Grundlegende Untersuchungen zum Prozess- und Werkstoffverhalten bei schwingungsüberlagerter Umformung

Fundamental investigation of the process and material behaviour during ultrasonic-assisted forming

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-132059
  • Die mechanische Schwingungsüberlagerung mit Frequenzen im Ultraschallbereich ist ein bekannter Ansatz zur Reduzierung der Umformkraft. Bisher stellt das mangelnde detaillierte Prozessverständnis jedoch ein Hemmnis für die breite industrielle Anwendung der Technologie dar. Die Untersuchungsschwerpunkte dieser Arbeit liegen in der Identifikation verantwortlicher Wirkmechanismen für das Phänomen der schwingungsbedingten Kraftreduzierung und der Analyse des Schwingungseinflusses auf das Formänderungsvermögen metallischer Werkstoffe. Untersucht werden vier Werkstoffe aus unterschiedlichen Klassen: der martensitische Edelstahl X17CrNi16-2, der Baustahl S235JR, die Aluminiumknetlegierung AW-6082Die mechanische Schwingungsüberlagerung mit Frequenzen im Ultraschallbereich ist ein bekannter Ansatz zur Reduzierung der Umformkraft. Bisher stellt das mangelnde detaillierte Prozessverständnis jedoch ein Hemmnis für die breite industrielle Anwendung der Technologie dar. Die Untersuchungsschwerpunkte dieser Arbeit liegen in der Identifikation verantwortlicher Wirkmechanismen für das Phänomen der schwingungsbedingten Kraftreduzierung und der Analyse des Schwingungseinflusses auf das Formänderungsvermögen metallischer Werkstoffe. Untersucht werden vier Werkstoffe aus unterschiedlichen Klassen: der martensitische Edelstahl X17CrNi16-2, der Baustahl S235JR, die Aluminiumknetlegierung AW-6082 T6 und die Aluminiumgusslegierung AC-43400. Eine grundlegende Prozessanalyse belegt, dass bei Schwingungsüberlagerung neben der Kraftreduzierung eine signifikante Probenerwärmung auftritt. Zudem wurde ein stark verändertes Umformverhalten festgestellt. Als maßgebliche Mechanismen für die Kraftreduzierung konnten die thermische Entfestigung und werkstoffseitige Einflüsse identifiziert werden. Hinsichtlich des Formänderungsvermögens wurde bei Ultraschallüberlagerung werkstoffunabhängig eine deutliche Reduzierung nachgewiesen. Insbesondere bei versagensunkritischen Umformvorgängen bietet der Einsatz der Technologie demnach beträchtliche Potenziale in Bezug auf eine reduzierte Werkzeug- und Bauteilbelastung sowie eine flexiblere Anlagenauswahl.show moreshow less
  • The superposition of mechanical tool vibrations with frequencies in the ultrasonic range is an approach that enables a considerable reduction of forming forces. So far, however, the incomplete understanding of the detailed process behaviour constrains the technologies broad industrial application. The central purposes of this thesis are the identification of responsible mechanisms for the phenomenon of vibration-based softening and the investigation of the ultrasonic influence on material forming limits. Metallic materials of four different classes are tested: martensitic stainless steel X17CrNi16-2, mild steel S235JR, wrought aluminium AW-6082 T6 and cast aluminium AC-43400. Apart fromThe superposition of mechanical tool vibrations with frequencies in the ultrasonic range is an approach that enables a considerable reduction of forming forces. So far, however, the incomplete understanding of the detailed process behaviour constrains the technologies broad industrial application. The central purposes of this thesis are the identification of responsible mechanisms for the phenomenon of vibration-based softening and the investigation of the ultrasonic influence on material forming limits. Metallic materials of four different classes are tested: martensitic stainless steel X17CrNi16-2, mild steel S235JR, wrought aluminium AW-6082 T6 and cast aluminium AC-43400. Apart from the known effect of vibration-induced force reduction, substantial specimen heating was recorded in a fundamental process analysis. In addition, a strongly altered forming behaviour was observed. Thermal softening and material-related influences have been identified as crucial mechanisms regarding force reduction. With respect to the forming limits of metallic materials under the influence of ultrasonic vibration, a significant reduction was found for all investigated materials. For the practical application of the technology, this implies potentials concerning reduced tool and workpiece loading as well as a more flexible press selection. This applies in particular to less critical forming operations regarding material failure.show moreshow less

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Metadaten
Author:Markus Michalski
Persistent identifiers - URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-132059
Persistent identifiers - DOI:https://doi.org/10.25593/978-3-96147-271-0
ISBN:978-3-96147-271-0
Series (Volume number):FAU Studien aus dem Maschinenbau (336)
Publisher:FAU University Press
Place:Erlangen
Editor:Jörg Franke, Nico Hanenkamp, Marion Merklein, Michael Schmidt, Sandro Wartzack
Referee:Marion Merklein, Bernd-Arno Behrens
Advisor:Marion Merklein
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of publication:2019
Date of online publication (Embargo Date):2020/02/14
Publishing Institution:FAU University Press
Granting institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Acceptance date of the thesis:2019/07/16
Release Date:2020/02/24
Tag:Akustische Entfestigung; Schwingungsüberlagertes Umformen; Ultraschall
SWD-Keyword:Stahl; Aluminium; Umformen; Ultraschalltechnik; Entfestigung; Formänderungsvermögen; Ingenieurwissenschaften; Maschinenbau; Produktionstechnik
Length/size:xii, 197 Seiten
Notes:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-270-3
Original publication:mb.fau.de/diss
Institutes:Technische Fakultät / Department Maschinenbau
Technische Fakultät / Department Maschinenbau / Lehrstuhl für Fertigungstechnologie (LFT)
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 60 Technik / 600 Technik, Technologie
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 67 Industrielle Fertigung / 671 Metallverarbeitung und Rohprodukte aus Metall
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - CC BY-NC - Namensnennung - Nicht kommerziell 4.0 International
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