Biegen von Aluminiumrohren: Materialien, Methoden und Anwendungen

Aluminiumrohre und -leitungen sind in verschiedenen Branchen von entscheidender Bedeutung. Sie erleichtern den Durchfluss bestimmter Flüssigkeiten oder dienen als Strukturelement. Um die verschiedenen gebogenen und abgewinkelten Rohrprofile zu erhalten, werden Biegeverfahren wie Drehbiegen, Rollbiegen und Dornbiegen eingesetzt. 

Die Formbarkeit und das geringe Gewicht von Aluminiumlegierungen ermöglichen das Biegen von Rohren ohne physische Schäden oder Beeinträchtigung der Eigenschaften. Dieser Artikel behandelt Mechanismen, Methoden, Legierungsqualitäten und Berechnungen zum Biegen von Aluminiumrohren. 

Welche Aluminiumlegierungen eignen sich zum Biegen? Wählen Sie das richtige Material 

Gebogene Aluminiumlegierung 

Wenn Sie Teile oder Produkte aus Aluminiumrohrbiegen benötigen, ist es wichtig, die richtige Legierungsart zu wählen, insbesondere bei großen Biegekrümmungen und -radien. Der Grund dafür ist, dass die Biegequalität stark von der Duktilität, Dehnung und dem Wärmebehandlungszustand des Werkstücks abhängt.

Im Folgenden sind die gängigen Aluminiumsorten aufgeführt, die bei Rohrbiegearbeiten verwendet werden können:

Legierung 3003

Diese Aluminiumsorte enthält hauptsächlich Mangan als Hauptlegierungsbestandteil (1 bis 1.5 %) sowie Kupfer, Silizium und Eisen in geringen Mengen. Aluminium 3003 bietet mäßige mechanische Festigkeit, hervorragende Formbarkeit und Korrosionsbeständigkeit. Sie können Rohre aus 3003-Legierung für Dächer, Architekturteile, Tanks und sogar für einige chemische Rohranwendungen biegen. 

Legierung 6061

Es bietet mehr Festigkeit als 3003 und hat eine gute Formbarkeit, aber die Duktilität kann durch Anlassen erhöht werden. Auf dem Markt sind wärmebehandelte Aluminiumlegierungen 6061 erhältlich. Beispielsweise ist 6061 T4 die beste auf dem Markt erhältliche angelassene Form für Rohrbiegearbeiten.

Die Anwendungsgebiete sind Automobilbau, Luft- und Raumfahrt, Baugewerbe, Maschinenbau und Schifffahrt, und sie sind für hohe Leistungen besser geeignet als 3003.

( Einen ausführlichen Vergleich mit 3003 lesen Sie im Artikel „3003 Aluminium vs. 6061, alles von ihrer Zusammensetzung und ihren Eigenschaften bis hin zu Anwendungsvorlieben) 

Legierung 5052

Diese Güte bietet im Vergleich zu 3003 auch mehr Festigkeit. Die Formbarkeit ist hoch und widersteht Korrosion in feuchter Atmosphäre. Zu den Rohrbiegeanwendungen zählen gängige Schiffsausrüstung, Hydraulikrohre und medizinische Geräte. 

Aluminiumlegierung 5083

Das auffälligste Merkmal der Aluminiumlegierung 5083 ist ihr hervorragendes Verhalten bei extremen Umweltbedingungen und hochfesten Anwendungen. Sie behält ihre hohe Festigkeit und sehr gute Korrosionsbeständigkeit im Meeresbereich. Darüber hinaus bietet sie ein Gleichgewicht zwischen mechanischer Festigkeit und Formbarkeit.

Rohrbiegerohre aus Aluminium 5083 werden häufig im Schiffsbau, bei Druckbehältern, Kraftfahrzeugen und Industrieanlagen verwendet. 

Wie wählt man die richtige Aluminiumlegierung zum Rohrbiegen aus?

Unabhängig davon, ob Sie sich dafür entscheiden, die Rohre zunächst aus einer Legierung herzustellen und dann zu biegen, oder ob Sie direkt Aluminiumrohre verwenden, müssen Sie einige Dinge bedenken, um die richtige Option zu finden.

1. Identifizieren Sie Ihre Anwendungsanforderungen wie mechanische Festigkeit, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Formbarkeit usw.
2. Berücksichtigen Sie die Dicke des Rohrmaterials entsprechend dem gewünschten Biegeradius, um Risse oder andere strukturelle Schwächungen zu vermeiden.
3. Auch der Anlasszustand ist wichtig, z.B. T4, T6 usw. 
4. Wenn Sie in großen Mengen produzieren, berücksichtigen Sie auch die Verfügbarkeit auf dem Markt und Schwierigkeiten in der Lieferkette. 

