Modellbasierte Verzugsminimierung bei der spanenden Nachbearbeitung von umgeformten Aluminium-Dickblechen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfram Volk; Professor Dr.-Ing. Michael Friedrich Zäh
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 457270653

Aufgrund von immer komplexeren Geometrien und dem Einsatz neuer Werkstoffe steigen die qualitativen Anforderungen an Blechbauteile, wobei vor allem die Beherrschung von Verzügen eine große Rolle spielt. Ein derzeit nur unzureichend gelöstes Problem ist der eigenspannungsinduzierte Verzug von Dickblechbauteilen in den Nachbearbeitungsprozessen, aufgrund von frei werdenden Eigenspannungen aus vorgelagerten Fertigungsverfahren. Die entstehenden Maßabweichungen stellen für die Industrie ein großes Problem dar, welche nur durch einen kosten- und zeitintensiven weiteren Nachbearbeitungsschritt ausgeglichen werden können. Am Beispiel der Dickblechumformung mit spanender Nachbearbeitung soll gezeigt werden, dass eine maßhaltige Geometrie auch ohne aufwendige Nachbearbeitungsprozesse zur Verzugsminimierung möglich ist. Dabei sollen im Rahmen dieses Forschungsprojektes die während des Umformprozesses eingebrachten Eigenspannungen zuerst simulativ, sowie durch geeignete Messverfahren am Referenzbauteil charakterisiert und anschließend bei der spanenden Bearbeitung berücksichtigt werden, um so den Bauteilverzug zu minimieren. Hierbei gilt es zuerst ein vollständiges Simulationsmodell aufzubauen, welches sowohl für den Umformprozess als auch für die spanende Nachbearbeitung geeignet ist und den vorherrschenden Eigenspannungszustand möglichst exakt widerspiegelt. Anschließend muss die Strategie der spanenden Nachbearbeitung auf den geltenden Eigenspannungszustand angepasst werden. Basierend auf numerischen und experimentellen Ergebnissen wird der Einfluss der Prozessparameter, wie beispielsweise Umformgeschwindigkeit, Reibung, Abtragstrategie, Vorschubgeschwindigkeit oder Eintauchtiefe auf die Eigenspannungen und deren Verteilung im Bauteil untersucht. Mithilfe einer breiten Datenbasis werden die Wirkzusammenhänge anschließend analysiert und geeignete Maßnahmen zur Minimierung des Bauteilverzuges abgeleitet.Ziel ist es die spanende Nachbearbeitung an den vorherrschenden Eigenspannungszustand anzupassen und durch geeignete Prozessparameter ein maßhaltiges Bauteil zu erzeugen. Dabei sollen anhand eines Referenzbauteils allgemeingültige Maßnahmen abgeleitet werden. Ebenso wird der Einfluss der Prozessparameter des Umformprozesses auf den Eigenspannungszustand untersucht, um durch Wahl der Parameter einen möglichst geeigneten Eigenspannungszustand für die spanende Nachbearbeitung erzielen zu können. Im Gegensatz zu den bisher angewendeten Lösungsansätzen, die meist auf einer erfahrungsbasierten Herangehensweise basieren, zielt der neuartige Ansatz darauf ab, das Prozessverständnis zu erweitern und dadurch spanend nachbearbeitete Dickblechbauteile systematisch maßhaltig herzustellen. Die Forschungsergebnisse bieten somit eine innovative Möglichkeit zur Effizienzsteigerung bei der Herstellung von spanend nachbearbeiteten Dickblechbauteilen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen