EP0788849A1 - Verfahren zur Herstellung von Rohren mit Abschnitten unterschiedlicher Wanddicke - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Rohren mit Abschnitten unterschiedlicher Wanddicke Download PDF

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EP0788849A1
EP0788849A1 EP97101611A EP97101611A EP0788849A1 EP 0788849 A1 EP0788849 A1 EP 0788849A1 EP 97101611 A EP97101611 A EP 97101611A EP 97101611 A EP97101611 A EP 97101611A EP 0788849 A1 EP0788849 A1 EP 0788849A1
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tube
rolling
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Udo Klasfauseweh
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Benteler Deustchland GmbH
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Benteler Deustchland GmbH
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    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams
    • B21C37/0803—Making tubes with welded or soldered seams the tubes having a special shape, e.g. polygonal tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/15—Making tubes of special shape; Making tube fittings

Definitions

  • the invention relates to a method for producing pipes with sections of different wall thicknesses from an initially flat sheet metal.
  • a method for forming frame parts for motor vehicles belongs to the prior art, in which a metal sheet is first rolled in such a way that parallel recesses are formed. These different wall thicknesses should result from the fact that the roller has sections of different sizes.
  • the invention has for its object to provide an economical method for the production of material and weight-saving pipes, in particular as an intermediate product for components that can be exposed to different loads over their length.
  • the object is achieved according to the invention by a method in which a targeted rolling deformation of the starting sheet is carried out with sheet thicknesses which change in regions in the rolling direction.
  • the rolled sheet is then cut as required.
  • the resulting intermediate product is then formed into a tube and joined by joining technology along the abutting edges.
  • a tube can be produced which has sections of different wall thicknesses in the longitudinal axis direction.
  • This area-reduced tube thickness is used for the production of components that are under external loads, but in which the stresses that occur due to the component design are distributed over the component at different heights. Examples of such differently loaded components are body parts or chassis components of motor vehicles. If the components were dimensioned according to the maximum load, this has not only resulted in the unnecessary use of materials, but also in the past all at an unnecessary weight. According to the invention, these disadvantages are avoided in that the tubes which are used to produce the components are dimensioned differently in accordance with the subsequent load in the individual areas of the components. In this way, you can meet the expected later loads and also save material and thus weight.
  • a metal sheet with a thickness corresponding to the greatest wall thickness of the pipe to be manufactured is expediently used as the starting material.
  • the starting material can also be provided with a corresponding oversize.
  • the starting material is advantageously drawn off from a coil and fed to further processing in the rolling process.
  • a targeted partial wall thickness reduction is then carried out by rolling to match the later use of the pipes produced.
  • the invention makes it possible to adapt the rolling direction to the respective configurations of the later tube.
  • the starting sheets can also be partially rolled twice or possibly several times in different directions.
  • the respective thickness can also be varied in stages as required. Different ironing rates and different transition areas between the thicker and thinner areas are possible.
  • the transitions from one sheet thickness range to another can be stepless or stepped.
  • Rolling can take place in a two-roll stand.
  • the symmetry with respect to the central transverse plane can be influenced within predefined limits.
  • the specifically deformed sheet has deliberately varying cross-sections in order to convey the exact wall thicknesses to various areas, which are matched to the respective loads and thus the locally differing stress peaks to which these areas are exposed in practical use.
  • the sheet is cut to size, formed into a tube around the longitudinal axis and joined by joining technology along the joints. This is usually done by welding the joints. Various methods are available for this, for example laser, shielding gas, inductive or resistance welding.
  • the rolled sheet metal can be divided into sheet metal strips running parallel to the rolling direction before further processing. In this way, several tubes of the same configuration can be produced from one large output board.
  • the sheet metal or sheet metal strips can be shaped into tubes in a rolling mill.
  • a further advantageous embodiment provides that a semi-circular profile is first embossed from the rolled metal sheets in a die and then finished in a further embossing step to form the tube.
  • a pipe can also be divided into shorter lengths.
  • the method for producing tubes for the production of motor vehicle components is particularly advantageously suitable.
  • FIG. 1 shows a section of a sheet 1, in which areas 2-5 have been ironed out by a specific rolling deformation with sheet thicknesses s 2 to s 5 that change in the rolling direction WR.
  • the areas 2-5 merge into each other almost continuously by a slope 9, 10, 11.
  • the sheet 1 has an approximately smooth surface 13 on the underside 12.
  • Figure 2 shows a sheet 1 in plan view.
  • the areas 2-5 specifically have those wall thicknesses which are matched to the respective loads and stress peaks to which a pipe made from the sheet 1 is subject or which result from its practical use as a structural component.
  • FIG. 3 shows a sheet 14 which has an asymmetrical geometry, based on its central transverse plane MQ, with areas 15-18 of different sheet thicknesses s 15 -s 16 . Both the top 19 and the bottom 20 of the sheet 14 accordingly vary in different ironing rates in stages.
  • the sheet metal 14 is expediently formed into a tube such that the top side 19 forms the inside of the tube and the bottom side 20 forms the outside of the tube.
  • the board 21 is inserted into a die 22 (FIG. 4, top) and loaded by a stamp 23, as indicated by the arrow F.
  • the board 21 is forced into the die form 24 and a semicircular profile 25 is embossed (FIG. 4, middle).
  • the forming into a tube 26 in the die form 24 takes place with the aid of the plunger 27, which has a configuration with a counter-shape 28 which is matched to the tube 26 (FIG. 4, bottom).
  • the abutting edges 29, 30 are joined by means of automatic laser welding with seam detection and tracking.
  • the tube 26 thus finished is then available for further processing. It has sections with different wall thicknesses in the axial direction. This configuration is precisely matched to the later use of the tube and the loads and tensions that occur, to which the tube 26 is then subject.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
  • Shaping Of Tube Ends By Bending Or Straightening (AREA)
  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohren mit Abschnitten unterschiedlicher Wanddicken aus einem anfangs ebenen Blech, bei dem zunächst eine gezielte walzende Verformung des Blechs mit in Walzrichtung (WR) bereichsweise wechselnden Blechdicken (S2 - S5) vorgenommen wird. Durch die gezielte partielle Wanddickenreduktion weist das Blech (1) Bereiche (2-5) auf, die auf die jeweiligen Belastungen und Spannungsspitzen abgestimmt sind, denen ein Rohr bzw. ein aus dem Rohr gefertigtes Konstruktionselement durch die Verwendung im praktischen Einsatz unterliegt. Nach der Wanddickenreduktion wird das gewalzte Blech (1) zugeschnitten, zu einem Rohr umgeformt und entlang der Stoßkanten gefügt. Besonders vorteilhaft eignet sich das Verfahren zur Herstellung von Rohren als Zwischenprodukt zur Herstellung von Kraftfahrzeugbauteilen. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohren mit Abschnitten unterschiedlicher Wanddicke aus einem anfangs ebenen Blech.
  • Durch die DE 33 43 709 A1 gehört ein Verfahren zur Formung von Rahmenteilen für Kraftfahrzeuge zum Stand der Technik, bei dem ein Metallblech zunächst so gewalzt wird, daß parallele Vertiefungen gebildet werden. Diese unterschiedlichen Wanddicken sollen sich dadurch ergeben, daß die Walze im Durchmesser unterschiedlich große Abschnitte hat.
  • Das gewalzte Metallblech wird anschließend zugeschnitten und die einzelnen Stücke in Längsrichtung gebogen. Auf diese Weise können Rahmenteile geschaffen werden, die im Querschnitt zwar unterschiedliche Wanddicken haben, jedoch über die Länge gesehen stets gleich bleibende Querschnitte aufweisen. Es ist nicht möglich, in Längsrichtung der Rahmenteile in der Wanddicke partiell reduzierte Bereiche zu schaffen, um den jeweiligen örtlichen Spannungsspitzen gezielt Rechnung zu tragen. Hierauf zielt jedoch die Erfindung ab.
  • Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von material- und gewichtssparenden Rohren zu schaffen, insbesondere als Zwischenprodukt für Bauteile, die über ihre Länge gesehen unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt sein können.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst, bei dem eine gezielte walzende Verformung des Ausgangsblechs mit in Walzrichtung bereichsweise wechselnden Blechdicken vorgenommen wird. Anschließend wird das gewalzte Blech bedarfsgerecht beschnitten. Das so entstandene Zwischenprodukt wird dann zu einem Rohr geformt und entlang der Stoßkanten fügetechnisch verbunden.
  • Auf diese Weise kann ein Rohr hergestellt werden, welches in Längsachsrichtung Abschnitte unterschiedlicher Wanddicke aufweist. Dieses bereichsweise wanddickenreduzierte Rohr wird für die Herstellung von Bauteilen verwendet, die unter äußerer Belastung stehen, bei denen aber die auftretenden Spannungen aufgrund der Bauteilkonstruktion verteilt über das Bauteil in unterschiedlicher Höhe vorliegen. Beispiele für derart unterschiedlich stark belastete Bauteile sind Karosserieteile oder Fahrwerkskomponenten von Kraftfahrzeugen. Werden die Bauteile nach der Maximalbelastung dimensioniert, führte dies bisher nicht nur zu einem unnötigen Materialeinsatz, sondern vor allem auch zu einem unnötigen Gewicht. Diese Nachteile werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Rohre, die zur Herstellung der Bauteile verwendet werden, entsprechend der späteren Belastung in den einzelnen Bereichen der Bauteile unterschiedlich dimensioniert sind. Damit wird man den zu erwartenden späteren Belastungen gerecht und kann darüberhinaus auch Material und damit Gewicht einsparen.
  • Zweckmäßigerweise wird als Ausgangsmaterial ein Metallblech eingesetzt mit einer der größten Wanddicke des zu fertigenden Rohrs entsprechenden Dicke. Selbstverständlich kann aber auch das Ausgangsmaterial mit einem entsprechenden Übermaß bereitgestellt werden. Vorteilhaft wird das Ausgangsmaterial von einem Coil abgezogen und der walztechnischen Weiterverarbeitung zugeführt.
  • Auf die spätere Verwendung der hergestellten Rohre abgestimmt erfolgt dann eine gezielte partielle Wanddickenreduktion durch Walzen. In diesem Zusammenhang erlaubt es die Erfindung durchaus, die Walzrichtung den jeweiligen Konfigurationen des späteren Rohrs anzupassen. Dabei können die Ausgangsbleche auch zweimal oder ggf. mehrfach in verschiedenen Richtungen partiell gewalzt werden. Dadurch kann die jeweilige Dicke entsprechend den Erfordernissen beliebig auch stufenweise variiert werden. Verschiedene Abstreckraten und unterschiedliche Übergangsbereiche zwischen den dickeren und dünneren Bereichen sind möglich. Die Übergänge von einem Blechdickenbereich zum anderen können stufenlos oder gestuft sein.
  • Das Walzen kann in einem Zweiwalzengerüst erfolgen. Durch Variation der Walzengeometrie im Walzeneinlauf kann die Symmetrie bezüglich der Mittelquerebene in vorgebbaren Grenzen beeinflußt werden.
  • Das so gezielt verformte Blech weist bewußt variierende Querschnitte auf, um entsprechend dem Einsatzfall diversen Bereichen genau diejenigen Wanddicken zu vermitteln, welche auf die jeweiligen Belastungen und damit auch die örtlich voneinander abweichenden Spannungsspitzen abgestimmt sind, denen diese Bereiche im praktischen Einsatz ausgesetzt werden.
  • Im Anschluß an die walztechnische Verformung wird das Blech auf Maß geschnitten, um die Längsachse zu einem Rohr umgeformt und entlang der Stöße fügetechnisch verbunden. Dies geschieht üblicherweise durch Verschweißen der Stöße. Hierzu stehen unterschiedliche Verfahren zur Verfügung, beispielsweise Laser-, Schutzgas-, Induktiv- oder Widerstandsschweißen.
