Tiefdrücken von Biegeformteilen unter kontinuierlichem Nachschieben des Ziehteilflansches
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Forschungsprojekt „Tiefdrücken von Biegeformteilen unter kontinuierlichem Nachschieben des Ziehteilflansches“ wurde angesichts der Limitationen konventioneller Ansätze zur Kompensation von Rückfederungseffekten in der Blechumformung die Entwicklung eines innovativen Verfahrenskonzepts adressiert. Das hierbei entwickelte Tiefdrückverfahren zeichnet sich im Vergleich zu konventionellen Tiefziehprozessen durch die Substitution des Blechhalters durch einen konturierten Schlitten aus. Dieses Konzept ermöglicht eine formschlüssige horizontale und vertikale Kraftübertragung auf die Platinenkanten, wodurch der Flanschbereich am Ende des Umformvorgangs präzise kalibriert werden kann. Dies führt zu einem werkzeuggesteuerten, reproduzierbaren und progressiven Platineinlauf, der anders als bei der Verwendung von herkömmlichen Blechhaltern nur minimal von Reibungsbedingungen beeinflusst wird. Das Verfahren zeichnet sich weiterhin durch eine Umformkinematik aus, die eine kontinuierliche Überlagerung von Biege- und Druckspannungen mittels Knick- und Rollbiegevorgängen ermöglicht und so eine deutliche Reduktion der Rückfederung erzielt. Zur Entwicklung und Validierung des Verfahrens wurden zunächst ausgewählte höchstfeste DP-Stähle hinsichtlich ihrer Fließeigenschaften unter zyklischer Belastung charakterisiert und modelliert. Zusätzlich erfolgten numerische Untersuchungen zur Diskretisierung von Blechplatinen mittels Volumenelementen und zu erforderlichen Kontaktformulierungen. Die Werkstoffmodelle wurden auf Basis experimenteller Untersuchungen der elementaren Umformmechanismen Knick- und Rollbiegen validiert. Darauf aufbauend wurde ein vollständig parametrisiertes FE-Modell in LS-DYNA implementiert. Mithilfe einer numerischen Sensitivitätsanalyse wurde anschließend der Einfluss der Platineinlaufkinematik sowie relevanter Prozess- und Werkzeugparameter auf das Tiefdrücken untersucht, um eine geeignete Prozessführung für die effiziente und maßhaltige Umformung von Hutprofilen zu identifizieren. Die gewonnenen Erkenntnisse führten zur Entwicklung eines neuartigen, modularen Werkzeugkonzepts, das sowohl Umformversuche zum Tiefdrücken als auch zum Tiefziehen ermöglichte. Während beim Tiefziehen ein konventioneller Blechhalter eingesetzt wurde, erlaubten beim Tiefdrücken Rollenschieber mit adaptierbaren Treiberkonturen eine vertikale sowie horizontale Schlittenbewegung und damit die erwünschte progressive Platineneinlaufkinematik. Geometrische und mechanische Analysen der mit diesem Werkzeug tiefgezogenen und tiefgedrückten Bauteile zeigten eine deutliche Reduktion der Rückfederung und der Blechausdünnung sowie eine erhöhte Material- und Prozesseffizienz durch das Tiefdrücken. Das validierte FE-Modell wurde abschließend genutzt, um die entwickelte Umformmethode auf komplexere Bauteilgeometrien zu übertragen. Dies ermöglichte eine Bewertung der Potenziale des Verfahrens zur Verbesserung der Maßhaltigkeit und Effizienz in der Serienproduktion von Strukturbauteilen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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New sheet metal forming process for springback reduction by continuous stress superposition. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1157(1), 012030.
Briesenick, D.; Liewald, M. & Riedmueller, K. R.
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Verfahren und Vorrichtung zum Zugdruckumformen eines Blechs. DE10 2020 105 396.7, 02.09.2021.
D. Briesenick & M. Liewald
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Efficient net shape forming of high-strength sheet metal parts by Transversal Compression Drawing. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 130(5-6), 3053-3063.
Briesenick, David & Liewald, Mathias
