Friedhelm Lierath Knihy

Im Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben wird über neue Erkenntnisse zur Herstellung von Flachhohlformteilen durch die Fertigungsstufen „Schweißen“ und „Umformen“ berichtet. Der schweißtechnische Teil behandelt das Überlappschweißen von Aluminiumdoppelplatinen mit CO2-Gaslasern bis 6 kW und Nd:YAG-Festkörperlasern bis 4 kW. Eine innovative Prozesstechnik ermöglicht das Erzeugen mäanderförmiger Schweißnähte bei gleichzeitigem Spannen, was eine nahezu ausschussfreie Fertigung mediendichter Aluminiumdoppelplatinen sicherstellt. Die Prozesssicherheit wurde im Vergleich zum Stand der Technik erheblich verbessert, wodurch eine Technologie für das Überlappschweißen von Reinaluminium bereitsteht, die eine schnelle Variation der Kanalformen für Wärmetauscherprototypen ermöglicht. Im umformtechnischen Teil werden alternative Herstellungstechnologien für Flachhohlformteile betrachtet, einschließlich mechanischer und hydraulischer Verfahren. Es wird auf den aktuellen Stand des Umformens geschweißter Aluminiumdoppelplatinen eingegangen. Zunächst wurden umfangreiche Untersuchungen an Proben mit geradem Kanalverlauf durchgeführt, wobei der Fokus auf der Analyse des Umformvorgangs, der Kanalgeometrie sowie der Härte- und Wanddickenverteilung lag. Anschließend wurden Proben mit gekrümmtem Schweißnahtverlauf untersucht, wobei Spannungen im Flanschbereich und deren Auswirkungen auf die Form- und Maßhaltigkeit analysiert wurden. Abschließend w

In diesem Forschungsvorhaben wurden wissenschaftliche Grundlagen für das IHU von symmetrischen und längsnahtgeschweißten Aluminiumrohren unterschiedlicher Legierungen ermittelt. Der Stand der Technik bewertet den bisherigen Kenntnisstand zum IHU von rohrförmigen Aluminiumteilen und zeigt die aktuellen Möglichkeiten sowie Grenzen des Einsatzes von IHU-gefertigten Strukturelementen auf. Methoden der Verfahrenssimulation von IHU-Vorgängen werden vorgestellt und bewertet. Um qualitative und quantitative Basisinformationen für die IHU-Versuche und FEM-Simulation zu gewinnen, wurden umfassende experimentelle Untersuchungen zu den Ausgangseigenschaften der Versuchsrohre durchgeführt. Der Einfluss von Versuchsparametern wie Innendruck beim axialen Nachschieben und Kalibrieren, axialem Nachschiebeweg, Ausgangswanddicke und Rohrwerkstoff wurde eingehend untersucht und zu allgemeinen Aussagen für das IHU von Nebenformelementen an Al-Rohren zusammengefasst. Die Parameter für die Gutteilerzeugung wurden in Anwenderrichtlinien für die untersuchten Rohrwerkstoffe und Wanddicken zusammengestellt. Begleitend wurden FEM-Rechnungen durchgeführt, die auf experimentell ermittelten Werkstoffdaten basieren. Diese verbesserte Beschreibung des Werkstoffverhaltens der IHU-Vorgänge erhöhte die Qualität der numerischen Simulation. Durch die systematische Ermittlung von Umformparametern und -grenzen leistet der Bericht einen wichtigen Beitrag zur Erweiter

Im Abschlussbericht zum Forschungsvorhaben zur Herstellung von zylindrischen Hohlkörpern aus ebenen Dickblechzuschnitten wird die Fertigung von Buchsen und Ringschalen aus gelochten Blechronden behandelt. Die Forschungsarbeit legt Grundlagen für die wissenschaftliche Verfahrensgestaltung und -realisierung der Kombinationen Aufweittiefziehen und Hohl-Vorwärts-Fließpressen sowie Aufweittiefziehen und Abstreckgleitziehen. Der Stand der Technik wird durch die Bewertung alternativer Herstellungstechnologien ergänzt, während die Einzelverfahren hinsichtlich Umformvorgang, Spannungen, Formänderungen, Verfahrensgrenzen, Versagensfälle, Endteileigenschaften und Werkzeuganforderungen detailliert beschrieben werden. Zunächst wurden grundlegende Untersuchungen zur Gestaltung des Umformstempels für die Buchsenfertigung durchgeführt, insbesondere zur Stabilität des Umformvorgangs. Für beide Verfahrenskombinationen fanden umfangreiche Untersuchungen zur Zwischenteil- und Endteilherstellung statt, wobei verschiedene Werkzeug- und Ausgangsteilabmessungen einbezogen wurden. Der Umformvorgang wurde analysiert, um Verfahrensgrenzen und Arbeitsbereiche zu bestimmen. Zudem wurde der Wanddicken- und Härteverlauf der Buchsen und Ringschalen unter verschiedenen Randbedingungen untersucht. Weitere praxisrelevante Erkenntnisse zur Buchsenherstellung, wie der Einfluss des Ziehspaltes und der Schnittkantenqualität, wurden herausgearbeitet. Die Ergebnisse

Die vorliegende Arbeit untersucht den Reibungseinfluss auf den Umformvorgang beim Innenhochdruckumformen. An zwei Ersatzmodellen, dem Streifenziehen und dem Rohrschieben unter Innendruck, werden relevante Reibwerte mit ausgewählten Schmiermitteln ermittelt und deren Einfluss auf Verfahrensgrenzen sowie Endteileigenschaften aufgezeigt. Für die Untersuchungen kommen Blechstreifen der Werkstoffe St 14, St 14 Z, Z St E 260, AlMg 4.5 Mn und X 5 CrNi 18-10 beim Streifenziehen sowie zylindrische Rohre mit Wanddicken von 1,0 mm, 1,5 mm und 3,0 mm der Werkstoffe St 35 NBK und X 5 CrNi 18-10 beim Rohrschieben zum Einsatz. Die Ergebnisse werden gegenübergestellt und ihre Anwendbarkeit zur Vorausbestimmung von Reibwerten für das Innenhochdruckumformen bewertet. Die Resultate des Streifenziehens und Rohrschiebens werden am Beispiel des symmetrischen Formelementes Umlaufende Sicke verifiziert. Die Endteile werden hinsichtlich Geometrie, Blechdickenverläufen und Oberflächenkennwerten bewertet. Der Einfluss der Schmiermittel auf das tribologische Verhalten in den verschiedenen Verfahren wird dargestellt und deren Eignung für das Innenhochdruckumformen bewertet. FEM-Simulationen für das Rohrschieben und Innenhochdruckumformen validieren die Versuchsergebnisse und untersuchen spezifische tribologische Phänomene. Zudem werden grundlegende Berechnungsansätze zur Vorausbestimmung von Spannungen in der Wirkfuge angegeben.

Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens zu neuen Verfahren für die Herstellung von Durchzügen an Dickblechteilen zeigen, dass die Untersuchungen an scheibenförmigen Teilen mit 2 mm und 4 mm Blechdicke durchgeführt wurden. Dabei wurde ein Nebenformelement durch modifiziertes Kragenziehen und Tiefziehen gefertigt. Es gelang, Durchzüge an hoch- und dickwandigen Blechteilen zu realisieren, indem eine axial gerichtete Kraft auf den Rand der Scheibe ausgeübt wurde, was einen radialen Werkstofffluss auslöste und die herkömmlichen Verfahrensgrenzen erweiterte. Bis zu einem Verhältnis von dFlldSt = 8 konnte dieser Werkstofffluss erreicht werden. Die Verfahrensgrenze wird primär durch Faltenbildung im Flanschbereich bei Überschreitung einer tangentialen Grenzspannung bestimmt, die von verschiedenen Faktoren abhängt. Beim Kragenziehen mit Nachschieben von Werkstoff konnte das maximale Aufweitverhältnis verdoppelt werden, was zu größeren Höhen des Nebenformelementes führte. Auch beim modifizierten Tiefziehen wurde das erreichbare Grenzziehverhältnis signifikant erhöht. Die reproduzierbaren Napf- und Kragenhöhen zeigen, dass im Flanschbereich Aufdickungen von bis zu 30 % über der Ausgangsblechdicke auftreten können. Der Härteanstieg im Werkstück, mit Ausnahme des unverformten Napfbodens, liegt bis zu 40 % über der Ausgangshärte. Die Reproduzierbarkeit der Form- und Maßhaltigkeit ist unter den gegebenen Bedingungen sehr gut.

