Tiefdrücken von Biegeformteilen unter kontinuierlichem Nachschieben des Ziehteilflansches

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Mathias Liewald
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 453313448

Leichtbaustrukturen ermöglichen es, aktuellen und zukünftigen ökologischen und ökonomischen Anforderungen insbesondere im Bereich des Automobilbaus gerecht zu werden. Vor allem die Verwendung umgeformter Strukturbauteile aus hoch- und höchstfesten Stahlblechen bietet in diesem Zusammenhang eine Vielzahl an Kosten- und Gewichtseinsparpotentialen hinsichtlich deren Herstellung und Verwendung. Bei der Umformung von Blechwerkstoffen, insbesondere von hoch- und höchstfesten Stahlblechen, treten jedoch verschiedenste Rückfederungsphänomene auf, welche sich negativ auf die Maßhaltigkeit der Bauteile und die Robustheit der Fertigungsprozesse auswirken. Diese Rückfederungseffekte sind im Wesentlichen von den Eigenschaften der umzuformenden Werkstoffe, den Prozessbedingungen und den herzustellenden Bauteilgeometrien abhängig. Bei der Herstellung von Blechkomponenten müssen daher prozessseitige Maßnahmen zur Kompensation der Rückfederung umgesetzt werden. Mögliche Maßnahmen stellen hierbei die Warmumformung oder eine mehrstufige Kaltumformung mit Spannungsüberlagerung dar. Erschwert werden derartige Kompensationsmaßnahmen jedoch durch die immer weiter steigenden Festigkeiten der umzuformenden Halbzeuge, welche zu erhöhten Werkzeugkosten oder zur Überschreitung des Kraftangebots vorhandener Pressentechnik führen. Vor diesem Hintergrund soll im beantragten Forschungsvorhaben ein neuartiger Verfahrensansatz zur Umformung maßhaltiger Biegeformteile aus hoch- und höchstfesten Stahlblechen entwickelt und untersucht werden. Beim hierbei verfolgten sog. „Tiefdrücken“ wird der Ziehteilflansch durch werkzeugtechnische Modifikationen kontinuierlich während der Umformung nachgeschoben. Die dadurch in das Blech eingeleiteten Knick- und Rollbiegebelastungen führen zur Überlagerungen von Druckspannungen und wechselseitigen Biegespannungen, welche wiederum Rückfederungseffekte kompensieren. Ziel des beantragten Projekts ist die simulationsbasierte und technisch valide Verfahrensentwicklung des Tiefdrückens unter Berücksichtigung der hierbei sensitiven Prozessparameter und deren Einfluss auf das Umform- und Rückfederungsverhalten. Zur Erreichung dieser Zielsetzungen werden zunächst Grundlagenuntersuchungen zum Knick- und Rollbiegen von hochfesten Stahlblechen durchgeführt und darauf aufbauend ein numerisches Modell des Tiefdrückens erarbeitet. Numerische Sensitivitätsanalysen ermöglichen darüber hinaus die Bewertung signifikanter Prozessparameter und stützen die simulative Auslegung des Versuchswerkzeugs. Mit diesem Versuchswerkzeug wird die technologische Machbarkeit des neuartigen Verfahrens nachgewiesen und das numerische Prozessmodell validiert. Abschließend bietet die numerische Prozessauslegung eines repräsentativen Biegeformteils einen Ausblick auf die Praxistauglichkeit und den Transfer des Verfahrens auf weitere Anwendungsmöglichkeiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen