Ultraschallüberlagertes Umformen und Verstemmen von Stahlwerkstoffen

Superimposed ultrasonic forming and staking of steel materials

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-230293
  • Das Verstemmverfahren ist durch hohe Prozesskräfte gekennzeichnet, welche den Einsatz des Fügeverfahrens stark eingrenzen. Die Überlagerung mechanischer Füge- und Umformprozesse mit Ultraschall zeigt großes Potential Fügekräfte zu reduzieren und damit Prozessgrenzen zu erweitern. Mangelnde Prozesskenntnisse verhindern jedoch bislang die industrielle Anwendung ultraschallüberlagerter Verfahren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein grundlegendes Prozessverständnis für den ultraschallüberlagerten Verstemmprozess an hochlegiertem Edelstahl erarbeitet und die kraftreduzierenden Wirkmechanismen der Schwingungsüberlagerung identifiziert. Durch die Ultraschallüberlagerung konnte dabei im Experiment dieDas Verstemmverfahren ist durch hohe Prozesskräfte gekennzeichnet, welche den Einsatz des Fügeverfahrens stark eingrenzen. Die Überlagerung mechanischer Füge- und Umformprozesse mit Ultraschall zeigt großes Potential Fügekräfte zu reduzieren und damit Prozessgrenzen zu erweitern. Mangelnde Prozesskenntnisse verhindern jedoch bislang die industrielle Anwendung ultraschallüberlagerter Verfahren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein grundlegendes Prozessverständnis für den ultraschallüberlagerten Verstemmprozess an hochlegiertem Edelstahl erarbeitet und die kraftreduzierenden Wirkmechanismen der Schwingungsüberlagerung identifiziert. Durch die Ultraschallüberlagerung konnte dabei im Experiment die Prozesskraft um bis zu 59 %, bei vergleichbarer Verbindungsfestigkeit gesenkt werden. Die maßgeblichen Mechanismen der Kraftreduzierung konnten auf dynamische Einflüsse über das Superpositionsprinzip sowie tribologische Einflüsse durch eine verringerte Oberflächenreibung zurückgeführt werden. Überdies führt eine leichte Taumelbewegung des Umformstempels, bedingt durch die dynamische Anregung, für eine zusätzliche Reduzierung der Prozesskraft. In Kombination mit der vergleichbaren Verbindungsfestigkeit birgt die reduzierte Verstemmkraft ein beträchtliches Potential zur Erweiterung der Prozessgrenzen des Fügeverfahrens.show moreshow less
  • The staking process is characterized by high process forces, which severely limit the use of the joining process. The superimposing of mechanical joining and forming processes with ultrasonics demonstrate great potential in reducing process forces, which could expand the process limits of the staking process. However, a lack of process knowledge has so far prevented the industrial application of ultrasonic superimposed processes. The central purpose of this thesis is a basic process understanding for the ultrasonic superimposed staking process on the high-alloy stainless steel and the identification of force-reducing mechanisms of the vibration superimposition. In the experiment, theThe staking process is characterized by high process forces, which severely limit the use of the joining process. The superimposing of mechanical joining and forming processes with ultrasonics demonstrate great potential in reducing process forces, which could expand the process limits of the staking process. However, a lack of process knowledge has so far prevented the industrial application of ultrasonic superimposed processes. The central purpose of this thesis is a basic process understanding for the ultrasonic superimposed staking process on the high-alloy stainless steel and the identification of force-reducing mechanisms of the vibration superimposition. In the experiment, the superimposed ultrasonics led to a reduction in the process force up to 59 % and still having a comparable joint strength. Dynamic influences via the superposition principle and tribological influences due to reduced surface friction could be proven to be the decisive mechanisms for the force reduction. In addition, the slight wobbling movement of the forming punch ensures an additional reduction in the process force. The reduced staking force during establishing the joint connection in combination with the comparable resilience offers the considerable potential of expanding the process limits.show moreshow less

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Metadaten
Author:Uwe Leicht
Persistent identifiers - URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-230293
Persistent identifiers - DOI:https://doi.org/10.25593/978-3-96147-644-2
ISBN:978-3-96147-644-2
Series (Volume number):FAU Studien aus dem Maschinenbau (423)
Publisher:FAU University Press
Place:Erlangen
Editor:Jörg Franke, Nico Hanenkamp, Tino Hausotte, Marion Merklein, Sebastian Müller, Michael Schmidt, Sandro Wartzack
Referee:Marion Merklein, Peter Groche
Advisor:Marion Merklein
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of publication:2023
Date of online publication (Embargo Date):2023/05/14
Publishing Institution:FAU University Press
Granting institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Acceptance date of the thesis:2022/07/21
Release Date:2023/05/16
Tag:Verstemmen
forming; staking; ultrasonics
SWD-Keyword:Ultraschall; Umformen; Ingenieurwissenschaften; Maschinenbau; Produktionstechnik
Length/size:xi, 165 Seiten
Notes:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN: 978-3-96147-643-5
Original publication:mb.fau.de/diss
Institutes:Technische Fakultät
Technische Fakultät / Department Maschinenbau / Lehrstuhl für Fertigungstechnologie (LFT)
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 60 Technik / 600 Technik, Technologie
6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
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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