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EFB-Forschungsbericht Nr. 298

Komplexes Beschneiden von Umformwerkstücken mittels Gasgeneratortechnologie

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Reimund Neugebauer, Dipl.-Ing. Sören Scheffler, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU Chemnitz - Prof. Dr. Peter Eyerer, Dipl.-Ing. Jochen Neutz, Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT Pfinztal

82 Seiten (sw, 53 Abb., 8 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-333-2

Preis (Digital) EUR 51,00

Preis (Print) EUR 57,00

Zusammenfassung

Das Ziel des Projektes bestand darin, den Beschnitt von komplexen Bauteilgeometrien mittels Gasgeneratortechnologie nachzuweisen.

Von besonderem Interesse ist dieses Verfahren, da durch die Nutzung des Wirkmediums Gas und dessen allseitige und gleichmäßige Ausbreitung ein Beschnitt in jede Raumrichtung ermöglicht wird. Dies stellt eine bedeutende Alternative für auszuführende Schneidoperationen dar, die nicht in direkter Hauptwirkrichtung der genutzten Anlage liegen.
Für diese Fälle muss bisher ein werkzeugtechnisch aufwendiges System (Keilschieber) eingesetzt werden, das zudem Randbedingungen wie Kraft- und Platzbedarf unterliegt und u.U. auf mehrere Folgeoperationen verteilt werden muss.

In Vorversuchen ICT wurden mit der ballistischen Bombe optimierte chemische Zusammensetzungen getestet, eine für Aluminium eine für Stahl, deren Wirkweise und Effizienz durch Einsatz von Düsen noch verstärkt werden konnte.

Im Projekt wurden konventionell umgeformte Näpfe aus einem Aluminiumwerkstoff (AA6016) und einem Stahlwerkstoff (H320) im Bereich des Bodenradiuses (45° zur Wirkrichtung der Anlage) und dem Bereich der Zarge (90° zur Wirkrichtung der Anlage) gelocht. Die für den Schneidvorgang notwendigen Drücke wurden ab Zündzeitpunkt innerhalb von 12…20 ms aufgebaut, wobei der dabei erreichte maximale Druck entsprechend der genutzten Gasgeneratormenge (12 … 18 g) zwischen 50 und 120 MPa lag.

Die Ausbildung der Schnittkanten erfolgte aufgrund der hohen Geschwindigkeiten gratfrei und durch die Nutzung der auf die unterschiedlichen Werkstoffe abgestimmten Gasgeneratoren auch nahezu rückstandsfrei.

Für den praxistauglichen Einsatz der Technologie wurde ein Werkzeugkonzept entwickelt, was auf einem Basiswerkzeug mit kompletter Funktionsintegration aufbaut. Ausgetauscht werden müssen dabei nur noch Wechselelemente, die die Form des Fertigteils (für Umformen mit Gasgeneratoren) und Schneideinsätze (für Beschnitt mittels Gasgeneratoren) aufweisen. Die Gasgeneratoren selbst werden patroniert und auf den jeweiligen Einsatzfall abgestimmt durch entsprechende Lieferanten gestellt.
Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben „Komplexes Beschneiden von Umformwerkstücken mittels Gasgeneratortechnologie“ wurde unter der Fördernummer AiF 14886BG von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 298 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich. 

Inhalt

1 Kurzfassung
2 Forschungsthema
3 Wissenschaftlich- technische und wirtschaftliche Problemstellung
3.1 Ausgangssituation
3.2 Stand der Forschung
3.2.1 Ergebnisse der Literaturrecherche
3.2.2 Eigene Vorarbeiten
4 Lösungsweg
4.1 Forschungsziel
4.2 Angestrebte Forschungsergebnisse
4.3 Innovativer Beitrag der angestrebten Forschungsergebnisse
4.4 Lösungsweg zur Erreichung des Forschungsziels und Arbeitspakete
4.5 Formulierung des Gasgenerators
4.5.1 Allgemeine Charakterisierung
4.5.2 Parameter zur Charakterisierung des Abbrandverhaltens von Gasgeneratoren
4.5.3 Zusammensetzung der Gasgenerator-Mischungen
4.5.4 Charakterisierung des innballistischen Verhaltens
4.5.5 Sicherheitstechnische Charakterisierung der Gasgeneratoren
4.6 Erarbeitung Anforderungsbild für Werkzeugintegration
4.7 Versuchsvorbereitung
4.8 Experimentelle Untersuchungen
4.8.1 Versuchsaufbau
4.8.2 Versuchsergebnisse
4.9 Versuchsauswertung
4.9.1 Notwendiger Schneiddruck
4.9.2 Beurteilung Schneidkantenqualität und Gefüge
4.9.3 Neues Werkzeugkonzept
5 Wirtschaftliche Bedeutung des Forschungsthemas für kleine und mittlere Unternehmen (KMU)
5.1 Voraussichtliche Nutzung der angestrebten Forschungsergebnisse
5.2 Möglicher Beitrag zur Steigerung der Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der KMU
6 Umsetzung der angestrebten Forschungsergebnisse
7 Zusammenfassung
8 Durchführende Forschungsstellen
9 Literaturverzeichnis
10 Abbildungsverzeichnis
11 Tabellenverzeichnis