Herstellung von Blechdurchzügen mittels IHU zur Verbesserung der Montagefähigkeit von IHU-Bauteilen (Kragenziehen)

In zahlreichen Industriezweigen werden zur Fertigung von Verbindungs- und Versteifungselementen, insbesondere für lösbare Verbindungen mit einseitiger Zugänglichkeit, verschweißte Muttern, Käfigmuttern, Einpressmutter- oder auch Kragenzieh-Gewindesysteme eingesetzt, wobei die Wahl des Herstellungsverfahrens von der Funktion des Bauteils (z.B. Dichtheit) und der Wirtschaftlichkeit abhängt. Aushalsungen kommen vorwiegend bei Rohrverbindungen zur Anwendung, um günstigere Voraussetzungen für die Anbindung des Fügeteils zu schaffen. Der Herstellungsprozess für Durchzüge an konventionellen, ebenen Blechteilen wurde mittlerweile weitestgehend optimiert. Rohrförmige Bauteile mit ungünstigen l/d-Verhältnis stellen, auf Grund technologischer Randbedingungen, eine Anwendungsgrenze dar, da im Inneren des Bauteiles eine Matrize nur sehr umständlich positioniert werden kann.

Bei gebogenen Rohren stößt das konventionelle Verfahren mit Matrize an seine Verfahrensgrenze. Aus diesem Grund wurde ein Verfahren entwickelt, das beim Kragenziehen ohne Matrize im Inneren des Rohres auskommt. Dabei wurde das Innenhochdruck-Umformen eingesetzt. Der hydrostatische Innendruck übernimmt die Funktion einer konventionellen Matrize. Im ersten Teil des Forschungsvorhabens wurden verschiedene Verfahrensprinzipien aufgezeigt und theoretisch bewertet. Im zweiten Teil erfolgte die praktische Umsetzung der Varianten. Bei einem Kragendurchmesser von 9 mm und 14 mm erfolgten die Untersuchungen mit einem kombinierten Loch- und Kragenstempel. Hierbei wurden verschiedene Werkstoffe (St37, CuZn37, AlMgSi0,5 und 1.4301) mit unterschiedlichen Wanddicken (1,5; 2,0; 2,5) untersucht. Das Ziehen der Kragen erfolgte in unverformten sowie umgeformten Bereichen. Mit dieser Verfahrensvariante konnten Grenzaufweitverhältnisse (Kragendurchmesser / Vorlochdurchmesser) von bis zu 2,3 erreicht werden. Im weiteren erfolgten die Untersuchungen an einem Kragendurchmesser von 18 mm. Neben den kombinierten Stempel kamen ebenfalls geteilte Loch- und Kragenstempeln zum Einsatz.

Vor allem bei St37, CuZn37 und AlMgSi0,5 konnten qualitativ hochwertige Kragen realisiert werden. Die gezogenen Kragen wurden neben den Prüfungen von Zylindrizität, Durchmessergenauigkeit, Kragenhöhe und Einfallradius auf maximale Ausreißkraft untersucht. Dabei wurden in die IHU erzeugte Kragen ein Gewinde geformt und dieses auf einer Zug- Druck-Prüfmaschine beansprucht. Es konnten Ausreißkräfte von bis zu 47 kN realisiert werden. Neben den praktischen Versuchen erfolgte weiterhin eine Simulation des Kragenziehprozesses, die mit realen Ergebnissen verglichen wurden. Dabei zeigten sich die Ergebnisse, die mittels PAMP-STAMP 2G realisiert wurden, als geeignet, um den Umformprozess abzubilden. Weiterhin erfolgte eine FEM-Simulation für einen quadratischen Kragen.