Was ist Hydroforming – ein ultimativer Leitfaden für Anfänger und Experten
Was ist Hydroforming? Hydroforming ist eine Fertigungstechnik, mit der formbare Metalle zu verschiedenen komplexen Teilen verarbeitet werden. In diesem Artikel werden wir uns zu Ihrem Verständnis eingehend mit den Feinheiten des Hydroforming-Prozesses befassen.
Was ist Hydroforming?
Hydroforming bedeutet auch flüssigkeitsbildend ist eine moderne Fertigungstechnik, bei der Hochdruckflüssigkeit und Formwerkzeuge zur Herstellung flexibler Metalle verwendet werden. Zu den gängigen Metallmaterialien bei dieser Technik gehören: Aluminium, Stahl, Messing, Edelstahl usw.
Das Metallrohr oder -blech wird auf eine Matrize gelegt und mit Flüssigkeitsdruck beaufschlagt. Dadurch wird das Metall gezwungen, die Form des Matrizenhohlraums anzunehmen.
Hydroforming
Wie funktioniert Hydroforming? Beim Hydroforming von Blechen wird ein Blech und nur eine Matrize, die Kavität oder der Stempel, verwendet. Hydraulische Druckflüssigkeit drückt gegen das Blech und zwingt es, die Kontur der Kavität anzunehmen.
Beim Verfahren zur Umformung von Rohren mit Flüssigkeit wird das Rohrmetall zwischen zwei Matrizen positioniert und durch hydraulischen Druck in das Rohr gedrückt. Dieser Druck drückt das Rohr nach außen und zwingt es in den Hohlraum der Matrize, wobei es seine Form annimmt.
Bei beiden Hydroforming-Techniken entfällt das Schweißen von Teilen, was zu einer hochwertigen Oberflächenveredelung der Teile führt.
Vorteile des Hydroforming-Verfahrens
Die Verwendung des Fluidumformverfahrens als Metallherstellungsprozess bietet Vorteile, darunter:
- Hydroforming eignet sich ideal zum Formen komplexer Metallteile mit unregelmäßigen Mustern und Konturen.
- Es ist nicht erforderlich, zwei Hälften wie bei alten Methoden zu verschweißen, wodurch sichergestellt wird, dass die resultierenden Formen eine glatte Oberflächenbeschaffenheit aufweisen. Dadurch bleibt die Qualität des verwendeten Metallmaterials erhalten.
- Es verhindert, dass gefertigte Teile wieder in ihre ursprüngliche Form zurückspringen.
- Hydroforming ist sehr spezifisch und führt zu Teilen, die sich nahtlos mit anderen Metallteilen verbinden.
- Die Materialverdünnung wird beim Hydroforming-Prozess aufgrund der hohen Präzision in Abmessung und Formgebungsprozess reduziert.
- Durch dieses Verfahren geformte Metallteile haben ein geringeres Gewicht und eine verbesserte Metallfestigkeit.
- Es handelt sich im Allgemeinen um eine kostensparende Technik, da sie Materialverschwendung und zusätzliche Arbeitsschritte reduziert und die Arbeitskosten senkt.
Einschränkungen des Hydroformings
Wie jede andere Metallumformtechnik hat auch das Innenhochdruckumformen seine, wenn auch minimalen, Nachteile.
- Für den Kauf der Hydroforming-Ausrüstung ist ein hohes Anfangskapital erforderlich.
- Die Zykluszeit ist beim Hydroforming-Prozess langsamer, wodurch die Anzahl der innerhalb eines bestimmten Zeitraums hergestellten Teile begrenzt ist.
Innenhochdruckumformung von Rohren vs. Innenhochdruckumformung von Blechen
Sowohl das Innenhochdruckumformen von Rohren als auch von Blechen sind Fertigungsverfahren, die in verschiedenen Branchen eingesetzt werden.
Innenhochdruckumformung von Rohren
Hydroforming von Rohren wird auch als Rohrumformung bezeichnet „Innenhochdruckumformung“. oder IHPF. Bei diesem Prozess der Metallherstellung wird ein Metallrohr als Rohmaterial oder Rohling verwendet, der zwischen zwei Formen platziert wird.
Bevor der Hydroformungsprozess beginnt, wird das Metallrohr einem Rohrbiegeprozess unterzogen. Dieser Vorfertigungsschritt stellt sicher, dass das Rohmetall richtig gebogen ist, damit es zwischen die Formen passt.
Innenhochdruckumformung von Rohren
Sobald es zwischen den Matrizen angebracht und die Enden abgedichtet sind, wird eine Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit in das Rohr geleitet. Dadurch wölbt sich der Schlauch nach außen in den Formhohlraum und nimmt seine Form an.
Die Herstellung von Metallrohren wird häufig in der Luft- und Raumfahrt-, Sanitär- und Automobilindustrie eingesetzt, wo leichte Rohrteile wesentliche Komponenten sind.
Hydroforming von Blechen
Wie der Name schon sagt, wird bei dieser Art der Fertigung Metallblech als Rohmaterial oder Rohling verwendet. Im Gegensatz zum Innenhochdruckumformen von Rohren wird nur eine Matrize verwendet, was zwei Matrizen erfordert und daher kostspielig ist.
Beim Hydroformen von Blechen wird das Blechmaterial auf eine Hydroformpresse gelegt und Flüssigkeitsdruck darauf ausgeübt. Dieser Druck zwingt das Metallblech, sich der Matrizenform anzupassen, auf die es drückt.
Zu den Bereichen, in denen dieser Prozess anwendbar ist, gehören: unter anderem medizinische Geräte, Verteidigung, Luft- und Raumfahrt.
Hydroforming von Blechen
Vergleichen Tiefziehen Stanz- und Hydroforming-Prozess
Beim Tiefziehstanzen handelt es sich um eine Metallverarbeitungstechnik, bei der Druckkräfte genutzt werden, um Hohlräume, Zylinder oder Näpfe aus einem Metallrohling zu formen.
Beim Hydroforming-Verfahren hingegen werden Metallrohlinge mit Hilfe des Hydraulikflüssigkeitsdrucks in eine Form gebracht.
Hydroforming-Werkzeuge bestehen aus Gusseisen, während Tiefziehwerkzeuge aus gehärtetem Stahl gefertigt sind. Stahl ist im Vergleich zu Gusseisen teurer.
Normalerweise ist das Hydroforming-Verfahren unkompliziert und erzeugt hochwertige, stabile Teile, die vorzugsweise in der Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt werden.
Tiefziehprägung
Während Hydroforming die Materialverdünnung reduziert, führt Tiefziehstanzen zu einer Materialverdünnung.
Hydroforming ist im Hinblick auf die Entwicklungskosten günstiger als Tiefziehstanzen, da nicht jedes Mal ein neues Werkzeug erforderlich ist. Stattdessen können nur Materialtyp und Wandstärkenabmessungen geändert werden, um neue Formen oder Teile zu erhalten.
Aufgrund des erforderlichen Fachwissens und der Werkzeugkosten sind die Kosten für die Tiefziehbearbeitung nur bei Großserienfertigungen effektiv. Dies steht im Gegensatz zum Hydroforming-Verfahren, das im Allgemeinen von den anfänglichen Werkzeugkosten bis zu den Verarbeitungskosten günstiger ist.
Die Tiefziehmethode ist im Design starr, da sie bei jedem neuen Design die Erstellung neuer Werkzeuge erfordert. Das Hydroforming-Verfahren ermöglicht eine Reihe von Designänderungen und ist dadurch flexibler als das Tiefziehen.
Hydroforming ist hochpräzise und führt zu geringem oder gar keinem Materialverlust. Beim Tiefziehstanzen wird mehr Material verschwendet.
Der Hydroforming-Prozess benötigt bei der Produktion komplexer Muster in großem Maßstab kürzere Zykluszeiten. Das Tiefziehprägen erfordert bei komplizierten Designkonfigurationen längere Produktionszykluszeiten.
Hydroforming erzeugt im Vergleich zum Tiefziehprägen, das Kratzer auf den Produktoberflächen hinterlässt, hochwertige, glatte Oberflächen. Dies reduziert die Kosten für Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, die polierte Finishing-Standards erfordern.
Beim Hydroforming zu berücksichtigender Faktor
Wie bei jedem anderen Herstellungsprozess gibt es Faktoren, die den Prozess des Hydroformings und sein Ergebnis beeinflussen. Einige der wichtigsten Variablen, die bei der Betrachtung der Hydroforming-Technik berücksichtigt werden sollten, sind:
Temperatur
Die Temperatur beeinflusst die Kraft, die während des Hydroforming-Prozesses von Metall aufgebracht werden muss, und das Ausmaß, in dem ein Rohling formbar ist. Einige Metallrohlinge verlieren ab bestimmten Temperaturniveaus ihre beeindruckende Belastbarkeit.
Druck
Beim Hydroforming-Prozess wird Flüssigkeitsdruck angewendet, um die Teileformung zu erreichen. Der ausgeübte Druck wird abhängig von der Zugfestigkeit des Rohlingmaterials vorgegeben. Je stärker das Metall ist, desto höher ist der ausgeübte Druck.
