DE69729592T2

DE69729592T2 - Verwendung von mit organischem Harz aussenflächenbeschichteten Stahlrohren für verbesserte Innenhochdruckumformung

Info

Publication number: DE69729592T2
Application number: DE69729592T
Authority: DE
Inventors: Masayasu Tkarazuka-shi Kojima; Kenji Kobe-shi Ikisima; Ken Tomiyasu
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1997-11-06
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2017-11-07
Also published as: DE69710414T2; EP0841388A1; EP1113066B1; KR100298796B1; EP1113066A1; EP0841388B1; DE69710414D1; KR19980042178A; US6009913A; CA2220192A1; DE69729592D1; ID21208A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines mit Schmierstoff oberflächenbehandelten Rohrs beim Hydroforming, wobei der Schmierstoff eine ausgezeichnete Schmierung für das Hydroforming aufweist.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Das Hydroforming eines Stahlrohrs ist als typisches Verfahren für das Bilden von T-förmigen Stücken (nachstehend als T-Stücke bezeichnet), welche an Abzweigungen von Rohrleitungen zum Einsatz kommen, bekannt.
Auf die Zeichnungen wird zur Erläuterung des allgemeinen Aufbaus von T-Stücken und gängig bekannter Probleme verwiesen.
Die 1A und 1B zeigen ein T-Stück, wobei 1A eine Seitenansicht und 1B eine Schnittansicht entlang der Linie A-A von 1A zeigt. Ein T-Stück 1 umfasst einen Stamm 1a und ein Abzweigrohr 1b mit einer Höhe H, welche durch eine Rohrverzweigung 1c mit einer stetigen Krümmung (Radius R) verschmelzen.
Die 2A und 2B zeigen für das Hydroforming eines T-Stücks verwendete Formen, wobei 2A eine Längsschnittansicht und 2B eine Seitenansicht zeigt. Die Formen 2 umfassen eine obere Form 2a und eine untere Form 2b, welche von einander vertikal trennbar sind.
Eine halbkreisförmige Nut 2a-1 ist in der oberen Form 2a ausgebildet, während in der unteren Form 2b eine halbkreisförmige Nut 2b-1 und eine Öffnung 2b-2 ausgebildet sind. Die Form des so gebildeten Formhohlraums ist mit dem Profil des T-Stücks 1 identisch. Die Formen 2 sind im Allgemeinen aus einem Werkzeugstahl. Die Oberfläche des Formhohlraums ist glatt ausgeführt und durch Wärmebehandlung oder Verchromen gehärtet.
3A bis 3D zeigen die Schritte des Hydroforming eines T-Stücks.
Bei einem in 3A gezeigten Schritt wird ein rohrförmiger Rohling 3 mit einer vorbestimmten Länge L₀ in die Formen 2 einer (nicht abgebildeten) Hydroformingmaschine gegeben. Ein Außendurchmesser D1 und eine Wanddicke t_a des rohrförmigen Rohlings 3 sind identisch mit denen eines fertigen T-Stücks. Ein rohrförmiger Rohling ist ein kurzes Stück Rohr, welches durch Schneiden eines langen Stahlrohrs in Stücke erhalten wird, wobei jedes so lang ist, dass es in die Hydroforming-Formen passt. Der rohrförmige Rohling 3 wird in die Nut 2b-1 der unteren Form 2b gegeben und dann wird die obere Form 2a, welche an der vertikal pressenden Vorrichtung einer (nicht abgebildeten) Hydroformingmaschine angebracht ist, abgesenkt, wodurch der rohrförmige Rohling 3 in den Formen 2 fixiert wird. Um die obere Form 2a während des Hydroforming an Ort und Stelle zu halten, wird die obere Form 2a mit einer vorbestimmten Kraft gegen die untere Form 2b gepresst.
In einem in 3B gezeigten Schritt werden die gegenüberliegenden Schiebeblöcke 4 und 5, welche an der horizontal pressenden Vorrichtung einer (nicht abgebildeten) Hydroformingmaschine angebracht sind, vorbewegt, so dass sie ihre Endflächen 4a und 5a gegen die Endflächen 3a des rohrförmigen Rohlings 3 pressen. Dann wird der rohrförmige Rohling 3 mit einer Hydraulikflüssigkeit 8 gefüllt, welche durch eine Hydraulikflüssigkeitsstrecke 6 eingespritzt wird. Die Hydraulikflüssigkeit ist für gewöhnlich eine Emulsion, welche durch Kombination von Wasser mit Öl hergestellt wird, wobei das Öl vorrangig dem Rostschutz dient. Während der Druck der Hydraulikflüssigkeit 8 erhöht wird, werden anschließend die Schiebeblöcke 4 und 5 vorbewegt. Dadurch beginnt sich der rohrförmige Rohling 3 entlang des runden (R) Teils 2b-3 der Öffnung 2b-2 der unteren Form 2b zu verformen, so dass ein Teil des rohrförmigen Rohlings 3 in die Öffnung 2b-2 zu ragen beginnt.