  • Da mit dem Abstreckverfahren sowohl symmetrische als auch stark unsymmetrische Geometrien erzeugt werden können, empfiehlt es sich, die mit den weniger stark ausgebildeten Absätzen versehene Seite oder die annähernd glatt ausgebildete Seite auf die Außenseite des Rohrs zu legen.
  • Nach den Merkmalen des Anspruchs 2 kann das gewalzte Blech vor der umformtechnischen Weiterverarbeitung in parallel zur Walzrichtung verlaufende Blechstreifen geteilt werden. Auf diese Weise lassen sich aus einer großen Ausgangsplatine mehrere Rohre gleicher Konfiguration herstellen.
  • Die Umformung der Bleche oder Blechstreifen zu Rohren kann in einem Einrollwalzwerk vorgenommen werden. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, aus den gewalzten Blechen in einem Gesenk zunächst ein Halbkreisprofil zu prägen und anschließend in einem weiteren Prägeschritt die Fertigformung zum Rohr vorzunehmen.
  • Im Bedarfsfall kann auch eine Teilung eines Rohrs in kürzere Längenabschnitte vorgenommen werden.
  • Besonders vorteilhaft eignet sich das Verfahren zur Herstellung von Rohren für die Herstellung von Kraftfahrzeugbauteilen.
  • Die Erfindung ist nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1
    in perspektivischer Darstellungsweise ein abgestrecktes Blech mit bereichsweise unterschiedlichen Blechdicken;
    Figur 2
    ein Blech gemäß der Figur 1 in der Draufsicht;
    Figur 3
    eine weitere Ausführungsform eines Blechs in der Seitenansicht und
    Figur 4
    den Umformvorgang einer Platine zu einem Rohr in drei Teildarstellungen.
  • In der Figur 1 ist ein Ausschnitt eines Blechs 1 dargestellt, bei dem durch eine gezielte walzende Verformung Bereiche 2-5 abgestreckt worden sind mit in Walzrichtung WR wechselnden Blechdicken s2 bis s5.
  • In den Übergangsbereichen 6, 7 und 8 gehen die Bereiche 2-5 jeweils durch eine Schräge 9, 10, 11 nahezu stufenlos ineinander über.
  • Auf der Unterseite 12 weist das Blech 1 eine annähernd glatte Oberfläche 13 auf.
  • Die Figur 2 zeigt ein Blech 1 in der Draufsicht. Bei dem verformten Blech 1 weisen die Bereiche 2-5 gezielt solche Wanddicken auf, die abgestimmt sind auf die jeweiligen Belastungen und Spannungsspitzen, denen ein aus dem Blech 1 gefertigtes Rohr unterliegt bzw. die sich aus dessen praktischer Verwendung als Konstruktionsbauteil ergeben.
  • In der Figur 3 ist ein Blech 14 dargestellt, welches über eine unsymmetrische Geometrie verfügt, bezogen auf seine Mittelquerebene MQ mit Bereichen 15-18 unterschiedlicher Blechdicke s15-s16. Sowohl die Oberseite 19 als auch die Unterseite 20 vom Blech 14 variieren dementsprechend stufenweise in unterschiedlichen Abstreckraten.
  • Da die Oberfläche 19 die größeren Abstufungen aufweist, wird die Umformung des Blechs 14 zu einem Rohr zweckmäßigerweise so vorgenommen, daß die Oberseite 19 die Innenseite des Rohrs und die Unterseite 20 die Außenseite des Rohrs bilden.
  • Die Herstellung eines Rohrs aus einer Platine 21 ist anhand der Figur 4 technisch generalisiert beschrieben.
  • Auf diese Weise lassen sich Rohre wirtschaftlich und mit hoher Genauigkeit herstellen. Vor der Umformung zum Rohr ist die anfangs ebene Platine bereichsweise in ihrer Wanddicke walzend reduziert und anschließend entsprechend beschnitten worden. Die unterschiedliche Dimensionierung der Wanddicke ist auf die spätere Belastung des weiter verarbeiteten Rohrs im praktischen Betrieb abgestimmt.
