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EFB-Forschungsbericht Nr. 319

Beschneiden von Hohlprofilen mit dem impulsmagnetischen Schneidverfahren

efb319.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Hartmut Hoffmann, Dipl.-Ing. Paul Maier-Komor, utg Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen der TU München

86 Seiten (sw, 57 Abb., 6 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-355-4

Preis (Digital) EUR 52,00

Preis (Print) EUR 59,00

Zusammenfassung

Der Einsatz von geschlossenen Profilen ist beispielsweise im Anlagen- oder Behälterbau oder als konstruktives Mittel für den Leichtbau bei Kraftfahrzeugen unabdingbar. Solche Profile benötigen aber - wie alle anderen Bauteile auch - eine oder sogar mehrere Trennoperation. Im einfachsten Fall ist dies das Beschneiden. Das konventionelle Normalschneiden kann für solche Anwendungen nur mit Werkzeugen, welche eine extrem aufwändige Kinematik zur Umlenkung der Hubbewegung in eine radiale aufweisen, angewendet werden. Deswegen müssen bei komplizierteren Schnittliniengeometrien diese Trennaufgaben spanend oder mit dem Laser durchgeführt werden. Diese Verfahren haben aber das Problem langer Stückzeiten und hoher laufender Kosten.

Das Impulsmagnetschneiden (IMS) ist ein auf Wirkenergie basierendes Verfahren, das sowohl die Möglichkeit bietet, flache wie auch Bauteile mit geschlossenem Profil zu trennen. Zum IMS gibt es bisher nur Veröffentlichungen zum Trennen von flachen Bauteilen und zum Trennen von Profilen mit der Expansion. In letzterer Veröffentlichung wurde nachgewiesen, dass das Trennverfahren für Hohlprofile anwendbar ist und auf Grund der erreichbaren Schnittflächenqualität und der sonstigen Rahmenbedingungen sehr vielversprechende Möglichkeiten für industrielle Anwendungen bietet.

Für den Einsatz des Verfahrens fehlen jedoch noch Untersuchungen zur Umsetzbarkeit verschiedener Schnittlinien- und Profilgeometrien, sowie Aussagen zum Einsatz der Kompression und der Kompression mit Feldformer. Diese Lücke wurde mit diesen Untersuchungen geschlossen. Die Möglichkeit des Schneidens komplexer Schnittliniengeometrien und unterschiedlicher Profilgeometrien mit dem IMS wurde nachgewiesen. Zusätzlich werden Empfehlungen zum Einsatz der verschiedenen Magnetfeldformen gegeben und der Einfluss diverser Prozessparameter auf den Schneidprozess quantifiziert. Das Forschungsziel, die Ableitung von Richtlinien für die Anwendung des Impulsmagnetschneidverfahrens, wurde erreicht.

Das Forschungsvorhaben „Beschneiden von Hohlprofilen mit dem impulsmagnetischen Schneidverfahren“ wurde unter der Fördernummer AiF 15453N 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. 319 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Abstract

The use of closed profiles is indispensible in areas such as plant or tank construction or as a constructive method for lightweight construction in motor vehicles. However, these profiles require – as do all other parts – one or more separating operations. In the simplest case, this is trimming. In the case of closed profiles, conventional cutting can only be carried out on a complex cutting tool which is capable of transforming the vertical motion of the press into a radial motion. Because of this, for complicated cut line geometries, such an operation must be carried out either by chipping or by laser cutting. These processes however have the disadvantage of having longer produc-tion times per part and high costs.

Impulse magnetic cutting (IMC) is a process based on active energy which offers the possibility of cutting flat as well as closed-profile parts. Up to now, publications on IMC have only dealt with the cutting of flat parts and the cutting of profiles with the expansion. The latest results published show that the process can be applied to hollow profiles and that because of the achievable cutting surface quality and the re-maining boundary conditions, the process holds a great deal of promise for industrial applications.

Before the process can be applied however, it remains to investigate whether the process can be transferred to various cutting lines and profile geometries, as well as to obtain results for the application of compression and compression with field former.

This gap is filled by these investigations. The viability of cutting complex cut line ge-ometries and various profile geometries with IMC is proven. Additionally, recommen-dations are made for the application of various magnetic field forms and the influence of a range of process parameters on the cutting process is quantified. The goal of the research, the formulation of guidelines for the application of impulse magnetic cutting, was attained.

Inhalt

Kurzzusammenfassung
Abstract
Inhaltsverzeichnis
Verzeichnis der verwendeten Kurzzeichen
1 Einleitung
2 Grundlagen und Stand der Technik
2.1 Trennen von dünnwandigen Hohlprofilen
2.2 Allgemeines Grundprinzip der Impulsmagnetischen Verfahren
2.3 Kompressionsspule mit Feldformer
2.4 Prinzip des Impulsmagnetischen Schneidens
2.5 Einteilung des IMS in die DIN
2.6 Schnittflächencharakterisierung
3 Zielsetzung und Aufgabenstellung
4 Versuchs- und Messeinrichtung
4.1 Versuchseinrichtung
4.1.1 Stoßstromanlage
4.1.2 Expansionsspule
4.1.3 Werkzeug für die Expansionsspule
4.1.4 Kompressionseinheit
4.2 Messeinrichtung
4.2.1 Hochgeschwindigkeitskamera
4.2.2 Rogowskispule
4.2.3 Digitales Oszilloskop
4.2.4 Profilmessplatz
5 Arbeitsplan und Vorgehensweise
6 Experimentelle Versuche
6.1 Ausgangssituation
6.2 Schneiden mittels Kompression
6.2.1 Auslegung der Kompressionsspule
6.2.2 Auslegung des Werkzeugs für die Kompression
6.3 Schneiden mittels Kompression und Feldformer
6.3.1 Auslegung der Feldformer
6.3.2 Auslegung des Werkzeugs für die Kompression und Feldformer
7 Versuchsergebnisse
7.1 Schneidgeschwindigkeit
7.2 Schnittflächenkenngrößen
7.3 Schnittliniengeometrien
7.3.1 Qualität der Schnittliniengeometrien
7.4 Schneidenergiebedarf
7.4.1 Einfluss der Form des Impulsmagnetfeldes
7.4.2 Einfluss des Halbzeugwerkstoffs
7.4.3 Einfluss der Blechdicke
7.4.4 Einfluss der Schnittliniengeometrie
8 Simulation
8.1 Modellbildung
8.2 Validierung
8.2.1 Validierung anhand der Umformgeschwindigkeit und des -verhaltens
8.2.2 Validierung anhand der Schnittfläche
8.2.3 Validierung anhand der notwendigen Schneidenergie
8.3 Ergebnisse der Simulation
8.3.1 Ablauf des Impuslmagnetschneidens
8.3.2 Spannungsanalyse
8.3.3 Schneidenergiebedarf
9 Anwendungsrichtlinien
10 Zusammenfassung
11 Verzeichnisse
11.1 Abbildungsverzeichnis
11.2 Tabellenverzeichnis
11.3 Literaturverzeichnis