FV_Vorformgeometrien für IHU

Vorformgeometrien für das Innenhochdruck-Umformen (IHU) durch flexibles Walzprofilieren

 

Problemstellung

In diesem Forschungsprojekt stehen geschlossene Profile mit über der Länge deutlich unterschiedlichen Umfängen im Mittelpunkt. Derartige geschlossene Profile werden in der Blech verarbeitenden Industrie nur unter hohem Aufwand in mehrstufigen Fertigungs-prozessen, z. B. durch Fügen mehrerer Schalenelemente hergestellt. Das flexible Walzprofilieren bietet hierfür eine neue Möglichkeit zur Halbzeugherstellung. Durch den Einsatz des Innenhochdruck-Umformens (IHU) auf Rohre konstanter Querschnitte können nur beschränkt Bauteilgeometrien mit über der Länge unterschiedlichen Querschnittsumfängen hergestellt werden. Größere Aufweitungen sind nur durch zusätzliche Operationen wie Glühbehandlungen erreichbar. Dagegen eröffnen sich durch die Verwendung querschnittsangepasster Halbzeuge für das IHU neue Möglichkeiten, Bauteile mit stark unterschiedlichen Querschnittsverhältnissen wirtschaftlicher herzustellen.

Charakteristisch für den Aufbau dieser Rahmenstrukturen sind Knotenpunkte. Diese unterliegen komplexen, teilweise unvorhersehbaren Beanspruchungssituationen und müssen wie die restlichen Bauteilbereiche eine hohe spezifische Festigkeit sowie ein ausreichendes Maß an Energieabsorptionsvermögen für den Missbrauchsfall aufweisen. Hochwertige Rahmen im Sichtbereich und Bauteile mit einem anspruchsvollen Design müssen zudem ästhetischen Gesichtspunkten in Form von organischen Übergängen und Freiformflächen, sowie sehr eng tolerierten Fügestellen genügen.

Die Strukturen werden in aufwändigen Prozessen, meist durch Schweißen hergestellt. Die lange Prozesskette ist dabei ein Kostenfaktor.

Zielsetzung

Das Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist die Erweiterung der durch Innenhochdruck-Umformen erreichbaren Geometriespektren hinsichtlich der Querschnittsunterschiede der Bauteile. Aus dieser Zielsetzung ergeben sich mehrere Teilziele:

  • Auslegen und realisieren der Prozesskette flexibles Walzprofilieren, Schweißen und Innenhochdruck-Umformen
  • Auswahl einer IHU tauglichen Schweißnaht
  • Spaltvorbereitung und Schweißen während des Profilierens
  • Untersuchung der Eigenschaften der Profile im Berstversuch mit freier Aufweitung
  • Erstellen von Richtlinien für das Gestalten von flexibel profilierten Vorformgeometrien
Abbildung 1: Formenschatz gefügter Knoten
Abbildung 1: Formenschatz gefügter Knoten

Vorgehensweise

Nach analytischen und numerischen Betrachtungen wird die Vorformgeometrie bestimmt. Es finden experimentelle Untersuchungen zur Einformung und zum Schließen der Profile durch Schweißen statt. Mit den gefertigten Hohlkörpern werden anschließend Untersuchungen zum Biegen sowie zum Innenhochdruck-Umformen durchgeführt. Nach der Durchführung von Berstversuchen zur Halbzeugcharakterisierung werden Ausformversuche in einem IHU-Werkzeug bewerkstelligt. Im Verlauf des Projektes werden mehrfach Ergebnisse durch Simulationen mit der FE-Methode ausgewertet.

Abbildung 2: Prozessabfolge zur Herstellung geschlossener flexibler Profile
Abbildung 2: Prozessabfolge zur Herstellung geschlossener flexibler Profile

Danksagung

Das Forschungsprojekt „IHU-Vorformoptimierung“ wird mit Mitteln der Europäischen Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V. (EFB) gefördert (Laufzeit 01.04.2008–31.03.2010).

Das PtU dankt den folgenden Firmen für die Unterstützung bei der Durchführung dieses Projektes:

Daimler AG
data M Software GmbH
Simufact Engineering Gmbh
Hydro-Aluminium Deutschland GmbH
Lang Rohr-Biegemaschinen GmbH+Co. KG
Siebenwurst Werkzeugbau GmbH