Untersuchungen zu einem umfassenden Toleranzkonzept für die inkrementelle Blechumformung durch lokale Niederhalter und Spannungsarmglühen unter partiellem Formzwang

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Markus Bambach
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315473138

Die inkrementelle Blechumformung (IBU) wird seit ca. 20 Jahren als Lösungsansatz für die Kleinserien- und Einzelfertigung von Blechbauteilen untersucht. Bei der IBU erfolgt die Umformung flexibel mit Hilfe Roboter- oder CNC-gesteuerter, generischer Formwerkzeuge. Bislang sind jedoch Formabweichungen in der Größenordnung von Millimetern unvermeidbar, die als Hauptgrund für den noch sehr geringen industriellen Einsatz des Verfahrens anzusehen sind. Durch die inkrementelle Umformung, die lokal ein zyklisches plastisches Biegen hervorruft, erhält das Bauteil einen komplexen Eigenspannungszustand, der u.a. beim Beschnitt Abweichungen zur Sollgeometrie hervorruft. Die im Bauteil vorliegenden Formabweichungen führten zwar zur Erforschung von Korrekturmaßnahmen, allerdings korrigieren die bislang untersuchten empirischen Ansätze nur die Geometrie nach der Umformung und vermeiden dabei nicht die häufig beobachteten sekundären Formänderungen in der Nähe der Umformzone, die aufgrund der Biegeanteile der Umformung entstehen. Formabweichungen, die bei der Entnahme aus der Einspannung oder beim Beschnitt auftreten, können ebenfalls nicht kontrolliert werden. Mit dem heutigen Stand der IBU existieren somit keine Strategien, die eine sichere Einhaltung von Werkstücktoleranzen ermöglichen. Ein Spannungsarmglühen unter Formzwang in einem formgebundenen Werkzeugsatz könnte die Eigenspannungen vor dem Beschnitt reduzieren. Dies hätte jedoch den Nachteil, dass zusätzlich zur Wärmebehandlung hohe Werkzeugkosten entstünden. Der vorliegende Antrag verfolgt das Ziel, wissenschaftliche Grundlagen und technologische Lösungen für ein umfassendes Toleranzkonzept für die IBU zu erarbeiten. Wesentliche Elemente hierfür sind ein Verständnis der Eigenspannungsentstehung, Maßnahmen zur Erhöhung der Maßhaltigkeit des umgeformten Bauteils und die Reduktion von Eigenspannungen durch Spannungsarmglühen unter partiellem Formzwang.In diesem Antrag werden zwei innovative Ansätze verfolgt, (i) ein lokales Niederhalterkonzept zur Vermeidung von Abweichungen in der Umgebung des Umformstifts und (ii) hybride Werkzeugkonzepte aus einem Stahlrahmen mit innenliegenden Lamellen, der für die IBU mit kostengünstigen Einsätzen (z.B. aus Sika) versehen wird. Die Einsätze werden vor dem anschließenden Spannungsarmglühen entfernt, so dass die Geometrie beim Spannungsarmglühen unter partiellem Formzwang konserviert wird. Die Untersuchungen sollen ferner zu neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen der Eigenspannungsentstehung bei zyklischer Umformung sowie des Eigenspannungsabbaus beim Glühen inhomogen verfestigter Blechbauteile führen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen