Hochdruck-Blechumformung maßgeschneiderter Halbzeuge unter Anwendung magnetorheologischer Flüssigkeiten als kombiniertes Wirk- und Dichtmedium
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Forschungsprojekts werden die fertigungstechnischen Grundlagen für den Einsatz von magnetorheologischen Flüssigkeiten als kombiniertes Wirk- und Dichtmedium für die Hochdruck-Blechumformung erarbeitet. Dabei steht die Erweiterung des Prozessfensters und die Erhöhung der Prozessrobustheit im Vordergrund. Bei der Charakterisierung des Strömungsverhaltens der magnetorheologischen Flüssigkeit während des Umformvorgangs werden mehrere Teilaspekte betrachtet, die für die drei folgenden Prozessauslegungsstrategien von besonderer Bedeutung sind. Bei einer konventionellen Auslegung des Prozesses werden Verhältnisse von Innendruck zu Flanschflächenpressung eingestellt, die die Dichtgrenze zu keinem Zeitpunkt überschreiten. Aus diesem Grund entwickelt sich keine Leckage. Es kann gezeigt werden, dass sich diese Schranke des Prozessfensters durch die Verwendung einer MRF unter Aufbringung eines magnetischen Feldes zu höheren Innendrücken und niedrigeren Flanschflächenpressungen verschieben lässt. Dieser Effekt ist auf die Vorzugsverteilung der magnetischen Partikel entlang der Feldlinien zurückzuführen und nimmt mit der magnetischen Flussdichte zu. Dies kann sowohl dazu genutzt werden, eine vollständige Ausformung zu erreichen, als auch den Einzug aus dem Flansch zu begünstigen, was zusätzlich eine Erweiterung der herstellbaren Bauteilgeometrien zur Folge hat. Im Vergleich zu dieser verhältnismäßig konservativen Auslegungsform können die Niederhalterkräfte weiter gesenkt werden, sodass geringe Spalthöhen im Flanschbereich entstehen. Unter diesen Voraussetzungen kann aufgezeigt werden, dass es zu einer anfänglichen Leckage kommt, die nur das Trägermedium betrifft. Infolgedessen sammeln sich die Weicheisenpartikel am Spalteinlauf an und blockieren im weiteren Verlauf das dauerhafte Ausfließen des Mediums. Zieht man als Prozessgrenze nicht den Zustand völliger Abdichtung, sondern die Voraussetzung in Betracht, dass die Leckagerate lediglich durch den Volumenstrom des Hydraulikaggregats kompensiert werden muss, kann eine zusätzliche Erweiterung des Prozessfensters durch die Absenkung der Niederhalterkraft erzielt werden, was der dritten betrachteten Auslegungsstrategie entspricht. Gemäß diesem Ansatz wird bewusst ein Fluidverlust in der Kavität in Kauf genommen. In diesem Zusammenhang ist der Betrag der Leckagerate von besonderem Interesse, da keine Abdichtung durch Inhomogenitäten des Mediums, sondern lediglich eine Reduktion der Strömungsgeschwindigkeiten durch den magnetorheologischen Effekt zu beobachten ist. Um diesen Sachverhalt genauer zu beschreiben, ist es notwendig, einen analytischen Ansatz zu entwickeln, der es dem Anwender ermöglicht, diese Informationen für das Prozessdesign zu verwenden. Neben den vorliegenden Ergebnissen eröffnen sich aber auch eine ganze Reihe von Perspektiven für weiterführende Forschungsarbeiten. Ziel sollte einerseits die Entwicklung neuartiger Pressenkonzepte sein, die eine Vereinfachung der Anlagentechnik verfolgen, um damit eine Reduktion des Gesamtinvests zu erreichen. Andererseits ist eine sinnvolle Erweiterung der geprüften Randbedingungen, wie zum Beispiel des magnetischen Feldes, anzustreben, um auch die Abdichtung von größeren Spaltweiten leisten und eine breitere Datenbasis entwickeln zu können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Enhancing Forming Limits by Using a Magnetorheological Fluid as Active Fluid Medium for Hydroforming. In: Gerhard Hirt, A. Erman Tekkaya (Hrsg.): Steel research international: Special Edition: 10thInternational Conference on Technology of Plasticity, Wiley-VCH Verlag GmbH&Co. KGaA., 2011, s. 453-458
Rösel, S.; Merklein, M.
- Analytical and numerical approaches to predict the flow characteristics of a magnetorheological fluid in rotational symmetric cross sections. Key Engineering Materials 504-506(2012), S. 399-404
Rösel, S.; Merklein, M.; Grüner, M.
- Enhancing Process Limits of Blank Hydroforming. In: Institut für Umformtechnik (IFU) Universität Stuttgart (Hrsg.): Internationale Konferenz ,,Hydroumformung von Blechen, Rohren und Profilen", MAT INFO Werkstoff-Informationsgesellschaft mbH, 2012, S. 61 -80
Merklein, M.; Grüner, M.; Rösel, S.
- Wirkmedienbasierte Umformung von Blechhalbzeugen unter Anwendung magnetorheologischer Flüssigkeiten als kombiniertes Wirk- und Dichtmedium. In: Merklein, M.; Franke, J.; Schmidt, M. (Hrsg.): Fertigungstechnik - Erlangen, Band 248, Barnberg : Meisenbach, 2014
Rösel, S.