Darüber hinaus erfordert die Formung verschiedener Teile unterschiedliche Druckniveaus und Druckeinwirkungszeiten, um sie zu formen.
Material
Die Materialauswahl ist beim Innenhochdruckumformen von entscheidender Bedeutung, da sie auf duktile Materialien beschränkt ist und sich auch auf die Anforderungseigenschaften der Komponenten auswirkt.
Prozesszeitraum und Ladepfad
Die Kenntnis der Prozessparameter wie der einzugreifenden hydraulischen Druckwerte und des einzuhaltenden Lastpfads ist für eine präzise Formung von entscheidender Bedeutung. Diese Werte können ermittelt werden, indem zuvor ein Simulationsprozess für den Materialtyp und das gewünschte Teiledesign durchgeführt wird.
Die aus dem experimentellen Prozess generierten Werte und der ermittelte Lastpfad helfen beim eigentlichen Hydroforming-Prozess.
Schmierstoffe
Die Oberflächenschmierung ist in diesem Prozess wichtig, da sie die Reibung minimiert und den Materialfluss fördert, was sich auf die Gesamtleistung des Prozesses auswirkt. Im Gegenteil, Reibung ist auch erforderlich, um den Materialfluss zu kontrollieren und eine Materialverdünnung zu verhindern.
Schritt-für-Schritt-Hydroforming-Prozess
Schritt 1: Der Hydroforming-Prozess beginnt mit der Werkzeugeinrichtung, die Folgendes umfasst:
- Weibliche oder obere Kammer, die aus einer unter Druck stehenden Flüssigkeitskammer, einer Gummimembran und einem Verschleißpolster besteht
- Die untere Matrize oder die männliche Kammer können gegen einen Ring und einen Stempel ausgetauscht werden. Der Stempel ist mit einem hydraulischen Kolben, einem Niederhalter oder einem Ring verbunden
Schritt 2: Der nächste Schritt besteht darin, den Metallrohling sicher auf der Hydroformkammer zu platzieren, damit der Prozess beginnen kann.
Durch Absenken des hydraulischen Drucksystems wird die Kammer verschlossen. Anschließend wird durch Anheben des Stempels Druck auf den Matrizenring ausgeübt.
Der Rohling passt sich der Form und den Mustern der Matrizenelemente an und bildet das gewünschte Teil.
Als nächstes wird der Druck vom Rohling zurückgenommen, wodurch ein Hydroforming-Prozesszyklus beendet wird.
Das letzte Teil hat eine glatte Oberfläche aufgrund der Gummimembran in der oberen Kammer, die das blanke Metall stützt.
Schritt 3: Dies ist der letzte Schritt des Hydroforming-Prozesses und zeichnet sich durch die Entfernung sowohl der oberen als auch der unteren Kammer nach der Druckentlastung aus. Das resultierende Teil kann je nach Anwendungsbereich weiteren Schritten wie dem Laserschneiden unterzogen werden.
Im Allgemeinen ist die Materialverschwendung bei diesem Prozess minimal, da mit einem Metallrohling der erforderlichen Größe begonnen wird.
Hydroforming-Prozess
Faktoren, die die Kosten für Hydroforming bestimmen
Die Ermittlung der Gesamtkosten des Hydroforming-Prozesses kann Ihnen helfen, seine Machbarkeit im Vergleich zu anderen Herstellungsprozessen einzuschätzen.
Kosten für Hydroforming-Werkzeuge
Die Hydroforming-Kammer besteht aus weiblichen und männlichen Matrizenkammern. Die weibliche Kammer verfügt über eine unter Druck stehende Flüssigkeit und eine Gummimembran, was, wie wir später sehen werden, zu einer Reduzierung der Prozesskosten um etwa 50 % führt.
Darüber hinaus werden Hydroforming-Werkzeuge aus Gusseisen hergestellt, was im Vergleich zu gehärtetem Stahl beim Tiefziehen kostengünstiger ist. Hydroforming-Werkzeuge sind benutzerfreundlich und erfordern daher keine Fachkenntnisse für die Installation.
Prozesskosten
Während dieses Prozesses der Metallherstellung wird die Designmanipulation einfach durch Änderung des Materialtyps und Änderungen der Wandstärkenabmessungen erreicht. Das Gleiche gilt nicht für das Tiefziehen, da für ein bestimmtes Design ein neues Werkzeug erstellt werden muss. Dies reduziert die Kosten des Hydroforming-Prozesses erheblich.
Betriebskosten
Um ein bestimmtes Teil zu formen, sind beim Tiefziehen mehrere Presszyklen erforderlich. Beim Hydroformen hingegen wird die Form der Matrize in einem einzigen Presszyklus angepasst. Dies führt zu einer Verkürzung der Presszeit beim Hydroforming um etwa 65 % im Vergleich zu 40 % beim Tiefziehverfahren.
