Hydro-Umformung (eBook)

Reimund Neugebauer (Herausgeber)

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2006 | 2007
XIV, 315 Seiten
Springer Berlin (Verlag)
978-3-540-49013-5 (ISBN)

Infos

Das Buch widmet sich der Hydro-Umformung, der wohl wichtigsten Verfahrensgruppe auf dem Gebiet der Umformung mit Wirkmedien, wobei das flüssige Medium in einem Hohlraum wirkt, der durch Werkstück und Dichtsystem abgeschlossen ist. Die Monographie ist sowohl Nachschlagewerk für den in der Praxis tätigen Ingenieur als auch Lehrbuch für Studierende. Schwerpunkte bilden Verfahrensgrundlagen, Prozessgestaltung, Werkzeugtechnik und Anlagenkomponenten für die Hydro-Umformung. Dabei werden u.a. Verfahrenskenngrößen, Verfahrensvarianten, Werkzeugfertigung sowie Maschinen und Anlagensteuerung in besonderen Kapiteln behandelt. Für die betrachteten Verfahrensvarianten werden typische Prozesslösungen und Versagensfälle mit zugehörigen Simulationsergebnissen diskutiert. Schließlich wird die Bedeutung der FEM-Simulation für die Prozessoptimierung dargestellt. Ein einführender historischer Abriss und Betrachtungen zum Anwenderpotential sowie abschließende Planungsbeispiele und Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen runden den Inhalt des Buches ab. Angefügt sind Symbol- und Stichwortverzeichnis sowie ein Literaturverzeichnis.

Professor Dr.-Ing. habil. Reimund Neugebauer, Jahrgang 1953, studierte Werkzeugmaschinenkonstruktion an der TU Dresden. Von 1979 bis zu seiner Promotion 1984 war er dort als wissenschaftlicher Mitarbeiter und Oberassistent tätig. Nach leitender Tätigkeit bei Umformtechnik Erfurt und der Habilitation wurde er 1989 als Hochschullehrer an die TU Dresden berufen. Seit 1992 ist er geschäftsführender Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik in Chemnitz. Seit 1995 leitet er den Lehrstuhl für Werkzeugmaschinenkonstruktion an der TU Chemnitz, der 2006 um das Wissenschaftsgebiet Umformtechnik erweitert wurde. 1995 wurde er zum Ordinarius für Werkzeugmaschinen an die TU Chemnitz berufen und ist seit 2000 geschäftsführender Direktor des Universitätsinstituts für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse. Professor Neugebauer ist Mitglied der Arbeitsgemeinschaft Umformtechnik (AGU), Mitglied der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktionstechnik e.V. (WGP) und Korrespondierendes Mitglied der Internationalen Forschungsgemeinschaft für Mechanische Produktionstechnik (CIRP) sowie Präsident des Industrievereins Sachsen 1828 e.V.

