Ultraschallüberlagerte Umformung

Die ultraschallüberlagerte Metallumformung wurde mehrfach untersucht, da da-bei zum Umformen geringere Kräfte erforderlich sind als beim statischen Prozess. Zum spanlosen Zerteilen von metallischen Werkstoffen mit Ultraschallüberlagerung liegen demgegenüber noch keine wissenschaftlichen Arbeiten vor. Zuerst wurde, ähnlich wie in der Literatur, die Ultraschallüberlagerung einachsiger Spannungszustände im Zugversuch und Zylinderstauchversuch untersucht, um den Einfluß der Umformung auf die Frequenzverstimmung der Probe zu ver-stehen. In beiden Fällen erfolgt die Schwingungsausbreitung über den Lastpfad der statischen Kraftbeaufschlagung. Anders als bei diesen Versuchen und zahlreichen veröffentlichten Experimenten zeigten neuartige Versuche mit orthogonaler Einleitung der statischen Umformkraft, dass auf diese Weise eine deutliche Verringerung des Formänderungswiderstandes erreicht wird. Durch die Orthogonalität wird eine Frequenzverstim-mung der Probe weitgehend vermieden. Es wurde die orthogonale Methode ohne Umformlast (Streifenvibrationsversuche), in Kugeleindringversuchen (punktförmige Belastung), in Keileindringversuchen (linienförmige Belastung) und in Flachstauchversuchen (flächenhafte Lasteinleitung) untersucht. Thermographische sowie visioplastische Analysen wurden zur Charakterisierung des Schwingungsfeldes in der Probe eingesetzt, ebenso Ergebnisse aus zeitaufgelösten FE-Simulationen. Auf der Grundlage der Kugeleindringversuche wurde ein funktionaler Zusam-menhang zwischen Kugeleindruck und Energieeintrag hergeleitet sowie die Reduktion der MEYER-Härte in Abhängigkeit der aufgewendeten Ultraschallenergie ermittelt. Diese Zusammenhänge können zur Abschätzung der Kraftreduktion beim Umformen mit Ultraschallüberlagerung verwendet werden. Die deutliche Vergrößerung der Schnitttiefe bei den Keileindringversuchen zeigte, dass die orthogonale Einleitung auch für das spanlose Schneiden metallischer Werkstoffe mit Schwingungsüberlagerung Perspektiven eröffnet. Bezüglich des Flachstauchversuches mit Ultraschallüberlagerung wird ein Verfahren zur Reibwertermittlung vorgeschlagen. Experimentelle Befunde zeigen, dass das Flachstauchen von Proben mit Loch in der Praxis gut umsetzbar ist, um Anisotropie und Reibung zu quantifizieren. Damit kann sich der Flachstauchver-such als Methode zur Ermittlung von Kennwerten von Blechwerkstoffen bis hin zu hohen Umformgraden empfehlen, so dass die bis heute benutzte Extrapolation der Ergebnisse aus Zugversuchen nicht mehr erforderlich ist.