PULSCRIMP: Investigations on magnetic pulse crimping of tubular overlap joints with and without filler material

Laatst gewijzigd:

01-09-2017

Elektromagnetisch puls lassen en krimpen zijn innovatieve automatische verbindingstechnieken die gebaseerd zijn op het gebruik van elektromagnetische krachten.

Een magnetische spoel wordt over de te verbinden buisvormige werkstukken geplaatst. Tijdens de operatie wordt in deze spoel een zeer grote hoeveelheid elektrische energie vrijgegeven in een zeer korte tijd. De hoge stroomontlading induceert wervelstromen in het uitwendige werkstuk. Deze beide stromen wekken magnetische velden op, die elkaar afstoten. Dit ontwikkelt een kracht die het uitwendige werkstuk met grote snelheid comprimeert, waardoor het impacteert met het inwendige werkstuk. Afhankelijk van de parameterinstelling wordt een las- of een krimpverbinding verkregen.

Deze techniek vertoont opmerkelijke voordelen t.o.v. de conventionele processen :

snel en kostengunstig verbinden van moeilijk lasbare materialen, zoals heterogene verbindingen (aluminium - staal, koper - aluminium, enz.),
het verkrijgen van een grotere vervorming van bepaalde materialen, in vergelijking met conventionele vervormingstechnieken, terwijl de nadelen van de conventionele processen vermeden worden,
het vervaardigen van complexe of nieuwe werkstukken en producten, die niet mogelijk zijn met de conventionele las- of vervormingstechnieken,
het verbeteren van de arbeidsomstandigheden tijdens het lassen.

Aandrijfas: een elektromagnetisch gekrimpte torsie-as met een chemisch aangebrachte zwarte afwerkingslaag. De mechanische verbinding tussen de stalen buis en het stalen koppelstuk kan zowel torsiemomenten als axiale krachten overbrengen. De zwarte afwerkingslaag werd voor het krimpen aangebracht.
Bron : PSTproducts

Onderdeel van een versnellingsbak
(c): TWI

Gekrompen stalen koppelingen op rubberen slangen
(c): PSTproducts

Onderdeel voor de automobielindustrie
vervaardigd via magnetisch puls krimpen
(c): PSTproducts

Krimpen van connectoren op elektrische kabels

Doel van het project

Magnetisch puls krimpen biedt voordelen t.o.v. het magnetisch puls lassen, zowel technisch als economisch (robuuster proces, groter toepassingsdomein, lager energieverbruik). De beperkingen van het magnetisch puls krimpen zijn het niet lek- of luchtdicht zijn van de verbindingen. Voor elektrische toepassingen is de overgangsweerstand aan de verbindingsinterface groot.

Door het magnetische puls krimpen in te zetten als alternatief voor het magnetisch puls lassen kan de toepasbaarheid enorm vergroot worden. Voorwaarde is echter dat de bovenstaande beperkingen van het magnetisch puls krimpproces opgelost worden.

Om deze beperkingen op te lossen wordt een nieuwe variant van het proces ontwikkeld : het magnetisch puls krimpen met toevoegmateriaal, hetzij een soort lijm, hetzij een soort soldeermiddel. Indien dit onderzoek zijn doelstellingen bereikt, zal het magnetisch puls krimpen een waardevol, robuust en economisch aantrekkelijk verbindingsproces betekenen, dat de bedrijven in staat zal stellen te produceren op een snellere en kostengunstigere manier.

De doelstellingen van het project kunnen als volgt worden omschreven :

Aantonen dat het magnetisch puls krimpen een waardevol alternatief is voor het vervaardigen van verbindingen die kunnen weerstaan aan axiale krachten en koppels (zonder toevoegmateriaal).
Ontwikkeling van een nieuwe variant van het proces voor het realiseren van gasdichte krimpverbindingen.
Kennis over krimpverbindingen van materialen en werkstukken (sterkte, ductiliteit, microstructuur, terugvering, ...) en inzake de toepasbaarheid van de processen (waar te implementeren en tegen welke kost).
Kostenreductie : mogelijkheid om sneller te produceren, met een grotere kwaliteitsgarantie, wat resulteert in een economisch voordeel.
Het mogelijk maken voor de bedrijven om nieuwe of complexe producten te produceren, die voorheen niet mogelijk waren met conventionele technieken (bv. het verbinden van niet-lasbare materialen, het realiseren van grotere vervormingen, …).
Tegemoetkomen aan de steeds strenger wordende eisen inzake milieu en arbeidsomstandigheden.

Projectomschrijving

Europese samenwerking

Dit Europees project wordt uitgevoerd in het kader van de Europese CORNET-projectformule. Kenmerkend is dat er inhoudelijk ook op Europees niveau over het project beslist wordt, en dat de deelnemende regio’s het project steunen (IWT Vlaanderen en AiF Duitsland). Naast het BIL nemen ook OCAS (Onderzoekscentrum voor Aanwending van Staal, Zelzate, België), SLV uit München (‘Schweisstechnische Lehr- und Versuchanstalt’) en het IFF (‘Industrieanlagen Fügetechnik Fertigungstechnik’, onderzoeksinstelling gespecialiseerd in lijmverbindingen) deel aan het onderzoek.

Elke partner heeft een specifieke en noodzakelijke taak te vervullen :

Het experimentele onderzoek wordt uitgevoerd worden door BIL en SLV, die beide beschikken over een magnetisch puls installatie.
De uitvoering van het experimentele onderzoek wordt bijgestaan door het eindige-elementen modelleren van het proces, uitgevoerd door OCAS.
IFF verricht onderzoek naar geschikte toevoegmaterialen voor de nieuwe procesvariant.
Waar nodig wordt bijstand verleend door leveranciers van apparatuur. Dit is het geval voor ontwikkeling en productie van spoelen en veldconcentrators, technische bijstand, enz.

Doelgroep

De doelgroep van het project in Vlaanderen is de metaalverwerkende industrie (staal en non-ferro), en bevat in het bijzonder toeleveranciers uit de automobielindustrie, bedrijven uit de airconditioning- en koelsector en aluminiumverwerkende bedrijven.