlinie nach dem Prinzip „Schneiden mit Schneidnut“. Gegenstand der Untersuchungen sind dabei die folgenden Verfahrensvarianten:

  • Innenhochdruckabschneiden von unverformten Rohren als Einfachschneiden
  • Innenhochdruckabschneiden von unverformten Rohren als Doppelschneiden
  • T-Stück-Schneiden als Verfahrenskombination vom Innenhochdruckumformen und Innenhochdruckabschneiden.

Im Stand der Technik werden zunächst die Grundlagen zum mechanischen Scherschneiden behandelt, ergänzend dazu wird das Keilschneiden mit Elastomer beschrieben. Das Innenhochdrucktrennen wird in den Verfahren Innenhochdrucklochen und Innenhochdruckabschneiden dargestellt, wobei der Schwerpunkt aufgrund des Kenntnisstandes eindeutig beim Innenhochdrucklochen liegt. Für das Einfachschneiden von unverformten Rohren werden zunächst grundlegende Untersuchungsergebnisse zur Werkzeuggestaltung, vor allem hinsichtlich der Machbarkeit des Trennvorganges dargestellt.

Auf dieser Basis werden für Rohre aus Bau- und Edelstählen sowie Aluminiumlegierungen in den Wanddicken von 1 bis 3 mm umfangreiche Untersuchungen zum Schneidvorgang und zur Schnittkantenqualität ausführlich beschrieben und deren Ergebnisse diskutiert. Darüber hinaus wird eine Berechnungsvorschrift zur Bestimmung des Schneidinnendruckes herausgearbeitet. Für das Doppelschneiden wird die Machbarkeit nachgewiesen, einschließlich der dafür notwendigen Werkzeugauslegung. Die Auswahl an Rohrwerkstoffen entspricht der des Einfachschneidens. Zum T-Stück-Schneiden wird die technologische Realisierung in Abhängigkeit vom Rohrmaterial, der Stützstempelgeometrie sowie verschiedener Prozessparameter systematisch untersucht und in Form von Prozessfenstern dargestellt.

Außerdem wird in Wechselwirkung mit den Prozessparametern die Schnittkantenqualität der Endteile beschrieben. Mit den dargestellten Ergebnissen der systematischen Untersuchungen zum Innenhochdruck-abschneiden unverformter Rohre und in Verfahrenskombination mit dem Innenhochdruck- umformen wird eine Basis für die Anwendung dieser effektiven Fertigungsalternative in der industriellen Praxis geschaffen.

Das Forschungsvorhaben „Innenhochdruckabschneiden (IHS) von Rohren“ wurde unter der Fördernummer AiF 13016BR von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 213 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Abstract

The present final report to the research project "Internal high pressure cutting of tubes" treats separating of tubes by the effect from inside high pressure along a closed line of cut after the principle "Cutting with cutting groove". Subject of the investigations are thereby the following process variants:

  • - Internal high pressure cutting of undeformed tubes as single cutting,
  • - Internal high pressure cutting of undeformed tubes as double cutting,
  • - T-piece-cutting as a combination of the processes internal high pressure forming

and the internal high pressure cutting.

In the state of the technology the bases are treated first to the mechanical shear cutting in addition the wedge cutting with Elastomer is described. The internal high pressure separation is represented in the processes of internal high pressure piercing and internal high pressure cutting whereby the main point lies on the internal high pressure piercing.
For the single cutting of undeformed tubes fundamental test results are represented for tool organization, particularly regarding the feasibility of the separation process.

Based on this extensive examinations and its results to the cutting process and to the cut edge quality for tubes made of structural steels and high-grade steels as well as aluminium alloys in the wall-thickness of 1 to 3 mm are described and discussed in detail. In addition, a calculation rule for determination of the internal pressure for cutting is worked out.

For the double cutting of undeformed tubes the feasibility including the necessary tools organization is proved. The choise of tube materials corresponds to that of the single cutting of undeformed tubes.

For the T-piece-cutting the technological realization as a function of tube material, the geometry of the support punch as well as different process parameters is examined systematically and is represented in the form of process windows. Moreover the cut edge quality of the final parts in interaction with the process parameters is described.

With the represented results of the systematic examinations to the internal high pressure cutting of undeformed tubes and in procedure combination with the internal high pressure forming, a basis for the application of this effective manufacturing alternative in the industrial practice is created.
The aim of the research project was reached.

Inhalt

Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen und Einheiten
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Vorbemerkungen
2.2 Einordnung des Innenhochdruckabschneidens als Fertigungsverfahren
2.3 Grundlagen zum Innenhochdruckschneiden
2.4 Innenhochdrucklochen
2.5 Innenhochdruckabschneiden
2.6 Zusammenfassung zum Stand der Technik
3 Zielstellung
4 Untersuchungsprogramm
4.1 Versuchsplan
4.2 Fertigungsmittel
4.3 Messgrößen, Messverfahren
4.4 Schmierstoff
4.5 FEM-Simulation
5 Untersuchungsergebnisse
5.1 Einordnung des Innenhochdruckabschneidens
5.2 Ermittlung der Ausgangsteileigenschaften
5.2.1 Mechanische Kennwerte, Fließkurven
5.2.2 Härte
5.2.3 Wanddicke
5.3 Einfachschneiden an unverformten Rohren
5.3.1 Verfahrensprinzip
5.3.2 Grundlegende Untersuchungen zur Werkzeuggestaltung
5.3.3 Schneidvorgang
5.3.3.1 Innendruckwirkung und Spannungszustand
5.3.3.2 Schneidinnendrücke, Berechnung von Schneidinnendrücken
5.3.3.3 Prozessfenster, Arbeitsbereich
5.3.4 Eigenschaften der Schnittkanten
5.3.4.1 Schnittkantengeometrie
5.3.4.2 Schnittgrat
5.3.4.3 Schnittfläche
5.3.5 Einfachschneiden mit Elastomerabstützung
5.3.6 Einfachschneiden von geschweißten Rohren
5.3.7 Zusammenfassung und Anwenderrichtlinie zum Einfachschneiden
5.4 Doppelschneiden von unverformten Rohren
5.4.1 Verfahrensprinzip
5.4.2 Grundlegende Untersuchungen zur Werkzeuggestaltung
5.4.3 Schneidvorgang
5.4.4 Doppelschneiden unter axialen Nachschiebekräften
5.4.5 Zusammenfassung und Anwenderrichtlinie zum Doppelschneiden
5.5 Verfahrenskombination Innenhochdruckumformen und Innenhochdruckabschneiden
– „T-Stück-Schneiden“
5.5.1 Verfahrensprinzip
5.5.2 Werkzeugauslegung und Prozessstrategien
5.5.3 Umform- und Schneidvorgang
5.5.3.1 Prozessführung
5.5.3.2 Inhomogenität der Schneidbedingungen
5.5.3.3 Prozessfenster und Arbeitsbereich
5.5.4 FEM-Simulation
5.5.5 Schnittkantenqualität
5.5.6 Zusammenfassung und Anwenderrichtlinie zum T-Stück-Schneiden
6 Datenblätter für ausgewählte Werkstücke
6.1 Verfahrensparameter für das Einfachschneiden (Beispiele)
6.2 Verfahrensparameter für das Doppelschneiden (Beispiele)
6.3 Verfahrensparameter für das T-Stück-Schneiden (Beispiele)
7 Zusammenfassung
8 Literaturverzeichnis
Verzeichnis der verwendeten Normen
9 Anhang: Stützstempelgeometrien beim T-Stück-Schneiden