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EFB-Forschungsbericht Nr. 114

Untersuchungen zum Umformen und Lochen mit Innenhochdruck von Rohren mit örtlich unterschiedlichen stofflichen und geometrischen Eigenschaften

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c.mult. Friedhelm Lierath, Dr.-Ing. Andreas Eichhorn, Dipl.-Ing. Falk Häfke, Dipl.-Ing. Sebastian Motsch, Institut für Fertigungstechnik und Qualitätssicherung der Universität Magdeburg

160 Seiten (Sw 95, teils farbige Abb., 10 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-246-5

Preis (Digital) EUR 69,00

Preis (Print) EUR 77,00

Schlagworte: Innenhochdruck, Blechdicke, Querschnitt

Zusammenfassung

Die vorliegende Arbeit setzt sich mit den Möglichkeiten des Umformens und Lochens mit lnnenhochdruck, insbesondere von Rohren mit über der Länge und dem Querschnitt unterschiedlichen stofflichen und geometrischen Eigenschaften (tailored tubes) auseinander. Es werden Ergebnisse bezüglich der Schwerpunkte Ausgangsteileigenschaften, Verfahrensgrundlagen, -parameter und -grenzen sowie Endteileigenschaften dargestellt.

Beim Innenhochdruckumformen von tailored tubes unterschiedlicher Wanddicke zeigten sich deutliche Grenzen des axialen Nachschiebens. Aufgrund der unterschiedlichen Steifigkeiten der Fügepartner kann Werkstoff aus Stabilitätsgründen nicht effektiv nachgeschoben werden. Aus diesem Grund sollte die Hauptumformzone, d.h. das auszuformende Nebenformelement innerhalb des verstärkten Rohrabschnittes liegen, wobei sich die Formänderungsgrenzen denen beim Innenhochdruckumformen durch Aufweiten nähern. Bei gleicher Wanddicke und unterschiedlichen Werkstoffen ist die Umformung weniger problematisch, da effektiv Werkstoff in die Umformzone nachgeschoben werden kann. Generell wird der für die Umformung notwendige Innendruck vom dickeren bzw. höherfesten Rohrabschnitt bestimmt, während die Umformgrenzen vom Rohrabschnitt mit der geringeren Wanddicke bzw.Festigkeit abhängen.

Das Innenhochdrucklochen ist in den Verfahrensvarianten Lochen mit Lochstempel und Lochen mit Lochring möglich, wobei aufgrund der Unterschiede in Lochvorgang und -ergebnis eine getrennte Bewertung notwendig ist. Beim Lochen mit Lochstempel ist die Ausbildung eines Einzuges nicht vermeidbar, allerdings kann dessen Größe durch die Höhe des Stützdruckes beeinflußt werden. Mit höherem Stützdrücken wachsen die Lochkräfte. Ein äquidistanter Lochstempel verbessert gegenüber einem Lochstempel mit ebener Stirnfläche die Lochergebnisse beträchtlich. Tailored Tubes mit gleicher Blechdicke lassen sich lassen sich gut lochen, bei tailored tubes mit unterschiedlichen Blechdicken und Querschweißnähten ist aufgrund des Dickensprunges ohne besondere Vorkehrungen kein erfolgreiches Lochen möglich. Mehrfachlochungen lassen sich bei dieser Variante durch ein druckbeaufschlagtes Zurückziehen des Stempels und Abdichten des Loches durch den Lochbutzen realisieren. Das Lochen mit Lochring ist mit geringen geometrischen Abweichungen verbunden. Es werden aber, im Vergleich zu den Stützdrücken beim Lochen mit Lochstempel, deutlich höhere Innendrücke für einen erfolgreichen Lochvorgang benötigt. ln vielen Fällen genügt zum Abstützen ein Stempel mit ebener Stirnfläche. Mit dieser Lochvariante lassen sich sowohl tailored tubes mit unterschiedlicher Blechdicke als auch mit unterschiedlicher Festigkeit relativ problemlos lochen. Als Variante für Mehrfachlochungen bietet sich das Lochen mit elastischem Kissen an.

Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Das Forschungsvorhaben „Untersuchungen zum Umformen und Lochen mit Innenhochdruck von Rohren mit örtlich unterschiedlichen stofflichen und geometrischen Eigenschaften“ wurde unter der Fördernummer AiF 10411B 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. 114 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen und Einheiten
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Vorbemerkungen
2.2 Endteilnahe Ausgangsteile
2.2.1 Tailored blanks als endteilnahe Ausgangsteile
2.2.2 Tailored tubes als endteilnahe Ausgangsteile
2.3 Innenhochdruckverfahren
2.3.1 Grundlagen zum Innenhochdruckumformen
2.3.2 Grundlagen zum Innenhochdrucklochen
2.4 Fazit aus dem Stand der Technik
3 Zielstellung
4 Versuchsprogramm
4.1 Stoffliche und geometrische Eigenschaften der Ausgangsteile
4.2 Geometrie der Formelemente / Lochgeometrien
4.3 Versuchsplan
4.4 Versuchseinrichtung
4.4.1 Übersicht
4.4.2 Schließ- und Haltevorrichtung I Werkzeug
4.4.3 Druckerzeugung
4.4.4 Dichtsystem
4.4.5 Meß- und Steuerungstechnik
4.5 Versuchsdurchführung
4.5.1 Versuchsablauf
4.5.2 Meßgrößen I Meßverfahren
5 Untersuchungsergebnisse
5.1 Innenhochdruckumformen
5.1.1 Allgemeines
5.1.2 Tailored tubes verschiedener Wanddicke, gleicher Werkstoffe
5.1.3 Tailored tubes gleicher Wanddicke, verschiedener Werkstoffe
5.1.4 Verfahrensabschätzung des IHU bei Rohren mit Außenflansch
5.2 Innenhochdrucklochen
5.2.1 Grundlagen
5.2.2 Lochen mit Lochstempel
5.2.3 Lochen mit Lochring
5.2.4 Theoretische Betrachtungen zur Berechnung von Lochkraft und Lochdruck
6 Zusammenfassung und Ausblick
7 Literatur
Verzeichnis der Bilder
Verzeichnis der Tabellen
Anhang