Wie berechnet man Biegeradien, Krümmung und K-Faktor? Formeln zum Rohrbiegen 

Um Risse, Festigkeitsverluste und Ausfälle zu verhindern, sind präzise Konstruktions- und Verarbeitungsvariablen wie Rohrdurchmesser, zulässige Radien, Biegekraft, Dicke usw. erforderlich. Um die optimalen Variablen zum Biegen von Aluminiumrohren zu finden, werden unterschiedliche Rohrbiegeformeln verwendet.

Sehen wir uns zunächst die grundlegenden Begriffe anhand einer schematischen Darstellung des Rohrbiegemechanismus an.

Rohrbiegen 

Biegebogen: Der gekrümmte Teil eines Rohres nach dem Biegen

Mittellinie des Rohrs: Die imaginäre Mittellinie des zylindrischen Rohres

Biegeradius: Der Winkel, in dem das Rohr gebogen wird, bezogen auf die Mittellinie. 

Beinlänge: Die Die geraden Abschnitte des Rohrs erstrecken sich von der Biegung. 

Außendurchmesser (OD): Das Maß über die äußere Breite des Rohrs.

Innendurchmesser (ID): Die Messung erfolgt über die gesamte Innenfläche des Rohrs, ohne Berücksichtigung der Dicke vom Außendurchmesser.

Woher; 

CLR = Mittellinienradius

OD = Außendurchmesser

DOB = Biegegrad (in Grad)

T = Wandstärke

t = Abstand von der Innenfläche zur neutralen Achse

Darüber hinaus ist der Hauptunterschied zu Berechnung der Blechbiegung ist Dicke und Biegeradius. Beim Rohrbiegen geht es um hohle Geometrien und es ist eine Unterstützung beim Aufbringen der Biegekraft erforderlich, beim Blechbiegen liegt der Schwerpunkt jedoch auf der Dicke der massiven Bleche. 

Welche Methode verwenden Maschinisten zum Biegen von Metallrohren?

Es gibt drei Hauptmethoden, die Ingenieure und Maschinisten zum Biegen von Aluminiumrohren verwenden: Rotationszug, Kompression und Rollrohrbiegen. Werfen wir einen Blick auf wie man Aluminium biegt Schläuche mit diesen drei Methoden in Kürze;

1. Drehzugbiegen

Rotationszugbiegen von Rohren 

Beim Rotationszugbiegen werden mehrere Matrizen verwendet, während je nach Größe und Biegekomplexität Dorne eingesetzt werden. Dabei wird ein Aluminiumrohr auf eine Biegematrize geklemmt, während mit einer Druckmatrize Druck ausgeübt wird, um das Rohr während der Biegung zu führen. Folglich beseitigt die Wischermatrize Falten an der Biegestelle. Während sich die Biegematrize dreht, formt sie das Rohr präzise auf den gewünschten Radius.

2. Kompressionsbiegen 

Druckbiegen von Rohren 

Es ist eine einfachere Methode und benötigt während des Biegevorgangs keinen Dorn im Rohr. Zwei Matrizen arbeiten zusammen, um die Biegungen zu erreichen; eine stationäre Matrize stützt das Rohr und eine Kompressionsmatrize schiebt das Rohr tangential entlang des Körpers der stationären Matrize. 

Obwohl das Kompressionsbiegen nicht so präzise ist wie das Rotationsziehen, können größere Biegeradien und dickere Aluminiumrohre bearbeitet werden.  

3. Rollenrohrbiegen 

Rollbiegen von Rohren

Bei der Rohrbiegemethode mit Rollen werden drei Rollen in einer dreieckigen Anordnung (normalerweise vertikal ausgerichtet) verwendet. Die unteren beiden Rollen unterstützen und lenken die Biegekrümmung, während der Abwärtsdruck der oberen Rollen das Rohr beim Durchlaufen in den gewünschten Radius biegt. Diese Methode wird hauptsächlich zum Biegen von Aluminiumrohren mit großen Radien und Biegelängen verwendet. 

Mehr lesen: Rohrbiegen: Methoden, Werkzeuge und Anwendungsbereiche

Biegen von Aluminium-Vierkantrohren 

Biegen von Vierkantrohren 

Das Biegen von Vierkantrohren ist nicht so einfach wie das Biegen von normalen zylindrischen Rohren. Normalerweise wird hierfür ein speziell für Vierkantrohre entwickelter Druckrohrbieger verwendet. Der Bieger enthält eine Matrize, die das Rohr hält und dort stützt, wo zum Biegen Kraft auf das Ende des Rohrs ausgeübt wird.

Ein weiterer Aspekt des Biegens von Vierkantrohren besteht darin, die Rohre zu erhitzen, um ihre Formbarkeit zu erhöhen, sodass sie gebogen werden können, ohne dass an den Kanten der Biegelinie Risse oder Brüche auftreten.

Manchmal schneiden Maschinisten auch von innen Kerben in die Biegeposition, wenn die gebogenen Rohre nicht für Anwendungen mit hoher Beanspruchung bestimmt sind. 

