Umformung mittels vaporisierender Aktuatoren: Experimente und Modellierung

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Bei der Umformung mittels vaporisierender Aktuatoren wird die gewaltvolle Expansion erhitzter Metallfolien genutzt, die durch einen hohen Kondensatorentladestrom entsteht. In dieser Arbeit werden Modellierungsansätze entwickelt, die das physikalische Prozessverständnis erhöhen und eine vollständige Prozessauslegung ermöglichen. Zunächst werden Experimente durchgeführt, die zur Etablierung eines Aktuatorwerkstoffgesetzes führen, das die Einflüsse der Prozessparameter auf die Energieeinbringung widerspiegelt. Neben einer numerischen Analyse wird ein analytisches Modell bereitgestellt. Die elektrische Energieeinbringung bestimmt den Vaporisationsdruck, der schlagartig auf das Blech übertragen wird. In einem Umformmodell wird der gasförmig expandierende Aluminiumaktuator mit einer netzfreien Partikelmethode dargestellt, während die interagierenden Festkörper mit der Finite-Elemente-Methode abgebildet werden. Gemessene Geschwindigkeits- und Verschiebungsverläufe von Stahlblechen validieren den Modellierungsansatz, sodass ein allgemeines Prozessmodell zur Verfügung steht. Zudem werden räumlich variable Vaporisationsdruckverteilungen mit einem vereinfachten Prozessmodell evaluiert und optimiert. Für die experimentelle Realisierung werden zwei geometrisch verschiedene Vaporisationsbereiche für die Ausformung zweier integrierter Bauteilhöhen parallelgeschaltet. Abschließend werden Konzepte vorgestellt, die die Flexibilität und Berechnu