Untersuchung des Einflusses reversierender Hubverläufe auf die Werkstückeigenschaften beim Tiefziehen mit Servopressen-Technologie (ServoDrawing)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In AP1 wurde zunächst ein modulares Tiefziehwerkzeug entwickelt und gefertigt, mit dem Näpfe hergestellt werden können. Das Tiefziehwerkzeug wurde instrumentiert, um die Kraft-Weg- und Weg-Zeit-Verläufe präzise aufnehmen zu können. Hierzu wurden ein Laserwegmesssystems sowie vier piezoelektrische Kraftsensoren verbaut. Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen in AP2 wurden für die verwendeten Blechwerkstoffe DC04, DP800 und X5CrNi18-10 zunächst die jeweiligen Prozessfenster aus Ziehverhältnis β = d0 /d1 und Niederhalterkraft FNH identifiziert und jeweils ein Punkt am Rand der Prozessfenster festgelegt, an dem vergleichsweise geringe Faltenbildung auftrat. Mit den so festgelegten Prozessparametern β und FNH wurden im Anschluss reversierende Tiefziehversuche unter Variation der Anzahl der Reversierungen und der relativen Amplitude des Rückhubs in der Reversierung durchgeführt. Die in den Vorarbeiten zum Antrag beobachtete Verringerung der Faltenbildung trat hierbei nicht auf. Im Gegensatz wurde die Faltenbildung bei DP800 und X5CrNi18-10 ausgebildeter, während bei DC04 beim reversierenden Tiefziehen Bodenreißer auftraten. Die Versuche mussten aufgrund des Hallenbrandes bei einem Partner und mit etwas anderen Randbedingungen durchgeführt werden. In AP3 wurde das tribologische System beim Tiefziehen modelliert, so dass eine lokale Auflösung des Reibungskoeffizienten in Abhängigkeit von Kontaktnormalspannung, Relativgeschwindigkeit und Temperatur ermöglicht wurde. Hierzu wurden zunächst Streifenziehversuche an einem Tribometer mit den drei untersuchten Werkstoffen bei verschiedenen Kontaktnormalspannungen, Relativgeschwindigkeiten und Temperaturen durchgeführt, die jeweils zur Kalibrierung des modifizierten Reibmodell nach Filzek genutzt wurden. Das Reibmodell wurde in Abaqus mithilfe von VFRICTION- und VUFIELD-Subroutinen abgebildet, so dass eine Berücksichtigung und Darstellung des ortabhängigen Reibungskoeffizienten möglich waren. Das in AP3 kalibrierte und implementierte Reibmodell wurde in AP4 eingesetzt, um den Einfluss reversierender Hübe auf die Reibung zu beurteilen. In Abaqus/Explicit wurde ein Modell des Tiefziehprozesses mit dreidimensionalen Kontinuumselementen erstellt, mit dem die in AP2 durchgeführten Versuche abgebildet wurden. Es wurde jedoch festgestellt, dass eine Reversierung in der Simulation keinen Einfluss auf die Reibung hat. In den Stempelkraftverläufen ist zwar die Entlastung bei der Reversierung erkennbar, darüber hinaus gleichen aber die Verläufe mit reversierenden Hubverläufen denen aus dem Tiefziehen ohne Reversierung. Als Ergebnis dieses Forschungsprojektes ist zusammenfassend festzustellen, dass die in Vorarbeiten zum Antrag erzielte Reduzierung der Faltenbildung durch reversierende Hubverläufe nicht reproduziert werden konnte. Bei Ziehverhältnissen, bei denen mit gleichem Werkstoff beim einfachen Tiefziehen Näpfe mit vergleichsweise geringer Faltenbildung entstanden, nimmt die Faltenbildung stark zu oder es entstehen Bodenreißer. Da in AP2 und AP4 nicht die Effekte des reversierenden Hubverlaufs auf die Faltenbildung auftraten, die im Rahmen der Vorarbeiten beobachtet wurden, muss die dem Projekt zugrundeliegende Forschungshypothese als falsifiziert gelten. Ein Erklärungsmodell für die Ursache-Wirkung-Zusammenhänge zwischen reversierenden Hubverläufen und Werkstückeigenschaften konnte daher nicht synthetisiert werden. Obgleich die in den Vorarbeiten zum Antrag beobachteten Effekte in den durchgeführten Versuchen nicht reproduziert werden konnten, bleibt die Untersuchung dieses Phänomens weiterhin von wissenschaftlichem Interesse. Die formulierte Forschungshypothese, dass der reversierende Hubverlauf und die Anzahl der Reversierungen maßgeblichen Einfluss auf das zeitabhängige mechanische Belastungsprofil des Werkstückwerkstoffs und die im Wirkmechanismus auftretende Reibung haben, wurde falsifiziert. Dennoch liefern die Ergebnisse wertvolle Erkenntnisse für zukünftige Forschungsarbeiten. Um das Verständnis der in den Vorarbeiten beobachteten Phänomene zu vertiefen, sind weiterführende Ansätze erforderlich, die möglicherweise eine Anpassung der experimentellen Methodik und eine detallierte Analyse der Materialeigenschaften umfassen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Contact pressure, slip-rate, and temperature dependent friction analysis regarding damage free deep drawing of stainless steel. Production Engineering, 14(2), 231-238.
Bergs, Thomas; Trauth, Daniel; Nick, Matthias & Hild, Rafael
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Load path modelling in single-step deep drawing of rotationally symmetric cups. Procedia Manufacturing, 29(2019), 520-527.
Nick, Matthias; Mannens, Robby; Trauth, Daniel & Bergs, Thomas
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Numerical Investigation of Damage in Single-step, Two-step, and Reverse Deep Drawing of Rotationally Symmetric Cups from DP800 Dual Phase Steel. Procedia Manufacturing, 47(2020), 636-642.
Nick, Matthias; Feuerhack, Andreas; Bergs, Thomas & Clausmeyer, Till
