Kompensation der Rückfederung durch Spannungsüberlagerung bei der Umformung von höchstfesten Stahlblechwerkstoffen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Mathias Liewald
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396455913

Erhöhte Umweltschutzauflagen sowie gestiegene Sicherheitsanforderungen bilden die wesentlichen Herausforderungen im Leichtbau des modernen Automobilbaus. In den vergangenen Jahren wurde der Fokus zu Erreichung dieser Anforderungen auf die Verwendung von Leichtbaumaterialien in der Fahrzeugkarosserie gelegt, um das Gewicht durch geringere Wanddicken der Bauteile aus Blech reduzieren zu können. Diese Herausforderungen führen zum verstärkten Einsatz von höchstfesten Stahlblechwerkstoffen im Karosseriebau.Karosserieverstärkungen werden heute aus höchstfesten Stahlblechwerkstoffen durch Streck- und Tiefziehen gefertigt. Nach dem Umformen versucht das Bauteil aufgrund von elastischer Rückfederung ein energetisch günstigeres Niveau zu erreichen, was ein neues inneres Spannungsgleichgewicht zur Folge hat. Diese Rückfederung als Abweichung von der Soll-Geometrie des Bauteiles kann insbesondere bei Träger- und länglichen Strukturbauteilen in verschiedenen Formen auftreten: Winkeländerung, Zargenkrümmung, Radienänderung und Torsion bzw. Verdrillung. Mit dem Einsatz von höchstfesten Stählen zur Herstellung von Karosserieverstärkungsbauteilen tritt während der Umformung eine große Rückfederung auf, die in der Praxis häufig eine mangelhafte Prozessrobustheit begründet und die geforderte Maßhaltigkeit des Bauteils in der Serienproduktion nicht gewährleisten kann.Aus dem Stand der Technik und der industriellen Anwendung sind heute einige mechanisch und geometrisch basierte Ansätze zur Rückfederungskompensation an Tiefziehbauteilen bekannt. Diese müssen hier getrennt von Nachformoperationen, wie etwa vom Kalibrieren, bewertet werden. Allerdings konnte bis heute keine abgesicherte und übertragbare Methodik für eine zufriedenstellende Rückfederungskompensation von trägerförmigen Bauteilen aus höchstfesten Stahlblechwerkstoffen aufgezeigt bzw. gefunden werden.Die Motivation des vorgeschlagenen Forschungsvorhabens geht demnach mit Blick auf zukünftige Leichtbauanwendungen auf den Bedarf nach einer solchen Methodik zur Kompensation der Rückfederung von trägerförmigen Bauteilen nach dem Umformen zurück. Für die erfolgreiche Entwicklung einer solchen Rückfederungskompensationsmethodik soll zunächst eine Abhängigkeit zwischen den nach dem Umformen im Bauteil wirkenden Spannungen und der demzufolge nach der Entlastung verursachten Formabweichung bzw. Rückfederung gefunden werden. Diese Abhängigkeit wird mittels einer mathematischen Funktion dargestellt und zu einer Prozessabfolge führen, die eine Spannungsüberlagerung im Bauteilboden und in der Bauteilzarge bewirkt. Wie im Antrag dargestellt, soll ein neuartiges Ziehverfahren, bei dem die Platinenkante wechselseitig steuerbar einläuft, in Kombination mit einem anschließenden Streckziehvorgang bzw. in Kombination mit einem anschließenden Zurückdrücken der Ziehtiefe dafür zum Einsatz gelangen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen