Prozessfenster für das Spannen von Rohrprofilen beim Rotationszugbiegen unter Berücksichtigung der Tribologie

Das Rotationszugbiegen wird vielfach in der Weiterverarbeitung von Rohrprofilen eingesetzt. Die Tendenzen beim Profilbiegen zeigen einen vermehrten Einsatz von dünnwandigen und eng gebogenen Rohren mit kleinen Biegeradien auf. Die Biegeteile dienen unter anderem als Strukturbauteile in der Automobilbranche, als medienführende Leitungen im Anlagenbau oder als Designelement bei Möbeln. Üblicherweise wird die Einrichtung des Biegeprozesses durch erfahrene Maschineneinrichter vorgenommen. In Ausnahmefällen wird die Einrichtung des Biegeprozesses unterstützt durch die Vorauslegung mit der FE-Simulation oder den Einsatz von Wissensdatenbanken. Diese Methoden haben den Nachteil, dass sie in der Erstellung sehr zeitaufwendig sind. Eine schnelle Vorauslegung des Biegeprozesses kann mit einem analytischen Modell realisiert werden. Essentiell für das Rotationszugbiegen ist das Spannen des Profils. Das benötigte Biegemoment muss über die Spannbacken auf das Rohr übertragen werden. Wird eine ungeeignete Spannbacke oder Spannkraft ausgewählt, kann der Rohrquerschnitt plastisch im Spannbackenbereich deformiert oder die erforderliche Zugkraft nicht übertragen werden; das Rohr rutscht durch. Das Durchrutschen des Rohrs kann wiederum zur Faltenbildung am Innenbogen führen oder die Oberflächen des Rohrs beschädigen. Für die Entwicklung einer Methodik zur Auslegung des Spannprozesses ist die Kenntnis der von den Spannbacken zu übertragenden Zugkraft und der übertragbaren Zugkraft erforderlich. Die Berechnung der erforderlichen Zugkraft erfolgt mit einem analytischen Modell. Neben der erforderlichen Zugkraft können mit diesem Modell das Biegemoment und weitere Prozesskräfte als Funktion des Biegewinkels bestimmt werden. Das analytische Modell wurde mithilfe der FE-Simulation und Experimenten verifiziert. Für die korrekte Auswahl von Spannbackengeometrie, Spannbackenoberfläche und Spannkraft, muss deren Einfluss auf die übertragbare Zugkraft berechnet werden. Für die Quantifizierung der Einflussparameter wird in dieser Arbeit der neue Triboversuch „Rohrdurchziehversuch“ verwendet. Die konkave Geometrie der Spannbacken hat einen erheblichen Einfluss auf die übertragbare Zugkraft. Dieser Einfluss wird als der Geometriefaktor G bezeichnet. Mit dem Geometriefaktor G und der ermittelten Normal- und Reibkraft aus dem Rohrdurchziehversuch können Reibungskoeffizienten der Spannbacken-Tribozone bestimmt werden. Aus der Berechnung der erforderlichen und übertragbaren Zugkraft werden anschließend die Methodik zur Auslegung des Spannprozesses sowie ein Prozessfenster der übertragbaren Zugkraft in Abhängigkeit der Spannkraft abgeleitet.