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Ermittlung von Zusammenhängen zwischen den erforderlichen Drücken und Expansionsgeschwindigkeiten komprimierter Gase für das Hochgeschwindigkeitsumformen metallischer Blechwerkstoffe

 
: Neugebauer, Reimund; Scheffler, S.; Michael, D.; Eyerer, P.; Neutz, J.; Ebeling, H.

Kleiner, M. ; Deutsche Forschungsgemeinschaft -DFG-, Bonn:
DFG-Schwerpunktprogramm SPP 1098 - wirkmedienbasierte Fertigungstechniken zur Blechumformung. Abschlussbericht
Aachen: Shaker, 2006 (Berichte aus der Fertigungstechnik)
ISBN: 3-8322-5457-9
ISBN: 978-3-8322-5457-5
pp.481-491
German
Book Article
Fraunhofer IWU ()
Hochgeschwindigkeitsumformung; wirkmedienbasierte Umformung; Gasumformung; Gasgenerator; Gasgeneratortechnik; Blechumformung; Schneiden von Blech

Abstract
Die wirkmedienbasierte Fertigung von Blechformteilen auf der Basis komprimierter Gase ist für die Herstellung komplexer Bauteile und schwierig umformbarer Werkstoffe gut geeignet. Ausgehend von grundlegenden Untersuchungen der wirkmedienbasierten Umformung von Näpfen erstreckten sich die Arbeiten bis zur mittelgroßen Blechen. Dafür wurden zwei verschiedene Werkzeuge konstruiert. Das komprimierte Gas als Wirkmedium wurde von einem Gasgenerator erzeugt; die erzielten Drücke lagen im Bereich von unter 10 MPa bis zu 40 MPa. Die Druckaufbau-Zeiten lagen im Bereich von 30 ms bis 100 ms.
In ersten Projektabschnitt wurden geeignete Gasgeneratormaterialen ausgewählt. Kriterien hierfür waren: hohe Gasausbeute, schneller Druckaufbau, moderates Abbrandverhalten sowie geringe Bildung von Rückständen.
Mit zwei ausgewählten Gasgeneratormischungen wurden Napf-Tiefziehversuche mit Blechen aus Aluminium (EN AW-5754), Stahl (DC04) und Edelstahl (X5CrNi18-10) durchgeführt, um wesentliche Umformparameter zu bestimmen. Dies waren insbesondere Maximaldruck, Druckanstiegsgeschwindigkeit, Einlaufradius der Matrize sowie die Ausformung der Bodenradien der Näpfe. Durch eine instrumentierte Bodenplatte im Werkzeug konnte der zeitliche Verlauf der Ausformung des Napfbodens bestimmt werden. Diese Ergebnisse dienten als Parameter für eine Simulation des Umformvorgangs.
Mit den so gewonnenen Ergebnissen und Erfahrungen wurden die Exprimente mit einem Realteil (Modell-Motorhaube im Maßstab 1:2,5) fortgeführt. Dazu wurde ein bestehendes Werkzeug so modifiziert, dass zwei Gasgeneratoreinheiten und Drucksensoren integriert werden konnten. Die Gasgeneratoren bestanden aus Doppelkammern, die zeitlich versetzt gezündet wurden, um die Druckaufbauzeiten zu variieren. Hiermit gelang es, bei Drücken unterhalb 20 MPa, eine fast vollständige Umformung der Motorhauben zu erreichen.

 

The medium-based manufacturing of sheet metal parts based on compressed gases is well suited to the production of complex construction parts and also for difficult-to-form materials. On the basis of fundamental investigations for medium-based forming the work ranged from cup-size up to medium sized sheet metal parts. For this two different tools were designed. The compressed gas used as a medium was produced by a gas producer; the obtained pressures lay within the range from under 10 MPa up to 40 MPa. Times of pressure build-up lay within the range from 30 to 100 ms.
In the first phase of the project section suitable gas producers were selected. The criteria for this included: high value of produced gas, fast pressure build-up, moderate combustion behaviour as well as small formation of residues. With two selected gas producer mixtures, cup forming tests with sheet metals made of aluminium (EN AW-5754), steel (DC04) and high-grade steel (X5CrNi18-10) were done to determine the significant forming parameters. These were maximum pressure, increase of pressure speed, radii of the die and the resulting radii of the bottom part of the cups.
The end-forming of the cup could be determined by an instrumented base plate in the tool. These results served as parameters for a simulation of the forming process. With these research results experiments with a real part (model hood on a scale 1:2,5) were conducted. An existing tool was modified so that two gas producer units and pressure sensors could be integrated. The gas producers consisted of double chambers, which were ignited separately in order to vary the pressure build-up times. As a result, a nearly complete shaping of the hoods was possible with pressures below 20 Mpa.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-64682.html