Grundlagen der Rohrumformung: Klassifizierungen und Materialeinblicke

Im Vergleich zu massiven Stahlwerkstoffen wie Stahlrohren und Rundstahl ist es bei gleicher Biege- und Torsionsfestigkeit leichter, was es zu einem wirtschaftlichen Profilstahl macht. Darüber hinaus kann die Herstellung ringförmiger Teile mit Stahlrohren die Materialausnutzung verbessern, die Fertigungsprozesse vereinfachen und Material und Bearbeitungszeit einsparen, wie z. B. Wälzlagerringe, Presshülsen usw., die heute weitgehend mit Stahlrohren hergestellt werden.

Stahlrohre sind auch ein unverzichtbares Material für verschiedene konventionelle Waffen, wie Gewehr- und Kanonenrohre, die aus Stahlrohren hergestellt werden. Daher werden Rohrformteile zunehmend in einigen Komponenten der Rahmenstruktur von landwirtschaftlichen Maschinen, Baumaschinen, der Automobilindustrie und Produkten der nationalen Verteidigungsindustrie verwendet.

I. Klassifizierung von Rohrmaterialformteilen

Es gibt viele Arten von Rohrformstücken, und die üblichen Klassifizierungsmethoden sind wie folgt.

1. Klassifiziert nach der Produktionsmethode

(1) Nahtloses Rohr

Nahtlose Rohre sind lange Stahlrohre mit einem hohlen Querschnitt und ohne Nähte am Umfang. Stahlrohre haben einen hohlen Querschnitt und werden in großem Umfang als Rohrleitungen für den Transport von Flüssigkeiten verwendet, z. B. für den Transport von Öl, Erdgas, Gas, Wasser und bestimmten festen Materialien usw.

Je nach Bauart und Verwendungszweck werden in der Landtechnik in der Regel nahtlose Stahlrohre aus Baustahl (GB/T8162-2008), kaltgezogene oder kaltgewalzte nahtlose Präzisionsstahlrohre (GB3639-2009) und nahtlose Stahlrohre in Sonderform verwendet.

Nahtlose Stahlrohre werden für allgemeine Strukturen und mechanische Strukturen verwendet. Kaltgezogene oder kaltgewalzte nahtlose Präzisionsstahlrohre werden für mechanische Konstruktionen und Hydraulikanlagen mit hoher Maßgenauigkeit und guter Oberflächenglätte verwendet. Nahtlose Stahlrohre in Sonderform sind nahtlose Stahlrohre mit anderen Querschnittsformen als Rundrohren.

Je nach den verschiedenen Querschnittsgrößen der Stahlrohre können sie in nahtlose Spezialstahlrohre mit gleicher Wandstärke (Code D), nahtlose Spezialstahlrohre mit ungleicher Wandstärke (Code BD) und nahtlose Spezialstahlrohre mit variablem Durchmesser (Code BJ) unterteilt werden. Nahtlose Stahlrohre in Sonderform finden breite Anwendung in verschiedenen Bauteilen, Werkzeugen und mechanischen Teilen. Im Vergleich zu Rundrohren haben Sonderrohre in der Regel ein größeres Trägheitsmoment und ein größeres Widerstandsmoment, eine höhere Biege- und Torsionsfestigkeit, können das Gewicht der Konstruktion erheblich reduzieren und sparen Stahl.

(2) Geschweißtes Rohr

Geschweißtes Stahlrohr, auch geschweißtes Rohr genannt, ist ein Stahlrohr, das durch Schweißen hergestellt wird, nachdem das Stahlblech oder Stahlband gewalzt und geformt wurde. Das Herstellungsverfahren für geschweißte Stahlrohre ist einfach, die Produktionseffizienz ist hoch, es gibt viele Varianten und Spezifikationen, und die Investitionen in die Ausrüstung sind geringer, aber die Festigkeit ist im Allgemeinen geringer als die von nahtlosen Stahlrohren.

Seit den 1930er Jahren hat sich die Qualität der Schweißnähte mit der rasanten Entwicklung der kontinuierlichen Produktion von hochwertigen Bandstahlrohren und den Fortschritten in der Schweiß- und Prüftechnik kontinuierlich verbessert, die Vielfalt und die Spezifikationen geschweißter Stahlrohre haben zugenommen, und sie haben nahtlose Stahlrohre in immer mehr Bereichen ersetzt.

1) Je nach Verfahren kann es in lichtbogengeschweißte Rohre, widerstandsgeschweißte Rohre (Hochfrequenz, Niederfrequenz), gasgeschweißte Rohre und ofengeschweißte Rohre unterteilt werden.

2) Je nach Schweißnaht kann es in gerade geschweißte Rohre und spiralgeschweißte Rohre unterteilt werden.

Das Herstellungsverfahren für gerade geschweißte Rohre ist einfach, die Produktionseffizienz hoch, die Kosten niedrig und die Entwicklung schnell. Die Festigkeit von spiralgeschweißten Rohren ist im Allgemeinen höher als die von geradnahtgeschweißten Rohren, so dass geschweißte Rohre mit größerem Durchmesser mit schmaleren Knüppeln hergestellt werden können und auch geschweißte Rohre mit unterschiedlichen Durchmessern mit Knüppeln derselben Breite.

2. Klassifiziert nach der Form des Querschnitts

Im Vergleich zu Rohren mit gerader Naht und gleicher Länge erhöht sich jedoch die Schweißnahtlänge um 30% bis 100%, und die Produktionsgeschwindigkeit ist geringer. Daher werden geschweißte Rohre mit kleineren Durchmessern meist mit gerader Naht geschweißt, während für geschweißte Rohre mit großem Durchmesser meist das Spiralschweißen verwendet wird.

Stahlrohre lassen sich nach ihren unterschiedlichen Querschnittsformen in Stahlrohre mit einfachem Querschnitt und Stahlrohre mit komplexem Querschnitt unterteilen.

(1) Stahlrohr mit einfachem Querschnitt

Zu den Stahlrohren mit einfachem Querschnitt gehören runde Stahlrohre, quadratische Stahlrohre, elliptische Stahlrohre, dreieckige Stahlrohre, sechseckige Stahlrohre, rautenförmige Stahlrohre, achteckige Stahlrohre, halbrunde Stahlrohre und andere geformte Stahlrohre. Die Abbildungen 4-6 zeigen gängige Querschnittsformen von Rohren.

Da bei gleichem Umfang die kreisförmige Fläche am größten ist, kann mit runden Rohren mehr Flüssigkeit transportiert werden. Außerdem wird der kreisförmige Querschnitt bei innerem oder äußerem Radialdruck gleichmäßiger beansprucht, weshalb die überwiegende Mehrheit der Stahlrohre Rundrohre sind.

Allerdings haben kreisförmige Rohre auch gewisse Einschränkungen, z. B. sind kreisförmige Rohre unter der Bedingung einer ebenen Biegung nicht so biegesteif wie quadratische und rechteckige Rohre, die häufig für die Rahmen von Landmaschinen, Stahl-Holz-Möbeln usw. verwendet werden. Je nach Verwendungszweck werden auch andere Querschnittsformen von Spezialstahlrohren benötigt.

(2) Komplexes Profilstahlrohr

Zu den Stahlrohren mit komplexem Querschnitt gehören ungleiche sechseckige Stahlrohre, fünfblättrige pflaumenförmige Stahlrohre, doppelt konvexe Stahlrohre, doppelt konkave Stahlrohre, kegelförmige Stahlrohre, gewellte Stahlrohre, Schalenstahlrohre und andere geformte Stahlrohre.

3. Klassifiziert nach Wandstärke

Rohrmaterialien können je nach Wandstärke in dünnwandige und dickwandige Stahlrohre unterteilt werden. Bei Rohrformstücken für landwirtschaftliche Maschinen werden solche mit einer Dicke ≤2 mm als dünnwandige Formstücke und solche mit einer Dicke von 2~6 mm als dickwandige Formstücke bezeichnet.

4. Klassifiziert nach Verwendung

Rohre können je nach Verwendungszweck unterteilt werden in Rohre für Pipelines, Rohre für thermische Anlagen, Rohre für die Maschinenindustrie, Rohre für geologische Erdölbohrungen, Rohre für Behälter, Rohre für die chemische Industrie, Rohre für besondere Zwecke, usw.

5. Klassifiziert nach Material

Die Rohrmaterialien lassen sich je nach den verschiedenen Materialien der Fittings in Stahlgussfittings, Gusseisenfittings, Edelstahlfittings, Kunststofffittings, PVC-Fittings, Gummifittings, Graphitfittings usw. unterteilen.

II. Werkstofftechnische Anforderungen für Formteile

Sicherstellung der Umformqualität von Rohrformstücken, Biegeteile haben bestimmte Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften und die Maßhaltigkeit des Rohrmaterials. Verschiedene Geräte und verschiedene Teile stellen unterschiedliche Anforderungen an die Rohrmaterialien. Im Folgenden werden die technischen Anforderungen an Umformwerkstoffe anhand der tatsächlichen Situation beim Biegen von Rohren bei der China YTO Group Corporation (im Folgenden als YTO-Unternehmen bezeichnet) erläutert.

Die von der Firma YTO verwendete Biegeausrüstung ist eine CNC-Biegemaschine mit automatischer numerischer Steuerung. Damit die automatische numerisch gesteuerte Biegemaschine in der Lage ist, normal zu produzieren, die durch Faktoren wie Biegerückfederung verursachte Inkonsistenz der Rohrformstücke zu verringern und den Umfang der späteren Korrekturarbeiten zu reduzieren, wurden die vom Unternehmen verwendeten internen Beschaffungsstandards auf der Grundlage der nationalen Norm für kaltgeformten Baustahl festgelegt. Dies wird als Präzisionsrohrbeschaffung bezeichnet. Die spezifischen Anforderungen lauten wie folgt:

1) Die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften von Kohlenstoffbaustahl müssen mit den Bestimmungen von GB/T700-2006 übereinstimmen; die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften von niedrig legiertem Baustahl müssen mit GB/T1591-2008 übereinstimmen. Die wichtigsten mechanischen Eigenschaften der üblicherweise verwendeten Präzisionsrohrwerkstoffe sind in Tabelle 4-1 aufgeführt.

Tabelle 4-1 Mechanische Haupteigenschaften der gebräuchlichen Präzisionsrohrwerkstoffe

Anmerkung: Im Vergleich zu GB/T700-2006 und GB/T1591-2008 haben die mechanischen Eigenschaften von Präzisionsrohren die Spezifikation für die Obergrenze der Materialstreckgrenze erhöht.

2) Die zulässige Abweichung der Außenabmessungen von üblicherweise verwendeten kaltgeformten Hohlprofilen und die Schwankungsbreite der Außenabmessungen von Chargen sind in Tabelle 4-2 angegeben.

Tabelle 4-2 Zulässige Abweichung der Außenmaße und Schwankungsbreite der Losaußenmaße für üblicherweise verwendete kaltgeformte Hohlprofile

Anmerkung: Im Vergleich zu GB/T6728-2002 und GB/T6725-2008 wurden bei den Außenabmessungen von Präzisionsrohren die Maßgenauigkeit der zulässigen Abweichungen verbessert und die Toleranzanforderungen für Losgrößenschwankungen erhöht.

3) Die zulässige Abweichung für die Wanddickenabmessungen von Präzisionsrohren ist in Tabelle 4-3 angegeben.

Tabelle 4-3 Zulässige Abweichung für Wanddickenabmessungen von Präzisionsrohren

4) Der zulässige Winkel zwischen benachbarten Ebenen von rechteckigen und quadratischen hohlen Präzisionsrohrstählen beträgt 90°±45'.

5) Für die Querschnittsebenheit von Präzisionsrohren ist grundsätzlich eine Konvexität zulässig, wobei die Konvexität weniger als 0,6% der Seitenlänge betragen darf; wenn eine Konkavität vorliegt, darf diese 0,5% der Seitenlänge nicht überschreiten, und bei Seitenlängen über 100 mm beträgt die Mindestkonkavität 0,4 mm.

6) Die Biegung pro Meter der Präzisionsrohre muss weniger als 1 mm betragen, und die Gesamtbiegung muss weniger als 0,15% der Gesamtlänge betragen.

7) Die Abweichung der Schweißraupenposition a (siehe Abbildung 4-7) muss bei präzisionsgeschweißten Rohren weniger als 6 mm betragen.

8) Die Innenhöhe h der Schweißraupe bei präzisionsgeschweißten Rohren (siehe Abbildung 4-7) ist in Tabelle 4-4 angegeben.

Tabelle 4-4 Innere Höhe der Schweißraupe bei präzisionsgeschweißten Rohren

9) Stahlrohre müssen mit der Stahlsorte und dem Standardcode gekennzeichnet sein, und die Qualität der Stahlrohre muss den Anforderungen der entsprechenden technischen Normen für Stahlrohre entsprechen.

Die Qualität der Stahlrohrwerkstoffe muss gemäß dem Qualitätszertifikat oder der Qualitätssicherungsbescheinigung anerkannt werden. Das Qualitätszertifikat oder die Qualitätssicherungsbescheinigung sollte die Stahlsorte, die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften angeben.