Grundlegende Untersuchungen zum Prozess- und Werkstoffverhalten bei schwingungsüberlagerter Umformung

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-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.