Inkrementelles Hochdruckumformen gibt Blechen Gestalt

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Junker et al. [3], [4] untersuchten aufbauend darauf die Einflüsse der Prozessparameter zur Beschreibung eines Prozessdiagramms und die Bedeutung des Größenverhältnisses zwischen Düsendurchmesser und Blechdicke. Untersuchungen der Druckverteilung im Wasserstrahl und der daraus resultierenden Dehnungszustände an widerstandsfähigeren Kupferblechen am Lehrstuhl für Umformtechnik sollen das Verfahren weiter anwendbar machen.

Verfahren der inkrementellen Hochdruckumformung

Das umzuformende Blech wird zunächst in einer Halterung eingespannt. Die Hochdruckstrahldüse ist als Werkzeug in einer verfahrbaren Halterung befestigt und auf das Blech ausgerichtet. Ein festgelegter Bahnverlauf zwischen Werkstück und Werkzeug wird nun abgefahren und das Blech kontinuierlich umgeformt.

Die Kraft einer Hochdruckpumpe mit 130 bar Nenndruck (Volumenstrom: 550 l/h) ist zur Umformung von 0,1 mm dicken Kupferblechen beim Einsatz einer Vollstrahldüse mit dem Durchmesser d0 = 1,19 mm ausreichend. Die Strahlführung wird durch eine CNC-Werkzeugmaschine mit Spezialhalterung zur Einspannung der Düse realisiert. Der am Lehrstuhl für Umformtechnik der Universität Siegen realisierte Versuchsaufbau ist in Bild 1 dargestellt.

Im durchgeführten Versuch ist das Blech fest eingespannt, sodass ein Nachfließen des Werkstoffes verhindert wird. Die Verfahrwege, Start- und Endpunkte können als CAM-Daten in die CNC-Werkzeugmaschine eingelesen werden. Um eine gleichmäßige Umformung zu erreichen, wird die Pumpe erst beim Start des Verfahrweges eingeschaltet. So kann ein Einfluss des kurzzeitig hohen Stoßdrucks eliminiert werden und die Umformung aus dem Staudruck des Wasserstrahls erfolgen.

Als Grundlagenuntersuchung wurde zunächst das durch den Wasserstrahl entstehende Druckprofil aufgenommen. Anschließend erfolgte eine Untersuchung der Einflüsse verschiedener Prozessparameter (Strahlgeschwindigkeit, Verfahrwegsorientierung, Bahnabstand) und die Ermittlung des resultierenden Umformzustandes. ?

Zur Bestimmung der Kraftverteilung im Wasserstahl wird die Strahldüse mittig über einen an einem Kraftsensor angeschlossenen Messstift hinweggeführt. Die an der Kraftmessdose anliegende resultierende Kraft wird ausgegeben.

Kraft des Wasserstrahls hängt vom Abstand zwischen Düse und Blech ab

Grundsätzlich ist die vom Wasserstrahl übertragene Kraft stark vom Abstand zwischen Düse und Blech abhängig (Bild 2). Bis zu einem Abstand von circa 10 mm bleibt die ausgeübte Kraft nahezu konstant, um anschließend stetig abzunehmen.

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