In einem in 3C gezeigten Schritt wird der rohrförmige Rohling 3 zu einer Länge L', die etwas länger als die Länge des Stamms eines fertigen T-Stücks ist, geschrumpft und es wird ein vorstehender Teil 9b an der Öffnung 2b-2 gebildet und ein Anschlag 7 an einer vorbestimmten Stelle gesetzt. Danach wird der Druck der Hydraulikflüssigkeit 8 verringert, die Schiebeblöcke 4 und 5 werden zurückgezogen und die obere Form 2a wird angehoben. Der Anschlag 7 wird durch einen (nicht abgebildeten) Zylinder angehoben, so dass ein Halbfertigerzeugnis 9 aus der unteren Form 2b ausgestoßen wird.
3D zeigt eine Seitenansicht des Halbfertigerzeugnisses 9. Der hervorstehende Teil 9b wird auf eine Höhe H zugeschnitten und es wird ein Stamm 9a mit einer Länge L gefertigt, ggf. gefolgt von Wärmebehandlung, um so ein T-Stück zu erhalten.
Bei den in 3A bis 3C gezeigten Schritten übt die Hydraulikflüssigkeit 8 einen Druck im Bereich von mehreren Hundert Atmosphären bis zu eintausend und mehreren Hundert Atmosphären auf den rohrförmigen Rohling 3 aus. Zusätzlich üben die Schiebeblöcke 4 und 5 eine Druckkraft auf den rohrförmigen Rohling 3 aus. Demgemäss wirkt ein hoher Druck auf die Außenfläche des rohrförmigen Rohlings 3 und die Nut 2a-1 der oberen Form 2a und die Nut 2b-1 der unteren Form 2b.
Ferner wirkt ein hoher Druck auf den R-Teil 2b-3 der Öffnung 2b-2 der unteren Form 2b, entlang welcher der kaltverfestigte rohrförmige Rohling 3 gleitet. Unter diesen Bedingungen treten die folgenden Probleme in Verbindung mit der zwischen dem rohrförmigen Rohling 3 und der Formfläche induzierten Reibung auf, wenn der rohrförmige Rohling 3 in einer axialen Richtung in die Formnuten 2a-1 und 2b-1 gedrückt wird oder wenn ein Teil des rohrförmigen Rohlings 3 in die Formöffnung 2b-2 ragt.
Zum einen bilden sich Kratzer in der Außenfläche des Halbfertigerzeugnisses 9 und diese müssen durch Polieren mit einer Schleifmaschine oder ähnlichem entfernt werden. Wie bereits erwähnt, ist der Hohlraum der Formen 2 hart und glatt ausgestaltet. Da das Hydroforming aber starke Reibung mit sich bringt, führt wiederholtes Hydroforming zur Bildung von Kratzern auch in den Formen 2. Die Nachbearbeitung der Formfläche durch Polieren verringert die Leistungsfähigkeit der Fertigung und wiederholtes Nachbearbeiten führt zu einer Änderung der Maße eines Erzeugnisses. In diesem Fall muss der nachbearbeitete Teil der Formfläche verstärkt und feinbearbeitet werden, was zu einer Steigerung der Wartungskosten führt.
Da sich der rohrförmige Rohling 3 in axialer Richtung schwer schieben lässt, neigt der rohrförmige Rohling 3 zum anderen dazu, in der Nähe seiner Endteile auszubauchen. Somit wird das Hydroforming eines dünnwandigen Erzeugnisses schwierig.
4 zeigt einen ausgebauchten rohrförmigen Rohling 3. Wie in 4 gezeigt wird, tritt das Ausbauchen 10 am ehesten in der Nähe der Endteile des rohrförmigen Rohlings 3 auf.
Da es drittens schwierig ist, einen Teil des rohrförmigen Rohlings 3 in die Formöffnung 2b-2 ragen zu lassen, neigt der hervorstehende Teil 9b zu Rissbildung.
