Innenhochdruck-Umformen von Blechen unter Anwendung von magnetorheologischen Flüssigkeiten als kombiniertes Wirk- und Dichtmedium

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Der seit Jahren anhaltende Trend des Leichtbaus im Fahrzeugbau, aber auch in anderen Bereichen der industriellen Güterherstellung, zeigt den konventionellen, bewährten Fertigungsverfahren ihre Einsatzgrenzen auf. Die Entwicklung von neuen, innovativen Leichtbauwerkstoffen benötigt angepasste Fertigungsverfahren, um die werkstoffspezifischen Potenziale voll ausschöpfen zu können. Die wirkmedienbasierte Umformung bietet anhand ihrer Verfahrensmerkmale zahlreiche Charakteristika, welche dieses Fertigungsverfahren insbesondere für die Herstellung von Strukturbauteilen in Verbindung mit neuen hoch-, höher- und höchstfesten Werkstoffen interessant machen.Hindernisse, die bis jetzt eine serienmäßige Einführung dieser Technologie bei der Blechumformung erschweren, sind in den hohen Investitionskosten, hohen Taktzeiten und der mangelnden Prozessrobustheit zu sehen. Für die Umformung von größer dimensionierten Bauteilen müssen kapitalintensive, schwere Pressen verwendet werden, um die benötigten Schließkräfte aufbringen zu können. Diese sind bei der wirkmedienbasierten Umformung im Vergleich zum Tiefziehen größer, weil zum einen die Öffnungskraft durch den Wirkmediendruck kompensiert und zum anderen eine ausreichende Flächenpressung im Flanschbereich zur Abdichtung der Kavität aufgebracht werden muss. Hierbei wird sowohl der Wirkmediendruck in der Kavität als auch der Hydraulikdruck in der Presse durch Aggregate aktiv aufgebracht und aufrechterhalten, was energetisch sehr unvorteilhaft ist und Taktzeitverluste mit sich bringt. Außerdem wird bei diesem Abdichtungsmechanismus durch die hohe Flächenpressung im Flansch, welcher zur Abdichtung der Kavität notwendig ist, der Einzug des Blechs behindert, was zwangsläufig zu einer Begrenzung der Formgebungsmöglichkeiten führt. Ziel dieses grundlagenorientierten Forschungsprojektes ist die Umformung von Feinblechen durch Abdichtung der Kavität mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit als kombiniertes Wirk- und Dichtmedium. Dadurch werden die benötigten Pressenschließkräfte erheblich verringert, da im Flanschbereich keine oder nur eine geringe Flächenpressung zur Abdichtung der Kavität aufgebracht werden muss. Grundlage hierfür ist, dass magnetorheologische Flüssigkeiten bei Anlegen eines Magnetfeldes ihre Viskosität von Newton- auf Bingham-Eigenschaften ändern und dadurch eine gewisse Scherfestigkeit ertragen können. Dies ermöglicht bei jedem Umformvorgang eine an dem Prozess angepasste Dichtung durch An- und Abschalten eines Magnetfeldes. Eine weitere Zielsetzung des Projekts ist die vollständige Entlastung des Stößels und damit der Presse durch Realisierung einer reinen, formschlüssigen Verriegelung des Werkzeugs. Die aufgrund von Fertigungstoleranzen und Aufbiegungen während der Umformung entstehenden Spalten des Werkzeugs im Flanschbereich können durch das gezielte Anlegen von Magnetfeldern in Verbindung mit der Anwendung von magnetorheologischen Flüssigkeiten als kombiniertes Wirk- und Dichtmedium abgedichtet werden. Der Stößel wird dann lediglich zum Öffnen und Schließen des Werkzeugs benötigt und kann dementsprechend ausgelegt werden.