Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Verfahrens zum ultraschallunterstützten Ziehen von Karton. Beim Ziehen wird ein Kartonzuschnitt mit einem Stempel durch eine Matrize gezogen und so ein einseitig offener Hohlkörper hergestellt, ähnlich wie beim Tiefziehen von Metall. Die Ziehwerkzeuge sind üblicherweise beheizt, um die Umformeigenschaften des Kartons durch Wärmeeintrag zu verbessern. In dieser Arbeit werden die Werkzeuge jedoch als Ultraschallsonotroden ausgeführt, da beim Metalltiefziehen durch Ultraschallwerkzeuge Verbesserungen der Prozessführung und des Tiefziehteils erreicht wurden.
Die Erkenntnisse aus dem Metallbereich können jedoch nicht ohne weitere Forschung übernommen werden. Vor der Entwicklung der Ultraschallwerkzeuge werden in dieser Arbeit daher zunächst Lücken im Stand der Wissenschaft und Technik geschlossen bezüglich der Wirkungen von Ultraschallschwingungen auf Karton. Hierzu wird der Druck im Spalt zwischen den Ziehwerkzeugen ermittelt. Anhand der Druckmessung wird ein Beitrag geleistet zur Ermittlung der Erwärmung von Karton in Kontakt mit Ultraschallsonotroden, der Glättung der Oberfläche von Ziehteilen durch Ultraschall und der Beeinflussung der Stabilität von Ziehteilen durch Ultraschall. Mithilfe dieser Forschungsergebnisse werden die Werkzeugsonotroden ausgelegt und ein Versuchsträger entwickelt, mit dem die Erforschung des Prozesses in einem breiten Parameterraum möglich ist. Die Ergebnisse beim Ziehen mit beiden Werkzeugvarianten werden anhand von Kenngrößen der hergestellten Ziehteile verglichen. Dabei handelt es sich um die maximal erreichbare Ziehteilhöhe, die erreichbare Stabilität gegen axiale Stauchbelastung, die erreichbare Oberflächenrauheit und die erreichbare minimale Formabweichung. Für die Bestimmung der Formabweichung wird auf ein bekanntes Verfahren zurückgegriffen und für die übrigen Kenngrößen werden in dieser Arbeit neue Messverfahren entwickelt.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass mit Ultraschallunterstützung qualitativ hochwertige Formteile herstellbar sind, wobei besonders die erreichbare Oberflächenglätte hervorzuheben ist. / The subject of this work is the development of a process for ultrasonic assisted deep-drawing of cardboard.
In deep-drawing, a cardboard blank is drawn through a die with a punch, thus producing a hollow body open on one side, similar to the deep-drawing of metal. The drawing dies are usually heated to improve the forming properties of the cardboard by heat input. In this work, however, the dies are ultrasonic sonotrodes because improvements in process control and drawn part have been achieved in metal deep-drawing using ultrasonic tools.
Nevertheless, the knowledge gained in the metal field cannot be adopted without further research. Therefore, prior to the development of ultrasonic tools, this work first closes gaps in the state of science and technology regarding the effects of ultrasonic vibrations on cardboard. For this purpose, the pressure in the gap between the drawing dies is determined. Based on the pressure measurement, statements can be made on the heating of cardboard in contact with ultrasonic sonotrodes, the smoothing of the surface of drawn parts by ultrasound and the influence of ultrasound on the stability of drawn parts. Based on these research results, the tool sonotrodes are designed and a teststand is developed, which allows the process to be explored in a wide parameter space. The results of drawing with both toolvariants are compared on the basis of parameters of the produced drawn parts. These are the maximum achievable drawn part height, the achievable stability against axial compression, the achievable surface roughness and the achievable minimum form deviation. For the determination of the form deviation, a known method is used, and for the other parameters, new measurement methods are developed in this work.
In summary, it can be stated that ultrasonic vibrations can be used to produce high-quality molded parts, with particular emphasis on the achievable surface smoothness.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:86931 |
| Date | 28 August 2023 |
| Creators | Löwe, Albrecht |
| Contributors | Majschak, Jens-Peter, Hauptmann, Marek, Brosius, Alexander, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/updatedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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