5 zeigt den aufgerissenen hervorstehenden Teil 9b. Wie in 5 gezeigt wird, kommt es in dem oberen Bereich des hervorstehenden Teils 9b zu einem Riss 11, wenn es schwierig ist, den rohrförmigen Rohling 3 in die Formöffnung 2b-2 ragen zu lassen.
Bei der Lösung der beim Hydroforming auftretenden obigen Probleme ist es wichtig, den bei der Gleitbewegung unter einem sehr hohen Anpressdruck auftretenden Reibungswiderstand zwischen einem rohrförmigen Rohling und Formen zu verringern.
Um diesen Reibungswiderstand zu verringern, wird die Außenfläche eines rohrförmigen Rohlings gegen Festfressen an der Formfläche behandelt. Ein Schmieröl kann auf die Außenfläche eines rohrförmigen Rohlings aufgebracht werden, doch ist dieses Verfahren relativ unwirksam, da das Schmieröl aufgrund des Gleitens unter einem hohen Anpressdruck zwischen dem rohrförmigen Rohling und den Formen abgerieben wird. Eine Hydraulikflüssigkeit auf Wasserbasis, welche für das Ausüben eines Innendrucks auf einen in den Formen aufgenommenen rohrförmigen Rohling verwendet wird, kann die Wirkung eines Schmieröls ebenfalls abschwächen.
Demgemäss wird üblicherweise Farbe zur Verhinderung von Festfressen eingesetzt. Ein durch Schneiden eines Rohrs auf eine vorbestimmte Länge erhaltener rohrförmiger Rohling wird entfettet und dann wird auf seine Außenfläche durch Aufsprühen oder Anstreichen Farbe aufgetragen. Nach ausreichendem Trocknen und Festwerden der aufgetragenen Farbe wird Hydroforming durchgeführt.
Dieses Verfahren bringt aber die folgenden Probleme mit sich.
Zum einen erfordern das Entfetten und Streichen eines rohrförmigen Rohlings entsprechenden Arbeitsaufwand. Da das Streichen eines langen Rohrs schwierig ist, wird das Rohr zu rohrförmigen Rohlingen mit jeweils einer vorbestimmten Länge geschnitten und dann wird jeder der rohrförmigen Rohlinge gestrichen. In diesem Fall kann der Schritt des Schneidens eines Rohrs zu rohrförmigen Rohlingen nicht kontinuierlich mit einem Hydroformingschritt verbunden werden. Demgemäss kommt der Materialfluss zwischen den Schritten zum Stillstand, was zusätzlichen Raum für das Lagern von Material erfordert und die Leistungsfähigkeit einer Hydroforminganlage insgesamt beeinträchtigt.
Da jeder der rohrförmigen Rohlinge, welche aus einem langen Stahlrohr auf eine vorbestimmte Länge zugeschnitten werden, von Hand gestrichen wird, erfordert dieses Anstreichen zum anderen nicht nur Anstreichzeit, sondern auch Geschick beim Anstreichen der gebogenen Fläche eines rohrförmigen Rohlings mit gleichmäßigem Auftrag. Wenn die Farbauftragstärke nicht gleichmäßig ist, wird im Falle eines dünnwandigen rohrförmigen Rohlings dieser mit großer Wahrscheinlichkeit an einem Teil, bei dem sich die Farbauftragstärke ändert, ausbauchen, während er beim Hydroforming in seiner Längsrichtung zusammengedrückt wird. Wenn der Farbauftrag zu dick ist, wird der Farbauftrag an der Formfläche haften. Diese anhaftende Farbe hinterlässt beim nächsten Hydroformingprozess Grübchen auf der Oberfläche eines Erzeugnisses. Demgemäss muss bei Beendigung des Hydroforming diese anhaftende Farbe entfernt werden, bevor der nächste Hydroformingprozess einsetzt, was zu Verschwendung von Zeit und Arbeit führt.
Drittens ist es wahrscheinlich, dass beim Streichen Farbe dick auf einem Teil der Endfläche eines rohrförmigen Rohlings haften bleibt. Dies kann ein Abdichten an der Endfläche eines rohrförmigen Rohlings unmöglich machen, wenn eine Hydraulikflüssigkeit zwecks Hydroforming in den rohrförmigen Rohling gespritzt wird, wie in 3C gezeigt wird. Demgemäss müssen vor Beginn des Hydroforming die Endflächen eines rohrförmigen Rohlings optisch geprüft werden und es muss anhaftende Farbe von diesen entfernt werden.
Viertens ist viel Zeit und Arbeit erforderlich, wenn der Farbauftrag nach beendetem Hydroforming durch Verwendung eines organischen Lösungsmittels entfernt werden muss. Es kann auch zu einem Problem im Arbeitsumfeld kommen.
ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Hinblick auf das Vorstehende besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung aus der Verwendung eines mit Schmierstoff oberflächenbehandelten Stahlrohrs beim Hydroforming nach den Ansprüchen 1 bis 4.
Das mit Schmierstoff oberflächenbehandelte Stahlrohr weist die folgenden Merkmale auf:

a) Ein langes Rohr, dessen Oberfläche mit einem Harz beschichtet ist. Demgemäss kann das Hydroforming unmittelbar nach Schneiden des langen Rohrs in rohrförmige Rohlinge gestartet werden.
b) Festfressen wird wirksam verhindert und es wird eine ausgezeichnete Schmierung geboten.
c) Durch Wahl einer geeigneten Harzbeschichtungsart kann die Beschichtung unversehrt verwendet werden oder kann je nach Bedarf nach dem Hydroforming entfernt werden. Die Beschichtung kann durch alkalisches Entfetten mühelos entfernt werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A ist eine Seitenansicht, welche ein T-Stück zeigt;
1B ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus 1A;
2A ist eine Längsschnittansicht, welche die für das Hydroforming eines T-Stücks verwenden Formen zeigt;
2B ist eine Seitenansicht, welche die Formen von 2A zeigt;
3A ist eine Teilschnittansicht, welche einen Schritt des Hydroforming eines T-Stücks zeigt;
3B ist eine Teilschnittansicht, welche einen Schritt des Hydroforming eines T-Stücks zeigt;
3C ist eine Teilschnittansicht, welche einen Schritt des Hydroforming eines T-Stücks zeigt;
3D ist eine Seitenansicht, welche ein halbfertiges T-Stück zeigt;
4 ist eine Teilschnittansicht, welche einen ausgebauchten rohrförmigen Rohling zeigt, und
5 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Halbfertigerzeugnis zeigt, dessen hervorstehender Teil Rissbildung aufweist.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nun werden einschränkende Bedingungen für ein mit Schmierstoff oberflächenbehandeltes Stahlrohr für den Einsatz von Hydroforming gemäß der vorliegenden Erfindung eingehend beschrieben.
(a) Organische Harzbeschichtung (nachstehend als Harzbeschichtung bezeichnet)
Die Erfinder dieser Anmeldung haben festgestellt, dass sich bei Verwendung einer Harzbeschichtung als Schmierstoff beim Hydroformen schwierige Gleitbedingungen zwischen den Formen und dem Material eines Gegenstands optimal bewältigen lassen.
Um Festfressen, Kratzer, Ausbauchen, Rissbildung und ähnliche Probleme beim Hydroforming durch Erreichen geeigneter Schmierung zu verhindern, wird auf mindestens der Außenfläche eines Stahlrohrs eine Harzbeschichtung aufgebracht. Diese Beschichtung fungiert als Abstandshalter, um den direkten Kontakt von Metall zu Metall zwischen den Formen und einem Stahlrohr zu verhindern.
Bei einem hydrogeformten Erzeugnis kann die Harzbeschichtung an dessen Oberfläche bleiben oder kann von dessen Oberfläche entfernt werden. Wenn eine Harzbeschichtung von der Oberfläche des Erzeugnisses entfernt werden soll, muss sich demgemäss das Harz mühelos entfernen lassen. Eine Harzbeschichtung, die von der Oberfläche eines hydrogeformten Erzeugnisses entfernt werden soll, wird als entfernbare Harzbeschichtung bezeichnet. Eine Harzbeschichtung, die nicht von der Oberfläche eines hydrogeformten Erzeugnisses entfernt werden soll, wird als nicht entfernbare Harzbeschichtung bezeichnet.
Weiterhin können diese Harze durch Verwendung eines geeigneten Vernetzers vernetzt werden. Beispiele für einen Vernetzer umfassen Aminoharze und Epoxidharze. Ein durch Polymerisation von vorrangig Acrylsäure und Methacrylsäure hergestelltes Acrylharz kann ebenfalls durch die Verwendung von methylalkohol- oder butylalkohol-modifiziertem Melamin hitzegehärtet werden.
