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May 2025
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Fabian Schmitz
Prozessanalyse des Hochgeschwindigkeitsscherschneidens
Metallkomponenten aus Blech müssen bei der Herstellung mindestens einmal getrennt werden. Dabei bieten umformtechnische Trennverfahren den Vorteil, dass nahezu kein Abfall entsteht und sie für Großserien ökonomisch und technisch sehr effizient sind. Eine besondere Gruppe des Scherschneidens ist das Hochgeschwindigkeitsscherschneiden, welches die entstehende Wärme in Form einer thermischen Entfestigung effektiv nutzbar macht. Bisher existieren keine physikalisch motivierten Kriterien, welche das Hochgeschwindigkeitsscherschneiden vom konventionellem Scherschneiden abgrenzen.
In dieser Arbeit wurde ein universelles Kriterium für die Abgrenzung des Hochgeschwindigkeitsscherschneidens auf Basis der thermo-mechanischen Eigenschaften entwickelt. Hierzu wurde zunächst eine neue Methodik entwickelt, um verschiedene Energiegrößen während des Hochgeschwindigkeitsscherschneidens messen und die vorherrschenden kinematischen Bedingungen erfassen zu können. Über die Energiegrößen wurden erstmals Wirkungsgrade für das Hochgeschwindigkeitsscherschneiden bestimmt. Mittels experimenteller, analytischer und numerischer Methoden wurden anhand eines Instabilitätskriteriums Prozessbedingungen abgeleitet, welche es ermöglichen das Hochgeschwindigkeitsscherschneiden auf Basis physikalischer Eigenschaften vom konventionellem Scherschneiden abzugrenzen. Die Basis dieses Kriteriums ist die Beurteilung, ob die thermische Entfestigung die dehnrateninduzierte Verfestigung übertrifft, und somit zu einer Dehnungslokalisierung führt. Wenn eine solche Instabilität auftritt, können im lokalisierten Dehnungsbereich adiabatische Scherbänder auftreten. Dieses Kriterium kann sowohl zur Prozessauslegung als auch zur Prozesseinordnung verwendet werden.
In dieser Arbeit wurde ein universelles Kriterium für die Abgrenzung des Hochgeschwindigkeitsscherschneidens auf Basis der thermo-mechanischen Eigenschaften entwickelt. Hierzu wurde zunächst eine neue Methodik entwickelt, um verschiedene Energiegrößen während des Hochgeschwindigkeitsscherschneidens messen und die vorherrschenden kinematischen Bedingungen erfassen zu können. Über die Energiegrößen wurden erstmals Wirkungsgrade für das Hochgeschwindigkeitsscherschneiden bestimmt. Mittels experimenteller, analytischer und numerischer Methoden wurden anhand eines Instabilitätskriteriums Prozessbedingungen abgeleitet, welche es ermöglichen das Hochgeschwindigkeitsscherschneiden auf Basis physikalischer Eigenschaften vom konventionellem Scherschneiden abzugrenzen. Die Basis dieses Kriteriums ist die Beurteilung, ob die thermische Entfestigung die dehnrateninduzierte Verfestigung übertrifft, und somit zu einer Dehnungslokalisierung führt. Wenn eine solche Instabilität auftritt, können im lokalisierten Dehnungsbereich adiabatische Scherbänder auftreten. Dieses Kriterium kann sowohl zur Prozessauslegung als auch zur Prozesseinordnung verwendet werden.
Keywords: Scherschneiden; Umformtechnik; Umformen
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Print version: 978-3-8440-9979-9
DOI 10.2370/9783819100598
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