Untersuchung des Einflusses reversierender Hubverläufe auf die Werkstückeigenschaften beim Tiefziehen mit Servopressen-Technologie (ServoDrawing)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Fritz Klocke
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329436697

Das Tiefziehen ist eines der bedeutendsten Fertigungsverfahren zur Herstellung von Blechwerkstücken mit dreidimensionaler Geometrie. Beim Tiefziehen von Karosseriebauteilen werden aus ökonomischen und ökologischen Gründen vermehrt hochfeste Leichtbauwerkstoffe eingesetzt. Im Vergleich zu konventionellen Tiefziehstählen weisen hochfeste Werkstoffe ein deutlich geringeres Formänderungsvermögen auf, was auf einer Seite in einer erhöhten Faltenbildung und auf der anderen Seite in einem verfrühten Auftreten von Bodenreißern resultiert. Zudem kommt es zu einer signifikanten Erhöhung der erforderlichen Prozesskräfte. Durch den Einsatz von hochfesten Leichtbauwerkstoffen ergeben sich somit neue Herausforderungen hinsichtlich der Prozessgrenzen des Tiefziehens. Hieraus resultiert eine wirtschaftliche Problemstellung, da sich durch das geringere Formänderungsvermögen hochfester Werkstoffe und die hohen Prozesskräfte folglich auch eine Reduktion des fertigbaren Bauteilspektrums des Tiefziehens ableitet. Eine Möglichkeit das Formänderungsvermögen von hochfesten Blechwerkstoffen beim Tiefziehen gezielt zu beeinflussen, ist der Einsatz von innovativer Servopressen-Technologie. Im Gegensatz zu konventionellen Antrieben lässt die Servopressen-Technologie ein exaktes Positionieren des Stößels zu und verfügt auch bei kleinen Antriebs-Drehzahlen sowie im Stillstand über große Drehmomente. Die Servopressen-Technologie ermöglicht im Rahmen der physikalischen Grenzen freiprogrammierbare Stößelweg-Zeit-Verläufe. Eine besondere Art der Stößelweg-Zeit-Verläufe ist der reversierende Hubverlauf, der durch eine ein- oder mehrmalige Reversierung der Stößelbewegungsrichtung während der Umformung gekennzeichnet ist. Erste Forschungsarbeiten zeigen, dass mit Reversierungen der Werkstofffluss im Vergleich zu konventionellen Hubverläufen positiv beeinflusst werden kann. Die Ursachen für diesen Effekt sind bisher nicht erforscht und somit leitet sich ein Handlungsbedarf ab. Die wissenschaftliche Problemstellung besteht in der Erklärung der Einflüsse der reversierenden Hubverläufe auf den Werkstofffluss des Werkstücks sowie die tribologischen Wechselwirkungen im Kontakt hinsichtlich Reibung. Das übergeordnete Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines ganzheitlichen Erklärungs-modells der Ursache-Wirkungs-Zusammenhänge zwischen reversierenden Hubverläufen und den Werkstückeigenschaften beim Tiefziehen hochfester Blechwerkstoffe mit Servopressen. Das angestrebte Modell erklärt über empirische Zusammenhänge und analytische Formulierungen auf Basis der FEM die mechanischen Wirkprinzipien auf die werkstückseitige Faltenbildung und die Blechausdünnung, die Prozesskraftreduzierung sowie auf die tribologischen Wechselwirkungen zwischen Werkstück und Werkzeug. Die erlangten grundlegenden Erkenntnisse ermöglichen eine verständnisbasierte und zielgerichtete Auslegung von Tiefziehprozessen mit reversierenden Hubverläufen für hochfeste Bleche.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen