Temperiertes Innenhochdruck-Umformen von Rohren aus Magnesium- und Aluminiumlegierungen

Die Anwendungsmöglichkeiten und Potenziale des temperierten Innenhochdruck-Umformens mit flüssigen Wirkmedien (T-IHU) von Rohren aus verschiedenen Magnesium- und Aluminiumknetlegierungen werden in der vorliegenden Arbeit aufgezeigt. Neben der Werkstoff- und Halbzeugcharakterisierung, der Auslegung von temperierten Innenhochdruck-Umformanlagen und –werkzeugen, den Thermografiemessungen am Halbzeug unter Realbedingungen und der Verifizierung der Simulationsergebnisse des T-IHU-Werkzeuges war der inhaltliche Schwerpunkt die systematische experimentelle Bestimmung der maximalen Umfangserweiterung ∆umax in Anhängigkeit von der Umformtemperatur ϑu, dem Werkstoff und der Wanddicke s0 im Temperaturbereich von 22°C bis 300°C an drei Versuchsgeometrien T-Stück, Zylinder und Quader bei Innendrücken bis 800 bar. Neben dem Einfluss der Prozessparameter, der Werkstoff- und Halbzeugeigenschaften und der Ausgangswanddicke wurde der signifikante Einfluss der Umformtemperatur und der Umformgeometrie auf die erreichbaren Umfangserweiterungen herausgearbeitet und systematisch dargestellt. Es wurden Umfangsdehnungen von bis zu 120 % (bei ϑu = 300°C) erzielt. Die experimentelle Bestimmung der minimal auszuformenden Bauteilaußenradien erfolgte unter Anwendung der statistischen Versuchsplanung. Aus den Regressionsgleichungen wurde eine neue Berechnungsgleichung für den maximalen Innendruck pimax generiert. Durch die Verifikation dieser Gleichung konnte die hohe Genauigkeit bei der Vorausberechnung des erforderlichen Innendruckes bei einem vorgegebenen minimalen Bauteilaußenradius Rmin in Abhängigkeit von der Zugfestigkeit Rm als f (Umformtemperatur) und der Wanddicke s0 nachgewiesen werden. Die Auslegung der T-IHU-Werkzeug- und Anlagentechnik kann damit wesentlich genauer er­folgen. Durch die Bauteilanalysen nach dem T-IHU-Prozess konnten die hohe Maß- und Formgenauigkeit und die hohe und gleichmäßigere Oberflächengüte nachgewiesen werden. Trotz der beginnenden dynamischen Rekristallisation lag bei allen Versuchswerkstoffen eine Erhöhung der Werkstofffestigkeit in der Umformzone vor. Bei den Untersuchungen bzgl. des T-IHU des Realbauteiles „PKW-Querträger vorn“ konnten die Kenntnisse der Grundlagenuntersuchungen auf ein komplex geformtes Realteil übertragen und erweitert werden. Es zeigte sich, dass der Einsatz von T-IHU-Magnesiumbauteilen ein erhebliches Potenzial für weitere Gewichtsreduzierungen von Leichtbaukonstruktionen besitzt.This paper presents the potential applications of temperature-supported hydroforming of various magnesium and aluminium alloy tubes using active liquid media. It includes details of material and semi-finished product characterisation, the design of temperature-supported hydroforming equipment and tools, thermography measurements on the semi-finished product under real conditions and verification of simulation results for the temperature-supported hydroforming tool. The main focus, however, was the systematic, experimental approach to determining the maximum increase in perimeter ∆umax as a function of the forming temperature ϑu, the material and the wall thickness s0 in the temperature range 22°C to 300°C for three trial geometries (T‑piece, cylinder and cuboid) at internal pressures of up to 800 bar. In addition to studying the effect of process parameters, material properties, semi-finished product characteristics and initial wall thickness, the paper also presents the finding that forming temperature and forming geometry have a significant impact on achievable increases in perimeter. Perimeter expansions of up to 120 % were attained (at ϑu = 300°C). Statistically designed experiments were used to determine the minimum component outside-radii to undergo the forming process. A new equation for calculating the maximum internal pressure pimax was generated from regression equations. By verifying this equation, it was possible to demonstrate the high level of accuracy in predicting the internal pressure required for a given minimum component outside-radius Rmin as a function of the tensile strength Rm as f(forming temperature) and of the wall thickness s0. This means that the temperature-supported hydroforming tool and system equipment can be designed far more accurately. Component analyses after the temperature-supported hydroforming process demonstrated the high level of dimensional and geometrical accuracy and the high quality and more consistent surface finish. Despite the onset of dynamic re-crystallisation, the strength of the material was increased in the forming zone in all the materials tested. The knowledge gained from researching the fundamental principles was applied to a real component with a complex shape in studies of temperature-supported hydroforming of the "front car cross-member", which provided further useful insights. It was found that the use of temperature-supported hydroforming magnesium components has considerable potential for further weight reduction in lightweight constructions