Dipl.-Ing. Michael Seifert

Temperiertes Innenhochdruck-Umformen von Rohren aus Magnesium- und Aluminiumlegierungen

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Kurzfassung in Deutsch

Die Anwendungsmöglichkeiten und Potenziale des temperierten Innenhochdruck-Umformens mit flüssigen Wirkmedien (T-IHU) von Rohren aus verschiedenen Magnesium- und Aluminiumknetlegierungen werden in der vorliegenden Arbeit aufgezeigt. Neben der Werkstoff- und Halbzeugcharakterisierung, der Auslegung von temperierten Innenhochdruck-Umformanlagen und –werkzeugen, den Thermografiemessungen am Halbzeug unter Realbedingungen und der Verifizierung der Simulationsergebnisse des T-IHU-Werkzeuges war der inhaltliche Schwerpunkt die systematische experimentelle Bestimmung der maximalen Umfangserweiterung ∆u<sub>max</sub> in Anhängigkeit von der Umformtemperatur ϑ<sub>u</sub>, dem Werkstoff und der Wanddicke s<sub>0</sub> im Temperaturbereich von 22°C bis 300°C an drei Versuchsgeometrien T-Stück, Zylinder und Quader bei Innendrücken bis 800 bar. Neben dem Einfluss der Prozessparameter, der Werkstoff- und Halbzeugeigenschaften und der Ausgangswanddicke wurde der signifikante Einfluss der Umformtemperatur und der Umformgeometrie auf die erreichbaren Umfangserweiterungen herausgearbeitet und systematisch dargestellt. Es wurden Umfangsdehnungen von bis zu 120 % (bei ϑ<sub>u</sub> = 300°C) erzielt.

Die experimentelle Bestimmung der minimal auszuformenden Bauteilaußenradien erfolgte unter Anwendung der statistischen Versuchsplanung. Aus den Regressionsgleichungen wurde eine neue Berechnungsgleichung für den maximalen Innendruck p<sub>imax</sub> generiert. Durch die Verifikation dieser Gleichung konnte die hohe Genauigkeit bei der Vorausberechnung des erforderlichen Innendruckes bei einem vorgegebenen minimalen Bauteilaußenradius R<sub>min</sub> in Abhängigkeit von der Zugfestigkeit R<sub>m</sub> als f (Umformtemperatur) und der Wanddicke s<sub>0</sub> nachgewiesen werden. Die Auslegung der T-IHU-Werkzeug- und Anlagentechnik kann damit wesentlich genauer er­folgen.

Durch die Bauteilanalysen nach dem T-IHU-Prozess konnten die hohe Maß- und Formgenauigkeit und die hohe und gleichmäßigere Oberflächengüte nachgewiesen werden. Trotz der beginnenden dynamischen Rekristallisation lag bei allen Versuchswerkstoffen eine Erhöhung der Werkstofffestigkeit in der Umformzone vor.

Bei den Untersuchungen bzgl. des T-IHU des Realbauteiles „PKW-Querträger vorn“ konnten die Kenntnisse der Grundlagenuntersuchungen auf ein komplex geformtes Realteil übertragen und erweitert werden. Es zeigte sich, dass der Einsatz von T-IHU-Magnesiumbauteilen ein erhebliches Potenzial für weitere Gewichtsreduzierungen von Leichtbaukonstruktionen besitzt.

Kurzfassung in Englisch

This paper presents the potential applications of temperature-supported hydroforming of various magnesium and aluminium alloy tubes using active liquid media. It includes details of material and semi-finished product characterisation, the design of temperature-supported hydroforming equipment and tools, thermography measurements on the semi-finished product under real conditions and verification of simulation results for the temperature-supported hydroforming tool. The main focus, however, was the systematic, experimental approach to determining the maximum increase in perimeter ∆u<sub>max</sub> as a function of the forming temperature ϑ<sub>u</sub>, the material and the wall thickness s<sub>0</sub> in the temperature range 22°C to 300°C for three trial geometries (T‑piece, cylinder and cuboid) at internal pressures of up to 800 bar. In addition to studying the effect of process parameters, material properties, semi-finished product characteristics and initial wall thickness, the paper also presents the finding that forming temperature and forming geometry have a significant impact on achievable increases in perimeter. Perimeter expansions of up to 120 % were attained (at ϑ<sub>u</sub> = 300°C).

Statistically designed experiments were used to determine the minimum component outside-radii to undergo the forming process. A new equation for calculating the maximum internal pressure p<sub>imax</sub> was generated from regression equations. By verifying this equation, it was possible to demonstrate the high level of accuracy in predicting the internal pressure required for a given minimum component outside-radius R<sub>min</sub> as a function of the tensile strength R<sub>m</sub> as f(forming temperature) and of the wall thickness s<sub>0</sub>. This means that the temperature-supported hydroforming tool and system equipment can be designed far more accurately.

Component analyses after the temperature-supported hydroforming process demonstrated the high level of dimensional and geometrical accuracy and the high quality and more consistent surface finish. Despite the onset of dynamic re-crystallisation, the strength of the material was increased in the forming zone in all the materials tested.

The knowledge gained from researching the fundamental principles was applied to a real component with a complex shape in studies of temperature-supported hydroforming of the "front car cross-member", which provided further useful insights. It was found that the use of temperature-supported hydroforming magnesium components has considerable potential for further weight reduction in lightweight constructions.

weitere Metadaten

alternativer Titel
(Englisch)
Temperature-Supported Hydroforming of Magnesium and Aluminium Alloy Tubes
Schlagwörter
Halbwarmumformung
Schlagwörter
Kalibrierdruck
Schlagwörter
Prozessparameter
Schlagwörter
Temperiertes Innenhochdruck-Umformen (T-IHU)
Schlagwörter
Thermografiemessung
Schlagwörter
Umformgrenzen
Schlagwörter
aluminium
Schlagwörter
beheizte und gekühlte Werkzeuge
Schlagwörter
calibration pressure
Schlagwörter
forming limits
Schlagwörter
heated and cooled tools
Schlagwörter
magnesium
Schlagwörter
maximale Umfangsdehnung
Schlagwörter
maximum increase in perimeter
Schlagwörter
minimale Bauteilaußenradien
Schlagwörter
minimum component outside radii
Schlagwörter
process parameter
Schlagwörter
temperature-supported hydroforming
Schlagwörter
thermography measurement
Schlagwörter
warm forming
SWD SchlagworteAluminium
SWD SchlagworteMagnesium
DDC Klassifikation600
DDC Klassifikation620
Institution(en) 
HochschuleTU Chemnitz
FakultätFakultät für Maschinenbau
BetreuerProf. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr.-Ing. E. h. Dr. h. c. Reimund Neugebauer
Prof. (i.R.) Dr.-Ing. habil. Wolfgang Voelkner
GutachterProf. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. Dr.-Ing. E. h. Dr. h. c. Reimund Neugebauer
Prof. Dr.-Ing. Taylan Altan
Prof. (i.R.) Dr.-Ing. habil. Wolfgang Voelkner
DokumententypDissertation
SpracheDeutsch
Tag d. Einreichung (bei der Fakultät)15.01.2008
Tag d. Verteidigung / Kolloquiums / Prüfung06.06.2008
Veröffentlichungsdatum (online)25.11.2008
persistente URNurn:nbn:de:bsz:ch1-200801741

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