Inhalt

Vorwort 5
Autorenverzeichnis 7
Inhaltsverzeichnis 11
1 Einführung 15
1.1 Anliegen und Zielsetzung 15
1.2 Historischer Abriss 18
1.3 Anwendungspotenzial 23
2 Grundlagen 29
2.1 Verfahrensspezifik 29
2.2 Fluidisches System 31
2.4 Typische Versagensfälle 35
2.4.1 Rohre und Profile 35
2.4.2 Bleche 38
2.5 Tribologie 41
3 Prozessgestaltung 47
3.1 Bauteildesign 47
3.1.1 Systematik der Bauteilgeometrie 47
3.1.2 Anforderungen an das Bauteil 52
3.1.3 Verfahrensgerechte Bauteilgestaltung 53
3.1.4 Funktionsoptimierte Bauteile 58
3.2 Halbzeugeinsatz 60
3.2.1 Werkstoffe für die Hydro-Umformung 60
3.2.2 Rohre und Profile 66
3.2.3 Blechzuschnitte 73
3.2.4 Umformteile 76
3.3 Hydro-Umformung von Rohren und Profilen 78
3.3.1 Vorformen 78
3.3.2 Hauptformgebungsprozess 85
3.4 Hydro-Blechumformung 104
3.4.1 Vorformen 104
3.4.2 Hauptformgebungsprozess 110
3.5 Verfahrensadaption 132
3.5.1 Thermische Hydro-Umformung 132
3.5.2 Metallschaum in Hydro-Umformteilen 135
3.5.3 Verfahrensintegration 140
3.6 Bedeutung der FEM-Simulation für die Prozessoptimierung 155
3.6.1 Einsatzfelder und Systeme 155
3.6.2 Derzeitiger Stand und erreichte Ergebnisse 157
3.6.3 Handlungsbedarf und Entwicklungspotenzial 158
3.7 Qualitätssicherung 161
3.7.1 Erreichbare Genauigkeiten 161
3.7.2 Mess- und Prüftechnik 164
3.7.3 Schadens- und Fehleranalyse 167
3.7.4 Prozessmonitoring und Überwachungssysteme 169
3.7.5 Prozessregelsysteme 172
4 Werkzeugtechnik 177
4.1 Werkzeugkonzepte 177
4.1.1 Dimensionierung 177
4.1.2 Belastung 195
4.1.3 Berechnungsmethoden 198
4.1.4 Beschichtungen 203
4.2 Werkzeugfertigung und -wartung 204
4.2.1 Bearbeitungscharakteristik 204
4.2.2 Bearbeitungsstrategie Bohrschruppen 205
4.2.3 Wartung 210
4.3 Tryout und Werkzeugerprobung 211
5 Maschinen 217
5.1 Einordnung in das Anlagenkonzept 217
5.2 Übersicht 218
5.2.1 Funktionen 218
5.2.2 Prinzipieller Aufbau 220
5.2.3 Parameter 221
5.3 Zuhalteeinrichtungen (Schließeinheiten) 223
5.3.1 Funktionen 224
5.3.2 Aufbauprinzipien 227
5.3.3 Kraftschlüssige Zuhalteeinrichtungen: Hydraulische Pressen 228
5.3.4 Formschlüssige Zuhalteeinrichtungen: Verriegelter Stößel 233
5.3.5 Mehrfach-Anordnungen 243
5.4 Innendruckachse 244
5.4.1 Aufbau und Funktionen 244
5.4.2 Druckerzeuger 248
5.4.3 Füllsysteme 251
5.4.4 Fluidaufbereitung 253
5.5 Axialachsen 257
5.5.1 Aufbau und Funktionen 257
5.5.2 Hydraulische Steuerkette 262
5.6 Niederhalter 265
5.7 Maschinensteuerung 269
5.7.1 Funktionen 269
5.7.2 Steuerungsarchitektur 271
5.7.3 Bedienkonzepte 274
6 Planung von Hydro-Umformprozessen 279
6.1 Grundlegende Aspekte der Planung von Hydro- Umformprozessen 279
6.2 Planung des Hydro-Umformfertigungssystems 282
6.2.1 Hydro-Umformanlage 283
6.2.2. Hydroumform-Fertigungssysteme 285
6.3 Prozessplanung – Planungsbeispiele 286
6.3.1 Abgasbauteil als IHU-Doppelteil 286
6.3.2 IHU-Strukturbauteil als Space-Frame-Komponente 288
6.3.3 IHU-Bauteile als Komponenten von Pkw-A-Säule und Dachquerträger 290
6.3.4 Hydro-Umformteile als Komponenten flächiger Karosseriestrukturen 291
7 Ausblick 295
Literaturverzeichnis 297
Symbole 311
Stichwortverzeichnis 315

Textauszug

3 Prozessgestaltung ( S. 33)

3.1 Bauteildesign

3.1.1 Systematik der Bauteilgeometrie

Durch Hydro-Umformung hergestellte Bauteile sind in den verschiedensten Branchen zu finden:

Fahrzeugbau (Automobile, Zweiräder, Wasser-, Luft- und Schienenfahrzeuge)

Kühlung/Heizung/Sanitär, Haushalttechnik

Möbelindustrie, Beleuchtung, Optik

Medizintechnik und Behälterbau

Eine zweckmäßige Klassifizierung der Bauteilgeometrie ergibt sich aus der Form des verwendeten Halbzeugs. Aus Halbzeugen mit geschlossenem Querschnitt werden Hohlkörper der unterschiedlichsten Abmessungen und Querschnitte mit mehreren Nebenformelementen hergestellt. Aus Halbzeugen mit offenem Querschnitt entstehen hauptsächlich kasten- oder gehäuseförmige, aber auch andere flächige Bauteile mit verschiedenen Formelementen.

