Modellierung und Analyse des Magnetimpulsschweißens mit dem Ziel der Prozessparameteroptimierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Marco Leone; Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 26088321

• Erstellungsjahr: 2011

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen des Projektes erfolgten zunächst Experimentalversuche die der Charakterisierung der relevanten Prozessgrößen dienten (IWF, IGET). Es wurden daraufhin Versuchsreihen durchgeführt, in denen die im Antrag beschriebene Variation der relevanten Prozessparameter umgesetzt wurden (IWF, IGET). Parallel dazu sollte das bisherige FE-Modell weiterentwickelt werden, um eine Kopplung zum expliziten FE-Code AUTODYN zu ermöglichen (IWF). Die Konsistenz des gekoppelten FE-Modells konnte in Folge mit Hilfe einer Bilanz aller am Prozess beteiligter Energieanteile validiert werden (IWF, IGET). Die daraufhin mit dem validierten FE-Modell ebenfalls unter Variation der Prozessparameter durchgeführten Simulationen hatten das Ziel, an Hand von definierten Indikatoren Verschweißbarkeit zu prognostizieren (IWF). Schlussendlich wurden die Fügeverbindungen mittels Zugversuch, Härtegradmessung und Mikroskopie auf ihre Eigenschaften untersucht (IWF). Zusammenfassend konnte ein erweitertes Verständnis der Zusammenhänge der einzelnen Faktoren, die beim impulsmagnetischen Schweißen ausschlaggebend sind, erschlossen werden. Die hierbei durchgeführten FEM-Simulationen lieferten einen qualitativen Einblick in den Ablauf des Fügeprozesses und boten erstmalig die Möglichkeit, diesen zu optimieren. Dies konnte mittels loser Kopplung zwischen elektromagnetischer Simulation mit ANSYS CLASSIC und expliziter strukturdynamischer Simulation in ANSYS AUTODYN erzielt werden. Ziel bleibt es, den Fügeprozess auch für weitere Materialkombinationen zu untersuchen und nutzbar zu machen. Insbesondere ist das Verfahren nicht nur auf das Fügen von Rohrgeometrien beschränkt, sondern kann ebenfalls auf das Fügen von sowohl Profilen als auch Blechen angewendet werden. Auch in diesen Bereichen sollten weitere Untersuchungen stattfinden. Ein hochgradiges wirtschaftliches Interesse besteht im Bereich Spulenkonstruktion, da hier die Lebensdauer ausschlaggebend für den Einsatz der Technologie ist. Für einen breiteren Einsatz der Technologie sollten zusätzlich weitere Untersuchungen im Bereich der Dauerfestigkeit und auch der Korrosionsfestigkeit der Fügeverbindungen erfolgen. Zusätzlich liefern FEM-Simulationen inzwischen einen wertvollen Beitrag zur Prozessoptimierung. Um hierbei hinreichend genaue Ergebnisse zu erzielen, ist die weitere Entwicklung einer sequentiellen Kopplung der FEM-Simulation erforderlich.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Models for Electromagnetic Metal Forming. Proc. of the 3rd International Conference on High Speed Forming, Dortmund, Mai 2008
  Bartels, G.; Schätzing, W.; Scheibe, H.-P.; Leone, M.
  
• Simulation Models of the Electromagnetic Forming Process. Proc. of the 2nd Euro-Asian Pulsed Power Conference, Vilnius, Sept. 2008
  Bartels, G.; Schätzing, W.; Scheibe, H.-P.; Leone, M.
  
• Comparison of Two Different Simulation Algorithms for the Electromagnetic Tube Compression. Proc. of the 12th ESAFORM Conference on Material Forming, Enschede, April 2009
  Bartels, G.; Schätzing, W.; Scheibe, H.-P.; Leone, M.
  
• Modelling Pulse Magnetic Welding Processes– an Empirical Approach. Proc. of the 4th International Conference on High Speed Forming, Columbus, USA, März 2010
  Uhlmann, E.; Ziefle, A
  
• Simulation approaches for pulse magnetic forming. Production Engineering: Research & Development. Berlin: Springer Verlag, 2011
  Uhlmann, E.; Ziefle, A.