Neugebauer Hydro-Umformung

1. Auflage 2006
ISBN: 978-3-540-49013-5
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 315 Seiten

Reihe: Computer Science and Engineering (German Language)

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.

Autoren/Hrsg.

Neugebauer, Reimund

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;5
2;Autorenverzeichnis;7
3;Inhaltsverzeichnis;11
4;1 Einführung;15
4.1;1.1 Anliegen und Zielsetzung;15
4.2;1.2 Historischer Abriss;18
4.3;1.3 Anwendungspotenzial;23
5;2 Grundlagen;29
5.1;2.1 Verfahrensspezifik;29
5.2;2.2 Fluidisches System;31
5.3;2.4 Typische Versagensfälle;35
5.3.1;2.4.1 Rohre und Profile;35
5.3.2;2.4.2 Bleche;38
5.4;2.5 Tribologie;41
6;3 Prozessgestaltung;47
6.1;3.1 Bauteildesign;47
6.1.1;3.1.1 Systematik der Bauteilgeometrie;47
6.1.2;3.1.2 Anforderungen an das Bauteil;52
6.1.3;3.1.3 Verfahrensgerechte Bauteilgestaltung;53
6.1.4;3.1.4 Funktionsoptimierte Bauteile;58
6.2;3.2 Halbzeugeinsatz;60
6.2.1;3.2.1 Werkstoffe für die Hydro-Umformung;60
6.2.2;3.2.2 Rohre und Profile;66
6.2.3;3.2.3 Blechzuschnitte;73
6.2.4;3.2.4 Umformteile;76
6.3;3.3 Hydro-Umformung von Rohren und Profilen;78
6.3.1;3.3.1 Vorformen;78
6.3.2;3.3.2 Hauptformgebungsprozess;85
6.4;3.4 Hydro-Blechumformung;104
6.4.1;3.4.1 Vorformen;104
6.4.2;3.4.2 Hauptformgebungsprozess;110
6.5;3.5 Verfahrensadaption;132
6.5.1;3.5.1 Thermische Hydro-Umformung;132
6.5.2;3.5.2 Metallschaum in Hydro-Umformteilen;135
6.5.3;3.5.3 Verfahrensintegration;140
6.6;3.6 Bedeutung der FEM-Simulation für die Prozessoptimierung;155
6.6.1;3.6.1 Einsatzfelder und Systeme;155
6.6.2;3.6.2 Derzeitiger Stand und erreichte Ergebnisse;157
6.6.3;3.6.3 Handlungsbedarf und Entwicklungspotenzial;158
6.7;3.7 Qualitätssicherung;161
6.7.1;3.7.1 Erreichbare Genauigkeiten;161
6.7.2;3.7.2 Mess- und Prüftechnik;164
6.7.3;3.7.3 Schadens- und Fehleranalyse;167
6.7.4;3.7.4 Prozessmonitoring und Überwachungssysteme;169
6.7.5;3.7.5 Prozessregelsysteme;172
7;4 Werkzeugtechnik;177
7.1;4.1 Werkzeugkonzepte;177
7.1.1;4.1.1 Dimensionierung;177
7.1.2;4.1.2 Belastung;195
7.1.3;4.1.3 Berechnungsmethoden;198
7.1.4;4.1.4 Beschichtungen;203
7.2;4.2 Werkzeugfertigung und -wartung;204
7.2.1;4.2.1 Bearbeitungscharakteristik;204
7.2.2;4.2.2 Bearbeitungsstrategie Bohrschruppen;205
7.2.3;4.2.3 Wartung;210
7.3;4.3 Tryout und Werkzeugerprobung;211
8;5 Maschinen;217
8.1;5.1 Einordnung in das Anlagenkonzept;217
8.2;5.2 Übersicht;218
8.2.1;5.2.1 Funktionen;218
8.2.2;5.2.2 Prinzipieller Aufbau;220
8.2.3;5.2.3 Parameter;221
8.3;5.3 Zuhalteeinrichtungen (Schließeinheiten);223
8.3.1;5.3.1 Funktionen;224
8.3.2;5.3.2 Aufbauprinzipien;227
8.3.3;5.3.3 Kraftschlüssige Zuhalteeinrichtungen: Hydraulische Pressen;228
8.3.4;5.3.4 Formschlüssige Zuhalteeinrichtungen: Verriegelter Stößel;233
8.3.5;5.3.5 Mehrfach-Anordnungen;243
8.4;5.4 Innendruckachse;244
8.4.1;5.4.1 Aufbau und Funktionen;244
8.4.2;5.4.2 Druckerzeuger;248
8.4.3;5.4.3 Füllsysteme;251
8.4.4;5.4.4 Fluidaufbereitung;253
8.5;5.5 Axialachsen;257
8.5.1;5.5.1 Aufbau und Funktionen;257
8.5.2;5.5.2 Hydraulische Steuerkette;262
8.6;5.6 Niederhalter;265
8.7;5.7 Maschinensteuerung ;269
8.7.1;5.7.1 Funktionen;269
8.7.2;5.7.2 Steuerungsarchitektur;271
8.7.3;5.7.3 Bedienkonzepte;274
9;6 Planung von Hydro-Umformprozessen;279
9.1;6.1 Grundlegende Aspekte der Planung von Hydro- Umformprozessen;279
9.2;6.2 Planung des Hydro-Umformfertigungssystems;282
9.2.1;6.2.1 Hydro-Umformanlage;283
9.2.2;6.2.2. Hydroumform-Fertigungssysteme;285
9.3;6.3 Prozessplanung – Planungsbeispiele;286
9.3.1;6.3.1 Abgasbauteil als IHU-Doppelteil;286
9.3.2;6.3.2 IHU-Strukturbauteil als Space-Frame-Komponente;288
9.3.3;6.3.3 IHU-Bauteile als Komponenten von Pkw-A-Säule und Dachquerträger;290
9.3.4;6.3.4 Hydro-Umformteile als Komponenten flächiger Karosseriestrukturen;291
10;7 Ausblick;295
11;Literaturverzeichnis;297
12;Symbole;311
13;Stichwortverzeichnis;315

Leseproben

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.