Wie ist die Hochgeschwindigkeitsumformung definiert und wie lauten alternative Bezeichnungen?
Die Hochgeschwindigkeitsumformung umfasst alle Verfahren, bei denen gespeicherte Energie „schlagartig“ bzw. in sehr kurzer Zeit (< 1 ms ) mit hohen Formänderungsgeschwindigkeiten bzw. Dehnraten ሶ 𝜑≈103−105𝑠−1) zur Umformung von Werkstücken
umgesetzt wird.
Alternative Bezeichnungen: Hochenergieumformung, Hochleistungsumformung oder Impulsumformung
Was sind die Vor- und Nachteile hoher Dehnraten?
Vorteile
erhöhte Umformbarkeit
Reduzierte Rückfederung
Reduzierte Faltenbildung
Einfachere Werkzeuge als bei quasistatischen Verfahren
Thermische Effekte nutzbar (adiabatischer Prozess)
Nachteile
Prozessanalyse sehr komplex
Aufwändige Simulation zur Prozessauslegung
Werkstoffkennwerte sind schwer zu ermitteln
Hohe Schallemision
Handling/ Handhabung
Oft geringe Werkzeuglebensdauer
Welche Erklärungsansätze für die erhöhte Umformbarkeit bei hohen Dehnraten gibt es ?
Dehnratenabhängiges Materialverhalten
Kritische Geschwindigkeit für “Hyperplastizität”
Zwillingsbildung bei hohen Dehnraten
Trägheitseinfluss (ungleich Materialverhalte)
Wie kann der Einfluss der Trägheit auf das Umformverhalten bei der Berechnung berücksichtigt werden ?
Ziel: Berechnung der Werkstückgeschwindigkeit 𝑤 zur Vorhersage der finalen Verschiebung w
Idee: Erweiterung der Membrantheorie um Trägheit (mit Dicke 𝑠 und Dichte 𝜌)
Erkläre die erhöhte Umformbarkeit durch Trägheit.
Homogene Umformung bis zur Einschnürung
Lokalisierung: Geschwindigkeitsprofil wechselt von linear zu Treppenfunktion
Resultierende Trägheitskräfte Fin behindern Wachstum der Lokalisierung
Nenne die Verfahren der Hochgeschwindigkeitsumformung
mit beschleunigten Massen
Pneumatisch angetriebene Werzeuge
Explosiv angeriebene Werkzeuge
Elektromagnetisch angetriebene Werkzeuge
mit Wirkmedien
Plungerverfahren
Explosionsverfahren
Elektrohydraulische Verfahren
Vaporisierende Leiter
mit Wirkenergie
Elektromagnetische Umformung (Profile und Bleche)
Welche Hochgeschwindigkeitsumformung mit beschleunigten Massen wird i. d. R. genutzt?
Hochgeschwindigkeitshämmern
Nenne die Prinzipien der Bescheunigung beim Hochgeschwindigkeitshämmern.
Pneumatisch: komprimiertes Gas
Explosiv: Verbrennungsprozess im geschlossenen Raum
Elektromagnetisch: elektrischer Antrieb
Welche Anwendungsmöglichkeiten des Hocheschwindigkeitshämmern gibt es ?
Warmmassivumformung (Schmieden)
Kaltmassivumformung (Fließpressen)
Scherumformung (adiabatisches Schneiden)
Beschreibe das Arbeitsprinzip / den Arbeitsablauf des pneumatischen Hochgeschwindigkeitshämmern.
Druck im Druckbereich wird auf ca. 200 bar erhöht
Ventil wird kurzzeitig mit Druck beaufschlagt
Bär löst sich vom Dichtring
Druck wirkt auf die gesamte Fläche und beschleunigt den Bär
Werkstück wird umgeformt
Nenne die Eigenschaften des adiabatischen Scherschneidens.
Hohe Schnittgeschwindigkeit führt zu hohen Prozesstemperaturen
Akkurate Vorhersage der Scheroberfläche
Minimale Deformation angrenzender Werkstückbereiche
Wie kommt es zur Krafteinleitung beim Hochgeschwindigkeitumformen mit Wirkmedien?
Die Krafteinleitung geschieht mittels Schockwellen, die durch ein festes, flüssiges odergasförmiges Wirkmedium auf das Werkstück übertragen werden
Welche Prinzipien der Schockwellenerzeugung gibt es ?
Mechanisch: Bewegungsenergie wird in einen Flüssigkeitsdruck umgewandelt
Explosiv: Schockwelle wird durch eine Explosion erzeugt
Elektrohydraulisch: Elektrische Unterwasserentladung erzeugt eine Schockwelle
Welche Anwendungsgebiete hat das Hochgeschwindigkeitsumformen mit Wirkmedien ?
Umformen (z.B. Prägen; Weiten)
Fügen (z.B. Plattieren)
Trennen (z.B. Schneiden)
Beschreibe den Ablauf des Plungerverfahrens.
Beschreibe den Ablauf der Explosionsumformung.
Beschreibe den Ablauf der Elektrohydraulischen Umformung.
Zeichne den Unterschiedlichen Aufbau zwischen Rohr- und Blechumformung der elektrohydraulischen Umformung.
Erläutere das Prinzip der Umformung mittels vaporisierender Leiter.
Wasser wird durch Elastomer ersetzt
Vaporisierende Folien für die Profil- und Blechumformung
Nenne Vorteile der Umformung der vaporisierenden Leiter.
Werkstück muss nicht leitfähig sein
günstige Einwegaktuatoren
angepasste Druckverteilung
Wie funktioniert die Hochgeschwindigkeitsumformung mit Wirkenergie? Welche Prozessvariantengibt es?
Prinzip: Energiedichte von gepulsten elektromagnetischen Feldern wird benutzt, um elektrischleitfähige Werkstücke umzuformen —> elektromagnetische Umformung
Prozessvarianten:
Kompression/Expansion von Rohren
Blechumformung
Fügen
Beschreibe den Verfahrensablauf der elektromagnetischen Umformung.
Wie funktioniert stoffschlüssiges Fügen durch Hochgeschwindigkeitumformung?
Jetting & Wellenbildung
Hohe Kollisionsgeschwindigkeit 𝑣c erzeugt „Jet“
Reinigung der Bauteiloberflächen
Voraussetzung für atomare Bindungen
Temperatureinfluss ungeklärt
In der Regel wellenförmige Verbindungszone
Welche Fügeprinzipien gibt es bei der Hochgeschwindigkeitsumformung ?
Kraftschluss
Radialer Druck zwischen den Fügepartnern
Formschluss
Verbund aufgrund eines Hinterschnitts
Stoffschluss
Interatomare Kräfte
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