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Wirkmedienbasierte Blechumformung: Grundlagenuntersuchungen zum Einfluss von Werkstoff und Bauteilgeometrie
Dr. Martino Celeghini Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. mult. Dr. h.c. Manfred Geiger Zusammenfassung der Dissertation Die wirkmedienbasierte Blechumformung stellt eine innovative Fertigungstechnologie dar, mit der komplexe Hohlkörper mit optimalen Leichtbaueigenschaften hergestellt werden können. Die Arbeit versucht, das vorhandene Wissensdefizit bei der wirkmedienbasierten Umformung mit Hilfe von einfa-chen, handlichen, aber effektiven Methoden zu beheben. Durch die Identifikation der geometrischen und werkstoffspezifischen Haupteinflussfaktoren auf die Umformergebnisse gelingt es, die Grundge-setze dieses Verfahrens zu verstehen und zu erfassen. Diese Methoden stellen eine konkrete Hilfe in der späteren Umsetzung des Verfahrens, sowohl in der Phase der Bauteilauslegung, als auch wäh-rend der Werkzeugkonstruktion, Versuchsdurchführung und Produktion dar. Auf Basis der analytischen Beschreibung der hydraulischen Tiefung eines Blechs durch eine ellipti-sche Matrizenöffnung, unter Berücksichtigung der Werkstoffanisotropie und des Einflusses des Zieh-radius, wurde ein erster Formfaktor definiert. Dieser Formfaktor ist hauptsächlich durch die Form und Größe der Matrizenöffnung bestimmt und dient zur Charakterisierung der betrachteten Matrizenöff-nung im Bezug auf den Widerstand gegen den Innendruck bei der Umformung eines Blechs. Im Fall komplexer, nicht elliptischer Matrizenöffnungen, werden die signifikanten Bereiche der Matrize durch mehrere einbeschriebene Ellipsen angenähert. Der Einfluss der Bauteiltiefe wurde durch die Definition eines zweiten Formfaktors berücksichtigt, der aus dem Verhältnis der tatsächlichen Ziehtiefe und der Polhöhe beim Erreichen der plastischen Instabilität in der Streckziehumformung definiert wird. Dieser Faktor kann für verschiedene Bauteilbereiche durch die vorgeschlagene Näherungsmethode mittels einbeschriebener Ellipsen berechnet werden und liefert eine erste Schätzung der kritischen Stellen. Durch eine weitere Vereinfachung des analytischen Modells konnte die formgebundene Aufweitung für unterschiedliche Werkzeuggeometrien modelliert werden. Dabei zeigte sich, dass die Matrizenöff-nung einen erheblichen Einfluss nicht nur auf die freie, sondern auch auf die formgebundene Aufwei-tung hat. Insbesondere wurde gezeigt, dass die Kantenprofile nicht durch Viertelkreise, sondern eher durch Viertelellipsen abgebildet werden können. Auf Basis des analytischen Modells wurde ein Werkstofffaktor definiert, der zur Charakterisierung und Klassifizierung von Werkstoffen unterschiedlicher Festigkeit und Blechdicke bei der wirkmedienbasier-ten Umformung dient. Hohe Werte des Faktors deuten auf hohe Innendrücke im Umformprozess hin. Weiterhin wurde der Einfluss der Werkstoffeigenschaften auf die Prozessfenster experimentell unter-sucht. Dabei wurde ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen den Prozessparametern Berstdruck sowie optimale Niederhalterkraft und dem Werkstofffaktor festgestellt. Bei der Doppelblechumformung dient die Analyse der Werkstofffaktoren der beiden Bleche zur Klassifizierung der ausgewählten Werkstoffkombinationen. Sind die zwei Werte sehr unterschiedlich, wird eine ungleichmäßige Bauteil-ausformung stattfinden. Dabei treten Werkstoffversagen im Blech mit dem geringeren Faktor und Fal-tenbildung im Blech mit dem größeren Faktor auf. Bei Blechpaarungen mit extrem unterschiedlichen Werkstofffaktoren kann eine Verringerung der Ziehtiefedurch Stützung durch einen Außendruck das vorzeitige Versagen im Blech mit dem geringeren Faktor verhindern. Weiterhin wurden verschiedene Hinweise zur verfahrensgerechten Bauteilgestaltung und Prozessaus-legung, sowie mehrere systemtechnische Maßnahmen zur Erhöhung der Prozessrobustheit und zur Erweiterung der Formgebungsgrenzen vorgeschlagen. Insbesondere stellt der Einsatz eines im Wirk-medium gemischten Dichtstoffs eine innovative Technik zur inneren Abdichtung der Bauteile im Pro-zess dar. Mit Hilfe dieser Technologie können höhere Umformgrade und robustere Prozesse erreicht werden. < zurück |
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