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EFB-Forschungsbericht Nr. 254

Innenhochdruckumformen von Magnesiumrohren bei Erwärmung der Ausgangsteile über das Wirkmedium

EFB254.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Molitor, Prof. Dr.-Ing. Andreas Eichhorn, Dipl.-Ing. Dirk Bietke, Dipl.-Ing. Frank Meyer, Institut für Fertigungstechnik und Qualitätssicherung Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

104 Seiten (sw 55, teils farbige Abb., 6 Tab)

ISBN: 978-3-86776-214-4

Preis (Digital) EUR 47,00

Preis (Print) EUR 52,40

Zusammenfassung

Der vorliegende Abschlussbericht behandelt das Warm-Innenhochdruckumformen (W-IHU) von Magnesiumrohren. Die Erwärmung der Ausgangsteile erfolgt primär über das Wirkmedium, ergänzt durch eine Werkzeugerwärmung.

Gegenstand der Untersuchungen sind dabei die folgenden Schwerpunkte:

  • wissenschaftlich-technische Konzipierung, Entwicklung und Realisierung einer Versuchsanlage zum Warm-Innenhochdruckumformen von Mg-Rohren,
  • Umformtechnische Untersuchungen zum Warm-Innenhochdruckumformen von Mg-Rohren.

Im Stand der Technik wird zunächst der Werkstoff Magnesium beschrieben, wobei insbesondere auf seine Eigenschaften und Verwendung als Konstruktionswerkstoff eingegangen wird. Darüber hinaus wird der Stand der Forschung zur Mg-Blechumformung beschrieben und bewertet.

Die im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojektes entwickelte Versuchanlage zum Warm-Innenhochdruckumformen von Mg-Rohren wird ausführlich beschrieben.

Dabei werden die Komponenten der Anlage erläutert und der Funktionsablauf des W-IHU-Prozesses beschrieben. Separat werden die Temperaturmessung und die Temperaturverteilung behandelt. In der umfassenden Beschreibung der W-IHUVersuchsanlage widerspiegelt sich die wissenschaftlich-technische Entwicklungsarbeit bezüglich konstruktiver Auslegung und der Steuerung bzw. Regelung des Prozesses.

Die stranggepressten und die längsnahtgeschweißten Rohre aus der Mg-Legierung AZ31 werden hinsichtlich ihrer stofflichen und geometrischen Ausgangsteileigenschaften dokumentiert. Für den Grundvorgang Innenhochdruckumformen des Formelementes "Zylindrische Aufweitung" werden zu den Verfahrensvarianten Innenhochdruckweiten und Innenhochdruckweitstauchen bestimmende Verfahrensparameter und -grenzen ermittelt und dargestellt. Haupteinflussparameter sind dabei der Formelementdurchmesser, die Wirkmedientemperatur sowie der axiale Nachschiebeweg.

In Abhängigkeit dieser Einflüsse werden charakteristische Prozessfenster angegeben.

Die nach dem Umformvorgang vorliegenden Endteile werden hinsichtlich ihrer stofflichen und geometrischen Eigenschaften über Härte-, Wanddicken- sowie Formelementradienmessungen bewertet. Zusätzlich wird der Einfluss der Werkzeugtemperatur auf den Umformvorgang untersucht.

Mit den Erkenntnissen zur technischen Umsetzung einer Versuchsanlage sowie den dargestellten Ergebnissen zum Warm-Innenhochdruckumformen von Mg-Rohren wird eine wichtige Grundlage für die Realisierung dieser Verfahrensvariante und ihre Weiterentwicklung für eine industrielle Nutzung, insbesondere im Hinblick auf innovative Leichtbaulösungen, geschaffen.

Das Forschungsvorhaben "Innenhochdruckumformen von Magnesiumrohren bei Erwärmung der Ausgangsteile über das Wirkmedium" wurde unter der Fördernummer AiF 13826BR/1 von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der
Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 254 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Summary

The present final report deals with the of magnesium tubes. The heating of the tubes was realised by the active fluid medium, supplemented with a heated forming tool.

Subject of the investigations are thereby the following main points:

  • scientific and technical design, development and construction of a pilot plant for heat-hydroforming
  • investigation of the heat-hydroforming process of magnesium tubes.

First the special character and the use of the material magnesium are described in the state of the technology. Furthermore the state of research in the field of magnesium sheet metal forming is analysed.

The parts of the implemented pilot plant are described in detail. The functional procedure of the heat-hydroforming process is also delineated. The development work is documented in the specification of the pilot plant.

The material and geometric properties of the extruded and the welded tubes, made of the magnesium alloy AZ31, are examined and reported. Object of investigation is the shaped element "cylindrical bulging out", as a basic element of a hydroforming process. The heat-hydroforming was realised without and with additional axial forces.

Main parameters were the diameter of the shaped element, the temperature of the fluid and the distance of axial compression. The technological realization as a function of these process parameters is examined systematically and is represented in the form of process windows. The hardness, the wall thickness and the radius at the shaped element are measured and estimated. Additional the influence of the tool temperature is investigated.

A knowledge base was created with the represented results of the systematic examinations to the heat-hydroforming of magnesium tubes. On this basis the heathydroforming can developed to a manufacturing alternative in the industrial practice.

Inhalt

Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen und Einheiten
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Der Werkstoff Magnesium und seine Legierungen
2.2 Technischer Einsatz von Magnesiumwerkstoffen
2.3 Umformen von Magnesium-Werkstoffen
2.4 Zusammenfassung zum Stand der Technik
3 Zielstellung
4 Untersuchungsprogramm
4.1 Versuchsplan
4.2 Messgrößen, Messverfahren
4.3 FEM-Simulation
5 Versuchsanlage Warm-Innenhochdruckumformen
5.1 Vorbemerkungen
5.2 Komponenten der Versuchsanlage
5.3 Funktionsablauf Warm-Innenhochdruckumformen
5.4 Temperaturmessung
5.5 Schmierstoff
5.6 Mess- und Steuerungsabläufe
5.6.1 Vorbemerkungen
5.6.2 Aufbau der Prozessmessung, -steuerung und -regelung
5.6.3 Temperaturreglung
5.7 Temperaturverteilung
6 Ausgangsteile
6.1 Rohrherstellung, Besonderheiten
6.2 Mechanische Kennwerte, Fließkurven
6.3 Härte
6.4 Wanddicke
7 Umformtechnische Untersuchungsergebnisse
7.1 Vorbemerkungen
7.2 Innenhochdruckweiten
7.3 Innenhochdruckweitstauchen
7.4 Prozessfenster
7.5 Einfluss der Werkzeugtemperatur
7.6 Geschweißte Rohre
8 Zusammenfassung und Anwenderrichtlinie
9 Literaturverzeichnis
10 Anhang: Werkzeuggeometrien und Farbdarstellungen