Umformung mittels vaporisierender Aktuatoren: Experimente und Modellierung

Von:

Marlon Hahn

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Bei der Umformung mittels vaporisierender Aktuatoren wird die gewaltvolle Expansion erhitzter Metallfolien genutzt, die durch einen hohen Kondensatorentladestrom binnen kürzester Zeit entsteht. In dieser Arbeit werden Modellierungsansätze erarbeitet, die sowohl das physikalische Prozessverständnis erhöhen, als auch eine vollständige Prozessauslegung ermöglichen. Zunächst werden Experimente durchgeführt, die u. a. zu der Etablierung eines Aktuatorwerkstoffgesetzes führen, welches jegliche Prozessparametereinflüsse auf die erreichbare Energieeinbringung widerspiegelt. Neben einer numerischen Analyse wird ein analytisches Modell dafür bereitgestellt. Die elektrische Energieeinbringung bestimmt als Anfangsbedingung den Vaporisationsdruck, der anschließend schlagartig auf das Blech übertragen wird. In einem Umformmodell wird der gasförmig expandierende Aluminiumaktuator mit einer netzfreien Partikelmethode repräsentiert, während die damit interagierenden Festkörper mit der Finite-Elemente-Methode abgebildet werden. Gemessene, freie Geschwindigkeits- bzw. Verschiebungsverläufe von Stahlblechen validieren den gewählten Modellierungsansatz, so dass ein allgemeines Prozessmodell zur Verfügung steht. zudem werden räumlich variable Vaporisationsdruckverteilungen mit einem vereinfachten Prozessmodell evaluiert und bauteilbezogen optimiert. Für eine experimentelle Realisierung werden erstmals zwei geometrisch verschiedene Vaporisationsbereiche für die Ausformung zweier integrierter Bauteilhöhen parallelgeschaltet. Abschließend werden noch Konzepte aufgezeigt, die sowohl die Flexibilität, als auch die Berechnungseffektivität des innovativen Verfahrens steigern.