Innenhochdruck-Umformen von Blechpaaren: Modellierung, Prozeßauslegung und Prozeßführung
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Diss. Reihe Fertigungstechnik, Band 96
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The hydroforming of sheet metal pairs is a new process that will find its applications in the production of structural components of car bodies-in-white. In this process, the two blanks are deformed simultaneously by a pressurized fluid which is injected in the hollow space between them, while the rims of the blanks are kept tight. The target of the research was to develop a profound knowledge of the effects influencing the process and to provide the fundamentals for future industrial applications. The process has been modelled analytically and in finite element analysis to identify the main influencing parameters. Special attention has been devoted to the coupling of the deformations of the two blanks which can be welded together or not. The process limits (loss of tightness, bursting) and characteristic curves (e.g. clamping curve), which have been determined theoretically and experimentally, have been brought together in a process window that can be used for the process layout. Finally, process control strategies have been developed and verified in order to obtain an optimal process efficiency. This included the search for optimal load paths and the implementation of closed-loop control mechanisms for the distribution of blank-holder pressures.
Abstract
Das Innenhochdruck-Umformen von Blechpaaren ist ein innovatives Verfahren der Blechumformung, das bei der Herstellung von hochsteifen Strukturkomponenten in Fahrzeugkarosserien Anwendung finden soll. Bei diesem Verfahren erfolgt die gleichzeitige Umformung von zwei Platinen durch einen Wirkmediendruck, der im abgedichteten Hohlraum zwischen den beiden Zuschnitten aufgebaut wird. Ziel der Arbeit war es, das bestehende Wissensdefizit über die grundlegenden Wirkzusammenhänge der Prozeßparameter zu beheben und gesicherte Grundlagen für eine zukünftige industrielle Einführung des Verfahrens zu schaffen. Der Prozeß wurde zunächst in einem analytischen Modell und in der numerischen Simulation abgebildet, um die Einflußgrößen auf den Prozeß zu identifizieren. Dies schaffte die Voraussetzungen für die zielgerichtete Erarbeitung, die exakte Formulierung und die fundierte Verallgemeinerung der aufgedeckten Zusammenhänge. In der anschließenden Phase der Analyse wurden insbesondere die Wechselwirkungen zwischen den beiden verschweißten oder unverschweißten Platinen mit besonderer Aufmerksamkeit betrachtet. Die theoretisch und experimentell ermittelten Versagensfälle (Undichtwerden, Bersten) sowie charakteristische Prozeßzustände (z.B. Klemmgrenze) wurden in einem Prozeßfenster zusammengefaßt, das für die Prozeßauslegung genutzt werden kann. In der abschließenden Phase der Synthese wurden Maßnahmen vorgeschlagen und erprobt, um den Prozeßablauf in Hinblick auf das erreichbare Umformergebnis optimal zu steuern bzw. zu regeln. Hierzu gehören neben der Einstellung optimaler Verläufe der Prozeßparameter auch werkzeug- und regelungstechnische Maßnahmen zur Kontrolle der Umformung.