Die Arbeit untersucht die Möglichkeiten des Umformens und Lochens mit Innenhochdruck, insbesondere bei Rohren mit unterschiedlichen stofflichen und geometrischen Eigenschaften (tailored tubes). Es werden Ergebnisse zu Ausgangsteileigenschaften, Verfahrensgrundlagen, -parametern und Endteileigenschaften präsentiert. Beim Innenhochdruckumformen von tailored tubes mit variierender Wanddicke zeigen sich Grenzen des axialen Nachschiebens, da die unterschiedlichen Steifigkeiten der Materialien eine effektive Nachschiebung erschweren. Die Hauptumformzone sollte im verstärkten Rohrabschnitt liegen, wobei die Formänderungsgrenzen denjenigen beim Aufweiten ähneln. Bei gleichbleibender Wanddicke und unterschiedlichen Materialien gestaltet sich die Umformung einfacher, da Material effektiver nachgeschoben werden kann. Der erforderliche Innendruck wird vom dickeren Rohrabschnitt bestimmt, während die Umformgrenzen vom dünneren abhängen. Das Innenhochdrucklochen kann mit Lochstempel oder Lochring erfolgen, wobei eine getrennte Bewertung notwendig ist. Beim Lochen mit Lochstempel ist ein Einzug unvermeidbar, dessen Größe jedoch durch den Stützdruck beeinflusst werden kann. Ein äquidistanter Lochstempel verbessert die Ergebnisse erheblich. Tailored tubes mit gleicher Blechdicke lassen sich gut lochen, während bei unterschiedlichen Dicken ohne besondere Maßnahmen kein erfolgreiches Lochen möglich ist. Das Lochen mit Lochring erfordert höhere I

Die Maximierung der Produktionshubzahl bei hydraulischen und weggebundenen Schnelläuferpressen kann durch unterschiedliche Lösungsansätze für diese Maschinentypen erreicht werden. Bei der hydraulischen Presse ist die Maschine selbst die begrenzende Größe für die maximale Produktionshubzahl. Eine Analyse der Bewegungsphasen über den gesamten Stößelhub zeigt, dass durch eine intelligente, prozessabhängige Regelung anstelle einer festen Steuerung des hydraulischen Volumenstroms eine Verkürzung der Taktzeit möglich ist. Für den Reglerentwurf wurde ein mathematisches Modell entwickelt, das die Pumpe, Ventile, Arbeitszylinder, Eilgangzylinder und Stößelmasse umfasst. Nach dem Abgleich mit der realen Presse wurde ein Fuzzy-Regler entwickelt, der den hydraulischen Volumenstrom in der Rückhubphase in Abhängigkeit vom Stößelweges und der Hubhöhe regelt, was die Rückhubphase und die gesamte Taktzeit reduziert. Bei weggebundenen Schnelläuferpressen sind die Werkzeuge die begrenzende Größe. Es wurde gezeigt, dass die automatisierte Einstellung der Produktionshubzahl in Abhängigkeit von Stößelbeschleunigung und -kippen möglich ist. Die Presse kann im Automatikbetrieb mit einer prozessabhängigen Produktionshubzahl arbeiten. Durch Aktivierung der Hubzahlautomatik fährt die Maschine prozessgerecht bis zur optimalen Produktionshubzahl hoch. Der Fuzzy-Regler sorgt für einen stabilen und reproduzierbaren Anlauf der Produktionspresse, wobei die Qu

