Flexibles formschlüssiges Fügen mittels Inkrementeller Blechumformung

• Antragsteller: Dr.-Ing. David Bailly
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459861167

Das Fügeprinzip des Falzens bietet die Möglichkeit linienförmige Fügestellen mit Form- und Kraftschluss zu erzeugen und wird weitverbreitet, vor allem im Karosseriebau, eingesetzt. Die industriell etablierten Verfahren zum Falzen sind das werkzeuggebundene Maschinenfalzen und das Rollfalzen. Die übergeordnete Motivation des hier beschriebenen Forschungsvorhabens ist der Einsatz der Prozessprinzipien und Werkzeuge der Inkrementellen Blechumformung für die Herstellung von Falzverbindungen (IBU-Falzen) als Alternative zu den etablierten Verfahren. Die Potentiale umfassen neben einem stark vereinfachten Werkzeugaufbau, die Erweiterung der Prozessgrenzen in Bezug auf Riss- und Faltenbildung sowie die Möglichkeit zur Integration von Umform- und Fügeoperationen in einem Anlagenaufbau. In der ersten Förderperiode wurde ein grundlegendes Prozessverständnis des IBU-Falzens aufgebaut. Es konnte ein vorteilhafter Materialfluss nachgewiesen werden, der die riss- und faltenfreie Erzeugung von gekrümmten Falzverbindungen begünstigt. Bisherige Erkenntnisse beziehen sich ausschließlich auf gerade und gekrümmte Konturlinien der Falze, die in einer planaren Ebene verlaufen. In der beantragten zweiten Projektphase soll nun das erarbeitete Prozessverständnis von zweidimensionalen auf dreidimensional gekrümmte Falzkanten erweitert werden. Dies verbreitert das Anwendungsspektrum, weil viele Realbauteile ebenfalls dreidimensional gekrümmte Kanten aufweisen. Allerdings ergeben sich aus der mehrsinnigen Krümmung auch neue Herausforderungen, da es je nach Krümmungskombination in allen Raumrichtungen zu Materialstauchung oder -streckung kommen kann. Selbst bei einer geraden Falzkante kommt es bei einer gekrümmten Blechebene zu einer Materialstauchung oder -streckung in der bislang eingesetzten Zwischenstufe des 90° abgestellten Kragens. Wird dann eine Flächenkrümmung mit einer Kantenkrümmung kombiniert, kommt es zur Überlagerung dieser Materialflusseffekte, d.h. es könnte eine Verstärkung oder ggf. sogar eine Kompensation verschiedener Materialstauchungen oder -streckungen erfolgen. Im Arbeitsprogramm sollen zunächst die geradlinigen Falzkanten an konvexen und konkaven Flächen und anschließend die Weiterentwicklung zu dreidimensionalen Falzen behandelt werden. Dabei wird jeweils zunächst die konventionelle Prozessstrategie mit 90°-Zwischenstufe untersucht und anschließend neue Prozessstrategien entwickelt, mit dem Ziel eines vorteilhafteren Materialflusses. Die vorgesehenen Untersuchungen erfolgen experimentell und simulativ. Prozesssimulationen werden für die Prozessplanung und die Materialflussanalysen eingesetzt sowie für die Entwicklung neuer Prozessstrategien und optimierter Platinenzuschnitte. Abschließend soll die Übertragung der Erkenntnisse auf ein realistisches Anwendungsbauteil untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Junhe Lian