Endbearbeitungskosten
Die Gummimembran in der Matrize gewährleistet eine glatte Oberfläche des geformten Metallteils und eliminiert sekundäre Prozesse wie Prägungen. Dies senkt die Kosten des Hydroforming-Prozesses. Dies ist beim Tiefziehprägen nicht möglich, da Kratzer auf der Oberfläche zurückbleiben, die durch zusätzliche Prozesse weiter entfernt werden müssen.
Daher wird Hydroforming sowohl bei der Herstellung von Luft- und Raumfahrtteilen als auch bei medizinischen Anwendungen bevorzugt.
Eine weitere Kostenreduzierung wird beim Hydroforming-Prozess aufgrund der einfachen Werkzeugstruktur, der verwendeten Materialkosten, der günstigen Installationsarbeitskosten usw. erreicht.
Geeignete Materialien für den Hydroforming-Prozess
Beim Hydroforming-Prozess werden duktile Metalle wie Aluminium, Stahl, Kupfer, Messing usw. verwendet. In diesem Abschnitt schauen wir uns genau an, warum sie die bevorzugten Materialien für den Hydroforming-Prozess sind.
Aluminium: Ist ein weiches, leichtes und haltbares Metall, das sich leicht in verschiedene Formen formen lässt. Dies macht es zu einem der beliebtesten Metalle, die in vielen Branchen verwendet werden.
Messing: Die Herstellung von Messing ist einfach, da es weniger problematisch ist und sich leicht in Form bringen lässt und eine glatte Oberfläche aufweist.
Kupfer: Kupfer ist ein formbares Metall, das aufgrund seiner anderen Eigenschaften wie elektrischer und Wärmeleitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit usw. vielseitig einsetzbar ist. Seine Rohre und Bleche sind weit verbreitete Komponenten in verschiedenen Branchen.
Inconel: Hierbei handelt es sich um eine Speziallegierung, die für ihre hervorragende Toleranz gegenüber extremen Bedingungen wie Temperatur, Druck oder mechanischer Belastung bekannt ist. Es wird individuell zu Teilen geformt, die für Motorteile in Luft- und Raumfahrtfahrzeugen verwendet werden können, wo die Temperaturen sehr hoch sind.
Edelstahl: Dies ist ein hochwertiges Metall, das aufgrund seiner wünschenswerten Eigenschaften in verschiedenen Branchen beliebt ist. Es ist unter anderem für seine Festigkeit, Haltbarkeit und Rostfreiheit bekannt. Edelstahlmaterial kann zu komplexen Teilen verarbeitet werden, ohne zu brechen oder zu reißen.
Andere Materialien, die für einen bestimmten Zweck verwendet werden und daher als Spezialmaterialien bezeichnet werden, sind:
Hastelloy: Diese Superlegierung besteht aus einer Kombination von Nickel-Chrom-Eisen-Molybdän und eignet sich daher hervorragend für extrem korrosive Bedingungen. Es produziert schweißfreie Teile, die für den Einsatz in Chemieanlagen geeignet sind und stark korrosiv sind, wodurch die Wahrscheinlichkeit eines Teileausfalls minimiert wird.
Waspaloy: Diese starke Nickel-Superlegierung ist hart genug, um im Turbinenbau, in der Luft- und Raumfahrt usw. verwendet zu werden.
Anwendungen des Hydroforming-Prozesses
Mit dem Hydroforming-Verfahren können Sie viele Teile und Komponenten herstellen. Praktisch alle Branchen haben von dieser Blechbearbeitungstechnik profitiert.
Hier einige Beispiele:
| Industrie | Beispiele für Teile |
| Automobilindustrie | · Hauben · Paneele · Bremsteile, · Motorschilde · Gastanks · Sensorabdeckungen usw. |
| Gesundheitsindustrie | · Staubbehälterdeckel · Chirurgische Ausrüstung · Instrumentensterilisationstabletts usw. |
| Nahrungsmittelindustrie | · Tabletts · Entsafter · Verkleidungen usw. |
| Rüstungsindustrie | · Flugzeuggehäuse · Motorabdeckungen · Schutzausrüstung usw. |
| Beleuchtungsindustrie | · Leichtes Gehäuse · Elektrokästen |
Abschluss
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Hydroforming-Verfahren ein fortschrittliches Metallumformverfahren ist, das in verschiedenen Fertigungsindustrien eingesetzt werden kann. Es ist offensichtlich kostengünstiger und effizienter als herkömmliche Metallverarbeitungstechniken.
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