Grundlegende Untersuchungen zur Herstellung von Funktionsbauteilen vom Band
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die steigende Nachfrage nach ressourceneffizienten Produkten und Prozessen in Verbindung mit einem intensiven wirtschaftlichen Wettbewerb stellt die produzierende Industrie vor neue Herausforderungen. Der Einsatz funktionsintegrierter Bauteile ist ein innovativer Ansatz, um die strengen Umweltregularien zu erfüllen. Vor diesem Hintergrund eine ressourcenschonende Herstellung komplexer, funktionsintegrierter Bauteile durch die Blechmassivumformung (BMU) ermöglicht. Derzeit werden in der BMU vorwiegend vorbeschnittene Ronden als Halbzeuge eingesetzt. Durch den Einsatz mechanischer Greifer für das Bauteilhandling ergeben sich jedoch ökonomische Restriktionen hinsichtlich der Taktzeit. Die Umformung direkt vom Coil bietet im Hinblick auf eine wirtschaftliche Fertigung großer Stückzahlen in kurzen Prozessketten großes Potenzial. Allerdings ist der Einsatz dieser Verfahren derzeit durch das Auftreten eines bandspezifischen Stoffflusses limitiert, der zu einer geringen Bauteilmaßhaltigkeit und einer hohen Werkzeugbeanspruchung führt. Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde daher ein grundlegendes Prozessverständnis für ein einstufiges Quer- und Rückwärtsfließpressens von Verzahnungen vom Band sowie für Ansätze zur Erweiterung der Prozessgrenzen erarbeitet. Als Ursachen für den bandspezifischen, asymmetrischen Werkstofffluss wurden prozessunabhängig die Halbzeuggeometrie sowie die Betriebsart identifiziert. Die Halbzeuggeometrie gilt als Auslöser für eine unterschiedliche Bauteilausformung parallel und senkrecht zur Vorschubrichtung. Ursache hierfür ist die erhöhte Stützwirkung durch das zusätzliche Material in Vorschubrichtung sowie die vergrößerte Kontaktfläche zwischen Werkzeug und Coil und damit eine erhöhte Reibung. Die Umformung mehrerer Bauteile von einem Coilabschnitt führt durch die umformbedingte, einseitige Vorverfestigung des Blechbandes zu einer ungleichmäßigen Bauteilausformung in und entgegen der Vorschubrichtung. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Untersuchung von Maßnahmen für eine gezielte Steuerung des Werkstoffflusses. Dies beinhaltet die Erforschung von ausgewählten werkstück-, werkzeug- und prozessseitigen Ansätzen bezüglich ihres Potenzials zur Reduktion des bandspezifischen anisotropen Stoffflusses. Eine Anpassung der Bandbreite führt dabei zur einer erhöhten Stützwirkung senkrecht zur Vorschubrichtung, wodurch die asymmetrische Bauteilausformung parallel und senkrecht zur Vorschubrichtung reduziert werden kann. Prozessseitig wurde durch eine Anpassung des Vorschubs der Einfluss der lokalen Vorverfestigung gezielt gesteuert. Werkzeugseitig führte eine Erhöhung der Reibung durch Aufrauen der Werkzeugoberfläche zu einer Verbesserung der Bauteilmaßhaltigkeit. Die Funktionsbeständigkeit dieser werkzeugseitigen Maßnahmen wurde in Standmengenversuchen für den Referenzwerkstoff DC04 analysiert. Des Weiteren wurden konträre Wirkmechanismen für die Formfüllung von Innen- und Außenkonturen identifiziert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Investigation of Measures for Material Flow Control for a Backward Extrusion of Geared Components from Coil. Lecture Notes in Mechanical Engineering, 32-42. Springer Nature Switzerland.
Leicht, Miriam; Henneberg, Johannes & Merklein, Marion
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Numerical and experimental investigation of a backward extrusion process for forming geared components from coil. Materials Research Proceedings. Materials Research Forum LLC.
Leicht, M.
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Influence of material in sheet-bulk metal forming from coil. Production Engineering, 19(2), 225-241.
Leicht, Miriam & Merklein, Marion
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Numerical and experimental investigation of extrusion processes from coil. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 239(11), 1543-1552.
Leicht, Miriam & Merklein, Marion