  • Die Platine 21 wird in eine Matrize 22 eingelegt (Figur 4, oben) und durch einen Stempel 23 belastet, wie dies durch den Pfeil F angedeutet ist. Dabei wird die Platine 21 in die Matrizenform 24 gezwungen und ein Halbkreisprofil 25 geprägt (Figur 4, Mitte).
  • Im nächsten Schritt erfolgt die Umformung zu einem Rohr 26 in der Matrizenform 24 mit Hilfe des Stempels 27, der eine entsprechend auf das Rohr 26 abgestimmte Konfiguration mit einer Gegenform 28 aufweist (Figur 4, unten).
  • Im Anschluß daran werden die Stoßkanten 29, 30 mittels automatischem Laserschweißens mit Nahterkennung und -nachführung gefügt.
  • Das so fertiggestellte Rohr 26 steht dann für die weitere Verarbeitung zur Verfügung. Es weist in Achsrichtung Abschnitte mit unterschiedlichen Wanddicken auf. Diese Konfiguration ist präzise abgestimmt auf die spätere Verwendung des Rohrs und die dabei auftretenden Belastungen und Spannungen, denen das Rohr 26 dann unterliegt.
    • Bezugszeichenaufstellung
    • 1
    - Blech
    2
    - Bereich v. 1
    3
    - Bereich v. 1
    4
    - Bereich v. 1
    5
    - Bereich v. 1
    6
    - Übergangsbereich
    7
    - Übergangsbereich
    8
    - Übergangsbereich
    9
    - Schräge
    10
    - Schräge
    11
    - Schräge
    12
    - Unterseite v. 1
    13
    - äußere Oberfläche v. 1
    14
    - Blech
    15
    - Bereich v. 14
    16
    - Bereich v. 14
    17
    - Bereich v. 14
    18
    - Bereich v. 14
    19
    - Oberseite v. 14
    20
    - Unterseite v. 14
    21
    - Platine
    22
    - Matrize
    23
    - Stempel
    24
    - Matrizenform
    25
    - Halbkreisprofil
    26
    - Rohr
    27
    - Stempel
    28
    - Gegenform
    29
    - Stoßkante
    30
    - Stoßkante
    F
    - Pfeil
    MQ
    - Mittelquerebene
    S2
    - Blechdicke in 2
    S3
    - Blechdicke in 3
    S4
    - Blechdicke in 4
    S5
    - Blechdicke in 5
    S15
    - Blechdicke in 15
    S16
    - Blechdicke in 16
    S17
    - Blechdicke in 17
    S18
    - Blechdicke in 18
    WR
    - Walzrichtung

Claims (3)

  1. Verfahren zur Herstellung von Rohren mit Abschnitten unterschiedlicher Wanddicke aus einem anfangs ebenen Blech, gekennzeichnet durch folgende Maßnahmen:
    a) gezielte walzende Verformung des Blechs mit in Walzrichtung (WR) bereichsweise wechselnden Blechdicken (s2-s5; s15-s18),
    b) Zuschneiden des gewalzten Blechs (1, 14),
    c) Umformung des gewalzten Blechs (1, 14, 21) zum Rohr (26) und
    d) Fügen der Stoßkanten (29, 30).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gewalzte Blech (1) vor der Umformung in parallel zur Walzrichtung (WR) verlaufende Streifen geteilt wird und die Streifen entsprechend den Maßnahmen c) und d) weiter verarbeitet werden.
  3. Rohr (26) mit in Achsrichtung unterschiedliche Wanddicken aufweisenden Abschnitten als Zwischenprodukt zur Herstellung mindestens eines Kraftfahrzeugbauteils.
EP97101611A 1996-02-07 1997-02-03 Verfahren zur Herstellung von Rohren mit Abschnitten unterschiedlicher Wanddicke Expired - Lifetime EP0788849B1 (de)

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