Unterschiede zwischen Rohrbiegen und Blechbiegen 

Das Biegen von Blechen und Rohren sind unterschiedliche Fertigungsverfahren; Blechbiegen beinhaltet eine Matrizen- und Stempelvorrichtung, um Arbeitsbleche in komplexe Teile zu biegen. Dabei werden Techniken wie Luftbiegen, Bodenbiegen, Rotationsbiegen, Prägen, Falten usw. angewendet. 

Rohrbiegen vs. Blechbiegen 

Abkantpressen werden hauptsächlich zum Biegen von Blechen, darunter auch Aluminiumblechen, verwendet. Sie können zu Gehäusen, Halterungen usw. verarbeitet werden. Darüber hinaus ist das Biegen von Blechen vielseitiger und hat andere Anwendungsmöglichkeiten als das Biegen von Rohren. 

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Was ist Formbarkeit? Welchen Einfluss hat sie auf das Rohrbiegen? 

 Die Formbarkeit eines Metalls bezieht sich auf seine Fähigkeit, in verschiedene Geometrien umgewandelt zu werden, ohne dass Materialrisse oder -einschnüre entstehen. Beim Biegen bedeutet eine höhere Formbarkeit, dass Metall engere Biegeradien und kompakte Biegegeometrien aufnehmen kann.  

Aluminiumlegierungen gelten als duktiles Material, was eine hohe Formbarkeit bedeutet, und Rohre können bei Biegevorgängen mit Defekten plastisch verformt werden. Wie eng Sie biegen können, hängt daher von der Dicke und dem Rohrdurchmesser ab. 

Andere beim Rohrbiegen verwendete Materialien 

Neben Aluminium können auch andere Metallrohre in die gewünschte Form oder Krümmung gebogen werden, wie zum Beispiel Biegen von Edelstahlrohren, Kupferrohre, Bronzerohre, Messingrohre usw. 

Obwohl zum Biegen dieser Metallrohre dieselben Methoden und Einrichtungen verwendet werden können, unterscheiden sich die Verarbeitungsparameter und die Schmierung voneinander.

• Edelstahl
• Alloy Steel
• Eisen
• Kupfer
• Messing
• Bronze

Diese Metallrohre haben unterschiedliche Anwendungsgebiete; das Biegen von Edelstahlrohren eignet sich besser für den strukturellen Einsatz, wohingegen kleine Kupfer- und Messingrohre häufig in der Elektronik-, Elektro- und Medizinbranche eingesetzt werden.

Industrielle Anwendungen zum Biegen von Aluminiumrohren

Gebogene Aluminiumrohre

Die Materialeigenschaften von Aluminium sind für zahlreiche Branchen von Vorteil. Das Biegen der Aluminiumrohre hilft bei der Herstellung unterschiedlicher Strukturen und Komponenten in den Bereichen Automobil, Architektur, Energie, Medizin usw.

Die folgende Tabelle zeigt, welche Arten von Produktteilen in verschiedenen Sektoren durch Biegen von Aluminiumrohren hergestellt werden.

Summieren 

Aluminiumrohre werden mit verschiedenen Methoden gebogen, um wichtige Teile für verschiedene Branchen herzustellen. Die Verwendung ist vielfältig und reicht von unseren Badezimmerarmaturen bis hin zu Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt. Mit den richtigen Verfahren und Überlegungen können Sie zylindrische, quadratische und andere Rohrtypen biegen. Darüber hinaus wirken sich auch die Materialeigenschaften von Aluminium auf die Biegequalität aus. Es ist leicht, hochdehnbare und formbare Legierungen wie 3003 zu biegen. 

Häufig gestellte Fragen

Wie biegt man Aluminiumrohre?

Zum Biegen von Aluminiumrohren können verschiedene Techniken angewendet werden: Rotationsziehen, Druck, Walzen, Kompression und Biegen. Normalerweise werden Dorne (feste Stäbe oder segmentierte Verbindungen) in die Aluminiumrohre eingeführt und mit einer geeigneten Technik gebogen.

Wie biegt man Vierkantrohre aus Aluminium? 

Sie können einen Rohrbieger mit Matrizen für Vierkantrohre verwenden, der das Rohr normalerweise festhält und einen gleichmäßigen Druck ausübt. Oft ziehen es Ingenieure vor, sie während oder kurz vor dem Biegevorgang zu erhitzen.

Was ist die Faustregel zum Biegen von Rohren?

Eine Faustregel für das Biegen von Rohren lautet: „Halten Sie einen Mindestbiegeradius von zwei Mal dem Außendurchmesser und nicht mehr als dem 7-fachen Durchmesser ein." 

Was ist der empfohlene minimale Biegeradius?

Der empfohlene Mindestbiegeradius für das Rohr beträgt das Zweifache seines Durchmessers. Beispielsweise kann ein Rohr mit 2 mm Durchmesser mit einem Radius von nur 40 mm gebogen werden.