Umformen von metallischen Werkstoffen durch Impulsmagnetfelder

Das vorliegende Forschungsvorhaben befaßte sich mit der experimentellen und analytischen Untersuchung der impulsmagnetischen Umformung, um eine Grundlage zur Einführung dieses Verfahrens in die industrielle Produktion zu schaffen. Die Schwerpunkte waren daher sehr mannigfaltig gesetzt worden und betrafen neben der Werkzeugentwicklung, der Bestimmung relevanter Prozeßparameter, der Untersuchung der elektromagnetischen Verträglichkeit und der analytischen Modellierung des Verfahrensablaufes auch Untersuchungen zur Auslegung von Fügegeometrien und von Kalibriermatrizen, bzw. der Ermittlung von Prozeßparametern zum impulsmagnetischen Fügen und Kalibrieren.

Abschließend wurde eine optimierte Werkzeugspule sowie eine optimierte Fügeverbindung entwickelt und in eine prototypische Fertigungseinrichtung integriert. Die Durchführung des Forschungsvorhabens wurde durch eine Förderung des BMWi über die AiF ermöglicht.

Die Ergebnisse zum impulsmagnetischen Kalibrieren mittel Kompression zeigen, daß die insbesondere für Strangpreßprofile aus Aluminium geltenden DIN Normen zur Durchmesser- und Rundheitstoleranz weit unterschritten werden können und Kalibriertoleranzen von zirka 0,1 mm sowie Rundheitstoleranzen von 150 bis 200 µm realisierbar sind. Weiterhin konnten mit dem Verfahren des impulsmagnetischen Fügens Fügeverbindungen erreicht werden, die im Vergleich zu einer Schweißverbindung das zweifach der Zugkraft und nahezu das gleiche Torsionsmoment aufbringen konnten. Verglichen mit einer Klebeverbindung waren die impulsmagnetischen Fügeverbindungen im Bezug auf die Zugkraft gleichwertig und im Falle des übertragbaren Torsionsmomentes um den Faktor 0,7 unterlegen.

Im Rahmen der Spulenentwicklung wurden vier grundsätzlich verschiedene Konzepte entwickelt, gefertigt, erprobt und miteinander im Hinblick auf relevante Prozeßparameter verglichen. Für das Fügen einer optimierten Fügeverbindung in der prototypischen Fertigungseinrichtung wurde eine direktwirkende Spule mit massiven Kupferwindungen und integriertem Kühlkanal ausgewählt, die einen magnetischen Druck von 120 N/mm² realisieren konnte. Die thermischen Verhältnisse in dieser Spule waren mit der Kühlung durch Druckluft kontrollierbar und die mechanische Dauerfestigkeit ließ sich im Rahmen der durchgeführten Dauerversuche bestätigen.

Die Untersuchung zur elektromagnetischen Verträglichkeit des Verfahrens erbrachten, dass die bei der impulsmagnetischen Umformung entstehenden elektromagnetischen Störaussendungen beherrschbar sind und dem Einsatz des Verfahrens in keiner Weise entgegen stehen.

Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens zeigen, daß das Verfahren der impulsmagnetischen Umformung für viele Anwendungen nicht nur neue Potentiale beinhaltet, sondern dass bestehende Anwendungen damit schneller, einfacher und kostengünstiger zu realisieren sind. Damit kann abschließend die Bewertung erfolgen.