Eine Harzbeschichtung muss Druckwiderstand und Adhäsionsvermögen besitzen. Beim Hydroforming kann der Anpressdruck zwischen dem Material eines Gegenstands und den Formen Tausende von Atmosphären erreichen. Der Druckwiderstand einer Beschichtung wird in Härte ausgedrückt beurteilt. Es ist wünschenswert, dass eine Harzbeschichtung eine Bleistifthärte H oder höher, wie in JIS K5400-6.14 festgelegt, aufweist. Beim Hydroforming lassen Umformwärme und Reibungswärme die Oberflächentemperatur des Materials eines Gegenstands ansteigen. Für gewöhnlich steigt die Oberflächentemperatur eines Kohlenstoffstahlrohrs auf etwa 40°C bis 60°C und die eines Edelstahlrohrs auf etwa 70°C bis 90°C. Wie bereits erwähnt, wird eine Emulsion als Hydraulikflüssigkeit verwendet, so dass Wasser zwischen den Formen und dem Material des Gegenstandes vorhanden ist. Demgemäss muss eine Beschichtung in einem erhitzten, feuchten Zustand ihre Adhäsion beibehalten.
Zur Verbesserung der Adhäsion zwischen einer Harzbeschichtung und einem Stahlrohr wird vor Auftragen eines Harzes die Oberfläche des Stahlrohrs vorzugsweise durch Beizen mit Säure gezundert oder einer Strahlputzbehandlung unterzogen.
Für gewöhnlich wird eine Harzbeschichtung auf der Außenfläche eines Stahlrohrs aufgebracht, um beim Hydroforming eine gute Schmierung zwischen den Formen und dem Stahlrohr zu gewährleisten, kann aber auch an der Innenfläche des Stahlrohrs vorgesehen werden. Das Aufbringen eines Harzes auf die Innenfläche eines Stahlrohrs dient vorrangig dem Rostschutz des Stahlrohrs vor und nach dem Hydroforming.
Da ein Harz auf ein langes Stahlrohr aufgebracht werden kann, kann das Hydroforming unmittelbar nach Schneiden des beschichteten langen Stahlrohrs in rohrförmige Rohlinge einsetzen. Die herkömmlichen Schritte des Beschichtens und Trocknens nach dem Schritt des Schneidens eines Stahlrohrs in rohrförmige Rohlinge sind mit anderen Worten unnötig. Zudem ist keine zusätzliche Arbeit zur Entfernung anhaftender Farbe von den Endflächen der rohrförmigen Rohlinge zur Verwirklichung der Abdichtung beim Hydroforming nötig.
Wenn eine Harzbeschichtung nach dem Hydroforming entfernt werden soll, wird eine entfernbare Harzbeschichtung verwendet. Das Harz kann ein thermoplastisches Harz sein. Eine bevorzugte entfernbare Harzbeschichtung ist ein wasserlösliches oder wasserdispergierbares Harz. In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist das Harz in einer wässrigen alkalischen Lösung löslich.
Bei einem hydrogeformten Halbfertigerzeugnis wird eine Harzbeschichtung entfernt, um gute Beschichtungseigenschaften für die folgende Beschichtung zu erhalten. Bei einem hydrogeformten Erzeugnis wird eine Harzbeschichtung entfernt, um durch Entfernen der Beschichtung, welche aufgrund des Gleitens während des Hydroforming trüb wurde, gutes Aussehen zu erhalten und durch Vorabbeseitigen der Beschichtung, die andernfalls in einem bestimmten Arbeitsumfeld des Erzeugnisses stückweise abblättern würde, Sauberkeit zu erhalten.
Eine Beschichtung muss dagegen an der Oberfläche eines rohrförmigen Rohlings hinreichend anhaften, um während des Hydroforming entsprechend zu schmieren. Die Harze der vorliegenden Anmeldung erfüllten beide Anforderungen bezüglich Entfernen und Adhäsion und sind Vinylharze oder Carboxylgruppen enthaltende Vinyl-Copolymere mit einem Säurewert von 10 bis 160 oder Ester oder Amide dieser Harze.
Ein Säurewert von unter 10 in Verbindung mit den Carboxylgruppen lässt eine Harzbeschichtung weniger löslich in wässriger alkalischer Lösung werden, während ein Säurewert von über 160 die Wasserfestigkeit einer Harzbeschichtung beeinträchtigt. Besonders bevorzugte geeignete Harze sind insbesondere Homopolymere von Polyacrylsäure oder Polyacrylsäurestern oder Copolymere dieser Harze und andere geeignete Harze, die damit copolymerisierbar sind und einen Säurewert von 10 bis 60 aufweisen.
