Innenhochdruckumformung von BlechenBearbeiten
Dieses Verfahren basiert auf dem Patent für Innenhochdruckumformung aus den 1950er Jahren von Fred Leuthesser, Jr. und John Fox von der Schaible Company in Cincinnati, Ohio, in den Vereinigten Staaten. Ursprünglich wurde es für die Herstellung von Küchengarnituren verwendet. Bei der Innenhochdruckumformung von Blechen unterscheidet man zwischen der Blasenformung (bei der eine Blase die Flüssigkeit enthält und keine Flüssigkeit mit dem Blech in Berührung kommt) und der Innenhochdruckumformung, bei der die Flüssigkeit mit dem Blech in Berührung kommt (keine Blase). Blasenformung wird manchmal auch als Flexforming bezeichnet. Das Umformen, bei dem die Flüssigkeit in direktem Kontakt mit dem Teil steht, kann entweder mit einem massiven Stempel (diese Version wird auch als hydromechanisches Tiefziehen bezeichnet) oder mit einer Matrize erfolgen. Beim hydromechanischen Tiefziehen wird ein Werkstück auf einen Ziehring (Niederhalter) über einem Stempel gelegt, dann umgibt eine Hydraulikkammer das Werkstück, und ein relativ geringer Anfangsdruck presst das Werkstück gegen den Stempel. Der Stempel wird dann in die Hydraulikkammer gehoben und der Druck auf bis zu 100 MPa (15000 psi) erhöht, wodurch das Werkstück um den Stempel herum geformt wird. Dann wird der Druck abgelassen, der Stempel zurückgezogen, die Hydraulikkammer angehoben, und der Vorgang ist abgeschlossen.
Unter diesen Techniken ermöglicht die hydraulische Wulstprüfung eine erhöhte Kaltverfestigung von Blechmaterial durch ausgeprägte Streckvorgänge und bietet eine bessere Formgenauigkeit für komplexe Teile. Durch die Auswahl des richtigen Werkstoffs und der Umformparameter für die hydraulische Blechwölbungsprüfung können daher Grenzformänderungskurven (FLCs) ermittelt werden.
Bedeutung
- Die hydraulische Beulprüfung ist für die Blechumformung besser geeignet, da der Verformungsmodus eher biaxial als uniaxial ist. Außerdem liefert sie Fließkurven für Materialien mit einem erweiterten Bereich plastischer Dehnungen von bis zu 70 %, bevor ein Bersten auftritt.
- Es ist hilfreich, die FLCs zu erzeugen, die eine zuverlässige Referenz für den expliziten Solver wie LS-DYNA darstellen. Diese erhaltenen FLCs werden als Lastkurveneingabe für solche Solver für die Analyse verwendet.
- FLCs dienen auch am besten für die Identifizierung der genauen Zone für Umformvorgänge, ohne mit lokalisierten Einschnürungen und anderen möglichen Defekten während der Umformung beeinträchtigt zu werden.
- Hydraulische Ausbeulversuche wären hilfreich, um den Verfestigungskoeffizienten „n“ (d.h..
- Ein einfacher und vielseitiger Ansatz.
- Eine kontrollierte Druckverteilung über die Oberfläche des Teils während der Umformung kann verwendet werden, um die Blechdicke zu „kontrollieren“ und lokale Einschnürungen zu verschieben.
- Die Verwendung von Werkzeugen mit nur einer Formfläche spart Zeit und Kosten bei der Herstellung von Werkzeugen. Das Fehlen eines starren Werkzeugkontakts auf einer Oberfläche verringert auch die Oberflächenreibung und damit Oberflächenfehler, was zu einer guten Oberflächengüte führt.
Alternative Bezeichnungen, andere Varianten und ähnliche VerfahrenBearbeiten
- Hydromec (Hydromechanisches Tiefziehen)
- Aquadraw
- Bulge forming
- Explosive forming
- Für große Teile, Bei der explosiven Innenhochdruckumformung wird der Umformdruck einfach durch die Explosion einer Ladung über dem Teil (mit evakuierter Form) erzeugt, das in ein Wasserbecken getaucht ist. Die Werkzeuge können wesentlich billiger sein als die, die für ein pressenartiges Verfahren erforderlich wären. Das Hydroforming-in-a-mold-Verfahren funktioniert auch nur mit einer Stoßwelle in Luft als Druckmedium. Vor allem, wenn sich die Sprengstoffe nahe am Werkstück befinden, wird das Ergebnis durch Trägheitseffekte komplizierter als bei der Umformung durch hydrostatischen Druck allein.
- Gummikissenumformung
Innenhochdruckumformung von RohrenBearbeiten
Bei der Innenhochdruckumformung von Rohren gibt es zwei Hauptverfahren: das Hochdruck- und das Niederdruckverfahren.Beim Hochdruckverfahren wird das Rohr vollständig in einer Matrize eingeschlossen, bevor es unter Druck gesetzt wird. Beim Niederdruckverfahren wird das Rohr während des Schließens der Matrize auf ein bestimmtes Volumen leicht unter Druck gesetzt (dies wurde früher als Variform-Verfahren bezeichnet). Historisch gesehen wurde das Verfahren in den 50er Jahren patentiert, aber industriell verbreitet wurde es in den 1970er Jahren für die Herstellung großer T-förmiger Verbindungen für die Öl- und Gasindustrie. Heute wird es vor allem in der Automobilbranche eingesetzt, wo es zahlreiche industrielle Anwendungen gibt. Bei der Innenhochdruckumformung wird Druck auf die Innenseite eines Rohrs ausgeübt, das von Werkzeugen mit den gewünschten Querschnitten und Formen gehalten wird. Wenn die Matrizen geschlossen sind, werden die Rohrenden durch axiale Stempel verschlossen und das Rohr mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt. Der Innendruck kann bis zu einigen tausend Bar betragen und bewirkt, dass sich das Rohr gegen die Matrizen kalibriert. Die Flüssigkeit wird durch einen der beiden Axialstempel in das Rohr eingespritzt. Die Axialstempel sind beweglich und ihre Wirkung ist erforderlich, um die axiale Kompression zu gewährleisten und das Material in die Mitte des gewölbten Rohrs zu befördern. In die Umformmatrize können auch querverlaufende Gegenstempel eingebaut werden, um Vorsprünge mit kleinem Durchmesser/Längenverhältnis zu formen. Querliegende Gegenstempel können auch verwendet werden, um am Ende des Umformprozesses Löcher in das Werkstück zu stanzen.
Die Auslegung des Prozesses war in der Vergangenheit eine anspruchsvolle Aufgabe, da eine erste analytische Modellierung nur für begrenzte Fälle möglich ist. Die Fortschritte der FEA und FEM in den letzten Jahren haben es ermöglicht, Hydroforming-Prozesse für eine Vielzahl von Teilen und Materialien zu entwickeln. Häufig müssen FEM-Simulationen durchgeführt werden, um eine praktikable Prozesslösung zu finden und die richtigen Belastungskurven zu definieren: Druck gegen Zeit und axialer Vorschub gegen Zeit. Bei komplexeren Rohr-Hydroformteilen muss das Rohr vor dem Einlegen in die Hydroforming-Matrize vorgebogen werden. Das Biegen erfolgt sequentiell entlang der Rohrlänge, wobei das Rohr um Biegescheiben (oder Matrizen) gebogen wird, während die Rohrlänge zugeführt wird. Das Biegen kann mit oder ohne Dorne erfolgen. Diese zusätzliche Komplexität des Prozesses erhöht die Abhängigkeit von der FEM für den Entwurf und die Bewertung von Fertigungsprozessen noch weiter. Die Durchführbarkeit eines Innenhochdruckumformungsprozesses muss die anfänglichen Materialeigenschaften des Rohrs und deren Variationsmöglichkeiten berücksichtigen, zusammen mit dem Biegeprozess, dem hydraulischen Druck während des Umformprozesses, unter Einbeziehung des axialen Vorschubs oder nicht, um die Umformbarkeit des Metalls vorherzusagen.
