Process limits for incremental flanging and hole flanging operations using a CNC controlled forming tool
Final Report Abstract
Das übergeordnete Ziel des Gesamtvorhabens war es, Abkant- und Kragenziehoperationen mit der Inkrementellen Blechumformung (IBU) zu untersuchen und ein grundlegendes Prozessverständnis aufzubauen. Im 1. Förderzeitraum standen systematische Untersuchungen zur Anwendung der IBU, im Hinblick aufdie Formgebung von lokalen Funktionselementen, wie Flanschen und Kragen, im Fokus. Hierbei wurden unterschiedliche Umformstrategien (bspw. einstufig oder mehrstufig) entwickelt und an Versuchsgeometrien getestet, wobei insbesondere Parametereinflüsse und Prozessgrenzen untersucht wurden. Es konnte dargelegt werden, dass aufgrund des inkrementellen Formgebungscharakters die Grenzen klassischer Folgeoperationen deutlich überschritten werden können. Im Vergleich zu konventionellen Verfahren konnte beim Abkanten gestauchter Flansche durch die IBU das Verhältnis von Flanschlänge zu Flanschradius um den Faktor 40 erhöht werden (gestreckter Flansch um den Faktor 2,7). Bei dem inkrementellen Kragenziehen wurden Aufweitverhältnisse (Enddurchmesser zu Vorlochdurchmesser) bis zu 5,5 erreicht, während das klassische Kragenziehen mit vergleichbaren Randbedingungen auf etwa 2,5 begrenzt ist. Ebenso konnte gezeigt werden, dass die Erzeugung komplexer Kantengeometrien mit der IBU generell möglich ist, jedoch die Qualität der Versuchsproben stark von der Länge des Flanschs abhängt. So kann bei Geometrieelementen mit benachbarten Ecken und Radien ab einer Flanschlänge von mehr als 10 mm eine Beulenbildung auf der Flanschschulter beobachtet werden. Durch Vorrichtungen am Werkzeugaufbau (Niederhalter) lassen sich die geometrische Eigenschaften der Abkanterzeugnisse deutlich verbessern. Insgesamt lag das identifizierte Grenzverhältnis von Flanschlänge zu Flanschradius bei ≤ 1 und somit weiterhin deutlich höher als bei konventionellen Prozessen. In der 2. Förderperiode wurde auf den Erfahrungen des ersten Förderzeitraums aufgebaut, sodass das Ziel u. a. auf die Verbesserung geometrischer Eigenschaften von Kragen gerichtet wurde. Es konnte gezeigt werden, dass sich bei dem inkrementellen Kragenziehen geometrische Abweichungen zur Sollgeometrie (senkrechter Kragen) durch die Anwendung einer geeigneten Umformstrategie verringern lassen. Mit steigender Kragenlänge und ansteigendem Kragendurchmesser kann jedoch eine zunehmende Sensibilität der Prozessführung beobachtet werden, die wiederum zu geometrischen Abweichungen am Kragenende führt. Vielmehr hat sich hier die erfolgreiche Anwendung eines vier-köpfigen Umformwerkzeugs als geeigneter Lösungsansatz herausgestellt, um die geometrische Genauigkeit von Kragen zu erhöhen. Des Weiteren wurde untersucht, inwieweit sich die bei der IBU zu beobachtenden höheren Grenzformänderungen auf Kragenziehoperationen bereits vorgeformter Bauteile übertragen lassen. Es konnte gezeigt werden, dass die Weiterverarbeitung von bereits vorumgeformten Bauteilen (innerhalb des untersuchten Parameterfeldes) keinen signifikanten Einfluss auf die Prozessgrenzen aufzeigt. Vielmehr wirkt sich die Vorverfestigung auf elastische Eigenschaften des Materials aus, wodurch eine steigende Rückfederung mit zunehmender Vorumformung resultiert. Des Weiteren wurden die in dem Projekt entwickelten Umformstrategien in die verwendete CAD/CAM-Plattform implementiert. Abschließend wurde anhand der Herstellung eines angepassten Türabdeckungselements des Airbus A320 gezeigt, dass die Anwendung der untersuchten Abkant- und Kragenziehoperationen erfolgreich auf eine komplexe Bauteilgeometrie übertragen werden kann.
Publications
- „Process Limits of Stretch and Shrink Flanging by Incremental Sheet Metal Forming" Key Engineering Materials Vol. 549 (2013) S. 45-52
Voswinckel, H.; Bambach, M.; Hirt, G.
(See online at https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.549.45) - „A New Process Design for Performing Holeflanging Operations by Incremental Sheet Forming", Procedia Engineering Vol 81 (2014) S. 2305-2310
Bambach, M.; Voswinckel, H.; Hirt, G.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.10.325) - „Improving geometrical accuracy for flanging by incremental sheet metal forming". In International Journal of Material Forming, 2014/2015, 8; S. 391-399
Voswinckel, H.; Bambach, M.; Hirt, G.
(See online at https://doi.org/10.1007/s12289-014-1182-y)