Geeignete Harze besitzen Biegsamkeit, so dass sie sich der plastischen Umformung eines rohrförmigen Rohlings anpassen, sowie eine Glasübergangstemperatur von 5°C bis 100°C. Wenn die Glasübergangstemperatur unter 5°C liegt, weist das Harz aufgrund seiner Klebrigkeit Nachteile bei Lagerung und Handhabung auf. Bei Harzen mit einer Glasübergangstemperatur von über 100°C ist eine während des Hydroforming in der Harzbeschichtung induzierte mechanische Spannung größer als die Adhäsion zwischen der Beschichtung und der Metalloberfläche, was mögliches Festfressen zwischen Formen und dem rohrförmigen Rohling aufgrund Rissbildung oder Abblättern der Beschichtung mit sich bringt. Die Glasübergangstemperatur reicht bevorzugt von 60°C bis 90°C.
Zur Steuerung der Beschichtungsleistung können einem Harz Zusätze wie Schmierstoffe, Pigmente und Rostschutzmittel zugesetzt werden.
Als Schmierstoffe, die zusammen mit anderen Zusätzen zugesetzt werden, sind feste Schmierstoffe wie Wachs und Metallseife bevorzugt. Zur Bewältigung von Hydroforming mit einem hohem Maß an Umformung oder von schwierigem Hydroforming ist Metallseife besonders bevorzugt, da sie in die Oberfläche eines rohrförmigen Rohlings adsorbiert wird. Da die Metallseife in einer alkalischen wässrigen Lösung löslich ist, lässt sich zudem die Harzbeschichtung nach dem Hydroforming leichter entfernen.
Wachs oder anorganische feste Schmierstoffe sind dagegen nicht bevorzugt, da sie das Entfernen der Harzbeschichtung behindern, und insbesondere anorganische feste Schmierstoffe mit einer großen relativen Dichte beeinträchtigen die Stabilität der Dispersion einer Schmierstofflösung.
Geeignete Metallseifen können Fettsäureester, Phosphorester und Schwefelester einschließen. Diese Arten von Metallseife sind vorzugsweise in Wasser geringfügig löslich. Beispiele dieser Metallseife umfassen Ca-Salze und Zn-Salze. K-Salze und Na-Salze sind nicht bevorzugt, da sie die Wasserfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit einer Beschichtung beeinträchtigen.
Metallseife wird vorzugsweise in einer Menge von 1% bis einschließlich 20% zugegeben. Bei Zugabe von Metallseife in einer Menge von unter 1% wird keine ausreichende Schmierung erhalten. Bei Zugabe von Metallseife in einer Menge von über 20% wird die Wasserfestigkeit einer Beschichtung beeinträchtigt und die Herstellungsleistung wird aufgrund Schaumbildung zum Zeitpunkt des Aufbringens ebenfalls beeinträchtigt.
Eine entfernbare Harzbeschichtung muss eine gleichmäßige Dicke aufweisen. Verfahren zur Bildung einer entfernbaren Harzbeschichtung auf einem langen Stahlrohr umfassen Folgendes: ein Stahlrohr wird in eine Harzlösung getaucht und dann getrocknet; ein Harz wird auf ein Stahlrohr gesprüht und dann getrocknet; und ein Harz wird auf ein Stahlrohr gestrichen und dann getrocknet. Ein mit einer solchen entfernbaren Harzbeschichtung beschichtetes Stahlrohr wird hydrogeformt und dann alkalisch entfettet, um so die Beschichtung von diesem zu entfernen. Anschließend kann das abgebeizte Stahlrohr nach Bedarf erneut beschichtet werden.
Hydroforming erfordert nicht das Beschichten der Innenfläche eines rohrförmigen Rohlings mit einem schmierenden Harz. Wenn ein Stahlrohr in eine Harzlösung getaucht wird, um eine Harzbeschichtung an der Oberfläche desselben auszubilden, wird auch auf seiner Innenfläche eine Harzbeschichtung ausgebildet; die Innenbeschichtung hat jedoch keine Auswirkung auf das Hydroforming. Bei einem Kohlenstoffstahlrohr verhindert die innere Harzbeschichtung ein Rosten der Rohroberfläche.
(b) Dicke einer organischen Harzbeschichtung
Eine schmierende, entfernbare Harzbeschichtung muss auf mindestens der Außenfläche eines Stahlrohrs in einer Dicke von 0,5 μm bis einschließlich 10 μm aufgebracht werden, jedoch ist eine Dicke von 1 μm bis 5 μm bevorzugt. Liegt die Beschichtungsdicke unter 0,5 μm, wird keine ausreichende festfressverhindernde Wirkung erhalten. Wenn die Beschichtungsdicke über 10 μm liegt, kommt es aufgrund einer inneren mechanischen Spannung, die in der Beschichtung induziert wird, häufig zum Abblättern der Beschichtung. Abgeblätterte Beschichtung haftet an der Formfläche an, was beim nächsten Hydroforming zur Ausbildung von Grübchenfehlern an der Oberfläche eines Stahlrohrs führt. Dies beeinträchtigt zudem die Hydroformingleistung und Entfettungsleistung. Zudem ist eine zu große Beschichtungsdicke vom wirtschaftlichen Standpunkt her Verschwendung.
(c) Stahlrohr
Beispiele für ein Material für ein Stahlrohr umfassen Kohlenstoffstahl, austenitischen Edelstahl und ferritischen Edelstahl, sind aber nicht hierauf beschränkt.
Die oberflächenbehandelten Stahlrohre dieser Erfindung sind für das Hydroforming verschiedener Stahlteile geeignet, die in Kraftfahrzeugkarosserien verwendet werden, z. B. untere Lenker, Achsenteile, B-Säulen usw.
Beispiel
Vierundzwanzig (24) nahtgeschweißte Stahlrohre (Außendurchmesser 89,1 mm, Dicke 4,2 mm, Länge 5,5 m), die aus einem Stahlwarmband (Kohlenstoffstahl: C 0,5%, Si 0,1%, Mn 0,25%) hergestellt wurden, wurden durch Beizen in Säure entzundert und dann einer Strahlputzbehandlung unterzogen. Danach wurden die Stahlrohre in Schmierbehandlungslösungen unter Verwendung von fünf Arten von Harz (Tabelle 1) als Bindemittelharze eingetaucht. Die so behandelten Stahlrohre wurden bei 100°C in einem Ofen getrocknet, wodurch oberflächenbehandelte Stahlrohre für die Hydroforming-Verwendung mit verschiedenen Beschichtungsdicken erhalten wurden, wie in Tabelle 2 gezeigt wird.
Die Dicke der Beschichtung wurde durch Steuern der Eintauchzeit in eine Harzlösung reguliert. Tabelle 1

AA: Acrylsäure
MMA: Methylacrylat
BA: Butylacrylat
EHMA: 2-Ethylhexylmethacrylat
MAA: Methacrylsäure
OA: Octylacrylat

Diese oberflächenbehandelten Stahlrohre wurden in rohrförmige Rohlinge geschnitten, die jeweils eine Länge L₀ (3A) von 300 mm aufwiesen. Wie in 3B gezeigt wird, wurde eine Hydraulikflüssigkeit (eine durch Mischen von Wasser mit Rostschutzöl hergestellte Emulsion in einer Konzentration von 3%) in einen rohrförmigen Rohling gespritzt. Danach wurde der rohrförmige Rohling, wie in 3C gezeigt, axial zusammengedrückt, während auf ihn ein maximaler Innendruck von 500 kgf/cm² ausgeübt wurde, um so den rohrförmigen Rohling zu hydroformen.
Die Sollmaße eines in 3D gezeigten Halbfertigerzeugnisses 9 sind wie folgt: ein Stamm (9a) hat einen Außendurchmesser (D1) von 89,1 mm und eine Länge (L') von 180 mm und ein hervorstehender Teil (9b) hat einen Außendurchmesser (D2) von 89,1 mm und eine Höhe (H') von 65 mm.
Für jede der Proben Nr. 1-1 bis 4-6, die in Tabelle 2 gezeigt werden, wurden kontinuierlich 10 rohrförmige Rohlinge hydrogeformt.
Die Außenflächen der so erhaltenen T-Stücke wurden auf Rissbildung, Kratzer und Abblättern einer Harzbeschichtung inspiziert. Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
In dem in 5 gezeigten hervorstehenden Teil kam es bei den folgenden Beschichtungsdicken häufig zu Rissbildung: 0,2 μm (Probe Nr. 1-1) bei Schmierbehandlung mit Harz a; 0,3 μm (Probe Nr. 2-1) bei Schmierbehandlung mit Harz b; 0,1 μm (Probe Nr. 3-1) bei Schmierbehandlung mit Harz c und 0,1 μm (Probe Nr. 4-1) bei Schmierbehandlung mit Harz d.
Da es auch zu erkennbaren Kratzern an der Außenfläche eines hydrogeformten Halbfertigerzeugnisses kam, mussten die Formen nach drei von 10 Hydroformingprozessen poliert werden.
Eine Beschichtung dagegen blätterte bei den folgenden Beschichtungsdicken ab: 17,1 μm (Probe Nr. 1-6) bei Schmierbehandlung mit Harz a; 14,3 μm (Probe Nr. 2-6) bei Schmierbehandlung mit Harz b; 12,3 μm (Probe Nr. 3-6) bei Schmierbehandlung mit Harz c und 20,2 μm (Probe Nr. 4-6) bei Schmierbehandlung mit Harz d. Somit mussten die Formen jedes Mal bei Auftreten von Abblättern gereinigt werden. Da Beschichtungsabblättern zur Bildung von Grübchenmängeln in den Oberflächen der rohrförmigen Rohlinge führte, mussten zudem die Außenflächen der Halbfertigerzeugnisse mit Hilfe einer Schleifmaschine poliert werden.
Bei einer von 0,5 μm bis 10 μm reichenden Beschichtungsdicke mit vier Arten von entfernbaren Harzbeschichtungen (Proben Nr. 1-2 bis 1-5, 2-2 bis 2-5, 3-2 bis 3-5 und 4-2 bis 4-5) waren die Halbfertigerzeugnisse allesamt mängelfrei. Durch die folgende Bearbeitung wurden T-Stücke 1 aus diesen erhalten: der in 3D gezeigte hervorstehende Teil 9b des Halbfertigerzeugnisses 9 wurde auf eine Höhe H von 41,2 mm zugeschnitten und die Enden des Stamms 9a wurden abgeschnitten, um eine Länge L (1) von 171,4 mm zu erhalten.
Wie vorstehend beschrieben wird ein erfindungsgemäßes oberflächenbehandeltes Stahlrohr durch Ausbilden einer organischen Beschichtung auf einem langen Stahlrohr hergestellt. Demgemäss kann Hydroforming unmittelbar nach dem Schneiden des oberflächenbehandelten Stahlrohrs in rohrförmige Rohlinge durchgeführt werden. Dies erfordert keinen Schritt des Entfettens und Reinigens und keinen Schritt des Beschichtens und Trocknens, die sonst bei jedem rohrförmigen Rohling vorgenommen wurden, so dass der Hydroforming-Prozess erheblich vereinfacht wird. Da eine Harzbeschichtung stabil bei gleichmäßiger Dicke ausgebildet werden kann, kann das Festfressen zwischen Formen und dem Material eines Gegenstands beim Hydroforming unterbunden werden, wodurch das Auftreten von Mängeln wie Rissbildung und Ausbauchen unterbunden wird. Da die für die Reparatur von Formen und das Entfernen von Kratzern von der Oberfläche eines hydrogeformten Erzeugnisses erforderliche Arbeitszeit wesentlich verringert wird, verbessert sich auch die Produktivität erheblich.
Bei einem in der vorliegenden Erfindung verwendeten Stahlrohr mit einer entfernbaren Harzbeschichtung kann die Beschichtung durch Verwendung einer gewöhnlichen alkalischen wässrigen Lösung entfernt werden; das Entfernen der Beschichtung erfordert mit anderen Worten nicht die Verwendung von Flon und ähnlichen Lösungsmitteln, deren Verwendung reguliert ist.

Claims

Verwendung eines mit Schmierstoff oberflächenbehandelten Stahlrohrs beim Hydroforming, wobei das Stahlrohr eine entfernbare schmierende organische Harzbeschichtung umfasst, die auf mindestens einer äußeren Oberfläche des Stahlrohrs bereitgestellt wird, wobei das Harz eine Glasübergangstemperatur von 5°C bis 100°C hat und ausgewählt ist aus Vinylharzen oder Carboxylgruppe enthaltenden Vinylcopolymeren mit einem Säurewert von 10 bis 160 oder Estern oder Amiden davon, und wobei die Beschichtung eine Dicke von 0,5 μm bis 10 μm hat.
Verwendung nach Anspruch 1, bei der das organische Harz ausgewählt ist aus Homopolymeren von Polyacrylsäure oder Polyacrylsäureestern und Copolymeren von diesen Harzen und anderen Harzen, die damit copolymerisierbar sind.
Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die organische Harzbeschichtung ein wasserlösliches Harz oder wasserdispergierbares Harz ist, das in einer wässrigen alkalischen Lösung löslich oder dispergierbar ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die organische Harzbeschichtung eines oder beide von Polyethylenwachs oder Fluorkunststoffkörnern als organischen Schmierstoff in einer Menge von 0,5 Gew.-% bis 20 Gew.-% enthält.