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Ermittlung von Verfahrensparametern beim Innenhochdruckumformen von Hohlprofilen mit Nebenformelementen, insbesondere bei rohrförmigen Ausgangsteilen aus ebenen Feinblechplatinen. Untersucht wurden die Formelemente Umlaufende Sicke, Rechteck und Längssicke, wobei deren Geometrie variiert wurde. Die verwendeten Werkstoffe umfassen Edelstahl XS CrNi 1810, Tiefziehstähle St 06 und St 14 sowie mikrolegierten Stahl ZStE 340. Es wird eine Technologie zur Herstellung der Ausgangsteile vorgestellt und nach den verwendeten Werkstoffen beurteilt. Die Untersuchungen beziehen sich auf das Innenhochdruckumformen mit und ohne axialem Nachschieben. Ziel ist es, herauszufinden, welche Formelementgeometrien ohne axiales Nachschieben und welche nur mit axialem Nachschieben gefertigt werden können. Es werden die stofflichen und geometrischen Eigenschaften der Bleche, der Rohre sowie mechanische Kennwerte und Härtewerte vor und nach der Umformung ermittelt. Zudem wird ein Berechnungsansatz zur Ermittlung des theoretisch notwendigen Axialweges unter der Annahme der Oberflächengleichheit von Ausgangs- und umgeformtem Rohr dargestellt und überprüft. Für die Formelemente werden Verfahrensparameter und -grenzen angegeben. Regressionsanalysen ermöglichen die Berechnung des notwendigen Innendrucks und der erreichbaren Sickentiefen in Abhängigkeit vom Werkstoff. Zur Minimierung des Versuchsaufwands wurden Simulationen

Der Bericht behandelt die Aushalsung runder und unrunder Durchzugsformen an Rohren und gewölbten Blechhalbschalen. Im Fokus der Untersuchungen für runde Aushalsungen steht die Entwicklung allgemeingültiger Berechnungsgrundlagen, die es Anwendern ermöglichen, die Verfahrensparameter wie Aushalshöhe, Vorlochabmessungen und Kraftbedarf im Voraus zu bestimmen. Zudem wurden Optimierungen der Vorlochgeometrie und der Aushalshöhe durchgeführt. Ein Berechnungsprogramm zur Vorlochgeometrie für runde und rechteckige Rohraushalsungen wurde entwickelt, das die automatische Berechnung basierend auf Vorlochachsen und Aufweitungsfaktor ermöglicht. Für dreieckige Rohraushalsungen gibt es ein Programm zur Anpassung der Vorlochkontur. Die experimentellen Untersuchungen zu unrunden Aushalsungen liefern Erkenntnisse über Formänderungsverteilung, Kraft-Weg-Verlauf und Werkzeuggestaltung. Es stellte sich heraus, dass halbkugelförmige Werkzeuge die besten Umformergebnisse liefern, mit verbesserter Formhaltigkeit und geringerem Kraftbedarf. Diese Werkzeuge ermöglichen auch größere maximale Aushalshöhen. Bei unrunden Durchzügen ist der Einsatz halbkugelförmiger Werkzeuge entscheidend, um die Kontaktzonenausbreitung zu beeinflussen. Partielle Werkzeugschmierung, bei der die geraden Seiten geschmiert und die Ecken trocken bleiben, unterstützt diese Effekte und reduziert die Neigung zum Werkstoffversagen.

Die Auswertung des aktuellen Stands der Technik zeigt, dass Formteile aus dickem Blech in verschiedenen Industriebereichen eingesetzt werden. Einschränkungen ergeben sich vor allem durch die konstanten Blechdicken am Endteil. Durch lokale Materialanhäufungen in hochbeanspruchten Naben- und Randbereichen von scheibenförmigen Dickblechteilen könnten diese Restriktionen überwunden werden. Bisher wurden keine systematischen Untersuchungen zur Erzeugung solcher Materialanhäufungen mittels effektiver Kaltumformverfahren durchgeführt. Daher wurde das Forschungsziel formuliert, die Prozessbedingungen für die umformtechnische Fertigung partieller Materialanhäufungen in den Naben- und Randbereichen zu ermitteln. Dies umfasste experimentelle Untersuchungen an einfachen Versuchsteilen, getrennt für Nabe und Rand. In Vorversuchen wurden die theoretisch festgelegten Fertigungsfolgen auf ihre praktische Umsetzbarkeit überprüft. Zudem wurden Maßnahmen zur Verbesserung der Zwischenformgeometrie zur Vermeidung von Faltenbildung getestet. Basierend auf den Ergebnissen der Vorversuche wurden Hauptversuche hinsichtlich Werkstückgeometrien und Werkstoffen durchgeführt, um Verfahrensgrenzen sowie geometrische und stoffliche Eigenschaften zu bestimmen. Parallel dazu wurden die Umformkraft-Wegverläufe gemessen und empirische Berechnungsvorschriften für Maximalkräfte entwickelt. Abschließend wurden Fertigungsrichtlinien für herstellbare Teilegeometrien