Incremental Sheet Forming by Multiple Simultaneous Forming Zones (MPIF)
Final Report Abstract
Der Schwerpunkt bei der inkrementellen Blechumformung mit zwei simultanen Umformzonen lag in der Untersuchung der Stichelinteraktion. Hierbei wurden Kegelstümpfe mit einem (Singletool) und zwei Umformwerkzeugen (Twintool) erzeugt und miteinander verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass beim Einsatz von zwei Sticheln eine Interaktion vorhanden ist. Diese hängt vom Verhältnis des Stichelabstands bzw. Kegeldurchmessers D zur Blechlänge L und von der Zustellung dz ab. Die Interaktion wirkt sich auf die Umformkraft, das Formänderungsverhalten, die Rückfederung und die Bauteilkontur aus. Bauteile, die mit dem Twintool erzeugt wurden, zeigen bei einem Umlauf und einer Zustellung, im Vergleich zum Singletool, hohe Abweichungen zur Sollkontur. Die Ursache für die Abweichung liegt im abweichenden Rückfederungsverhalten. Die geänderten geometrischen Randbedingungen durch einen zweiten Stichel führen zu einem erhöhten Anteil der elastischen Formänderung an der Gesamtformänderung. Bei Erhöhung des D/L-Verhältnisses oder der Zustellung dz nähert sich das Umformverhalten beider Verfahren an, was auf eine Minimierung der Interaktion hindeutet. Die Minimierung der Stichelinteraktion lässt sich auch bei Erhöhung der Umlaufbeziehungsweise Zustellungsanzahl beobachten. Trotz des kleiner werdenden D/L-Verhältnisses nähert sich das Umformverhalten beim Einsatz des Single- bzw. Twintools in diesem Fall einander an. Für anwendungsnahe Bauteilgeometrien sind deshalb keine signifikanten Unterschiede zu erwarten. Weiterhin konnte in Untersuchungen gezeigt werden, dass bei Verwendung des Twintools eine Reduzierung der Bearbeitungszeit von bis zu 50 % möglich ist. Jedoch hängt diese von der gewählten Umformstrategie (Freiheitsgrad der Maschine) und vom eingesetzten Sticheldurchmesser ab. Ergänzend wurden die gefertigten Bauteile hinsichtlich der Geometrie, Kaltverfestigung und der Versagensneigung untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass keine signifikanten Unterschiede zwischen Single- und Twintool bei mehreren Zustellungen und Umläufen auftraten. Aus den gewonnenen Erkenntnissen geht hervor, dass die Umformung mit zwei simultanen Umformzonen ein hohes Potenzial zur schnellen Fertigung von Hohlbauteilen bietet. Die Bauteile besitzen dieselben mechanischen Eigenschaften wie Bauteile, die mit dem Singletool hergestellt worden sind. Aufbauend darauf wurde ein weiteres Konzept, das sogenannte Tritool, entwickelt. Bei diesem Mehrfachwerkzeug kann, neben der simultanen Bearbeitung auf einer Ebene, auch die Stichelhöhe variiert werden, sodass eine simultane Umformung auf verschiedenen Arbeitsebenen ermöglicht wird.
Publications
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2016. Multiple forming tools in incremental forming – Influence of the forming strategies on sheet contour. ESAFORM 2016, 27.-29.04.2016, Nantes, Frankreich. AIP Conference Proceedings. 1769 (1
Dang, T., Tebaay, L. M., Gies, S., Tekkaya, A. E.
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2018. Effect of multiple forming tools on geometrical and mechanical properties in incremental sheet forming. ESAFORM 2018, 23.-25.04.2018, Palermo, Italien
Wernicke, S., Dang, T., Gies, S., Tekkaya, A. E.