Zu beachten ist, dass kreisrunde Rohre oft auch durch Rollen (Walzprofilieren) und Schweißen aus der flachen Platine hergestellt werden. Eine grobe Übersicht möglicher Bauteilgeometrien gibt Abb. 3.1. Erste Anwendungen in Deutschland gab es in den 1960er Jahren in der Sanitärindustrie durch den Einsatz von Fittings. Diese klassischen IHUBauteile, die sich anders auf wirtschaftliche Weise derzeit nicht herstellen lassen, haben ihre Stellung am Markt bis heute behauptet.

Aus dieser Zeit stammen auch die ersten hydro-umgeformten Faltenbälge für den Einsatz im Armaturen- und Apparatebau (s. Abb. 3.2.). Im Heizungs- und Kühlanlagenbau werden u.a. Verteilerbalken für Heizungsanlagen, Plattenheizkörper und Kühlschlangen, in der Sanitärindustrie Mischbatterien durch Hydro-Umformung gefertigt (s. Abb. 3.3.). In der Möbelindustrie werden verstärkt Stuhl- und Tischbeine hergestellt.

Das größte Anwendungsgebiet der Hydro-Umformung ist jedoch der Fahrzeugbau, insbesondere der Automobilbau. Durch Hydro-Umformung hergestellte Bauteile sind sowohl im Antriebsstrang, im Fahrwerk als auch im Karosseriebereich (Struktur- und Anbauteile) zu finden. Typische Anwendungsfälle im Antriebsstrang sind z.B. Kraftstoffleitungen, Abgaskrümmer und -verteiler, Ansaugstutzen und Nockenwellen (s. Abb. 3.4.).

Für das Fahrwerk werden u.a. Motor- und Achsträger, Hilfsrahmen (s. Abb. 3.5.), aber auch Querlenker und andere Achskomponenten hergestellt. Motivation für die Umstellung der Fertigungstechnologie auf Hydro- Umformung war neben der Gewichtseinsparung und Erhöhung der Prozesssicherheit insbesondere die Möglichkeit der Funktionsintegration in ein Bauteil, wobei durch die geringere Anzahl der Arbeitsstufen (und somit auch der Werkzeuge) eine Kostenreduzierung erzielt wird.

Mittlerweile sind Hydro-Umformteile als Motor- und Fahrwerkskomponenten derart präsent, dass sie aus neuen Fahrzeugkonzepten nicht mehr wegzudenken sind. Die vorhandenen Realisierungsmöglichkeiten hinsichtlich Querschnitt, Bauteilabmessung und Wanddicke gestatten nicht nur eine optimale Funktionalität, sondern auch ein hohes Flexibilisierungspotenzial.

Das größte Einsatzgebiet hydro-umgeformter Serien-Bauteile ist der Karosseriebau. Die Motivation zum Einsatz dieser Technologie resultiert in erster Linie aus den Anforderungen an neue Fahrzeugkonzepte (Abb. 3.6.). Aus den Wechselbeziehungen zwischen Anforderungen und technischen Möglichkeiten ergibt sich der Handlungsspielraum, geeignete und wirtschaftlich herstellbare Bauteile zu entwickeln.

So bestehen in der Hydro-Umformung Entwicklungspotenziale für umfangreiche technische Lösungen sowohl in der Karosseriestruktur als auch bei Anbauteilen (Hang-on-parts). In Tabelle 3.1. sind wichtige Bauteile, die durch Hydro-Umformung realisiert wurden, aufgeführt. Der Trend geht auch in Richtung hydro-umgeformter Bauteile mit Design- Elementen (Blenden, Zierleisten), bei denen eine hohe Oberflächengüte gefordert wird.

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 8.11.2006
• Reihe/Serie: VDI-Buch
• Reihe/Serie: VDI-Buch
• Zusatzinfo: XIV, 315 S.
• Verlagsort: Berlin
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Maschinenbau
• Themenwelt: Wirtschaft
• Schlagworte: Automotive • FEM-Simulation • Fertigung • Finite Elemente • Handel • Hydraulik • IHU-Anlagen • Ingenieur • Maschinen • Prozessgestaltung • Simulation • Steuerung • Technologie • Werkzeug • Werkzeugtechnik • Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
• ISBN-10: 3-540-49013-2 / 3540490132
• ISBN-13: 978-3-540-49013-5 / 9783540490135