Untersuchung eigenspannungsrelevanter Mechanismen entlang der Prozesskette der Herstellung von Napffließpressteilen

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Marion Merklein
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531877349

Eigenspannungen beeinflussen maßgeblich den Verzug, der bei der zerspanenden Weiterbearbeitung kalt umgeformter Bauteile auftritt. Im Grundlagenprojekt wurde anhand des Kaltfließpressens eine grundsätzliche Beeinflussbarkeit der Bauteileigenspannungen durch das Prozessdesign gezeigt. Im vorliegenden Transferprojekt wird das übergeordnete Ziel verfolgt, allgemeingültige eigenspannungsrelevante Mechanismen bei der Herstellung von Napffließpressteilen zu identifizieren und in industrienahen Prozessketten zur Verbesserung des Bauteileigenspannungszustands zu nutzen. Anhand eines Referenzprozesses, der an die Herstellung eines industriell gefertigten Spulengehäuses angelehnt ist, werden zunächst numerisch und experimentell Mechanismen der Eigenspannungsentstehung während der Prozesskette der Umformung untersucht. Weiterhin sollen grundlegende funktionelle Zusammenhänge der Eigenspannungsentstehung beim Napffließpressen identifiziert werden. Dazu erfolgt eine tiefergehende numerische und experimentelle Untersuchung eigenspannungsrelevanter Elementarvorgänge bei der Umformung runder und elliptischer Napfgeometrien. Zur Verbesserung der Werkstoffeffizienz des Gesamtprozesses ist eine Umformung mit Near-Net-Shape-Verfahren zielführend. Dafür notwendig sind ist jedoch die Herstellung von Näpfen mit geringer Wandstärke, woraus sowohl prozessseitige als auch eigenspannungsrelevante Herausforderungen entstehen. Aus diesem Grund sollen Prozessgrenzen im Hinblick auf Werkzeugbelastung und erreichbare Wand- und Bodenstärken ermittelt werden. Als limitierende Faktoren gelten dabei neben der Werkzeugbelastung das Auftreten von Ölexplosionen. Darauf aufbauend sollen die Einflüsse prozessseitiger Steuergrößen auf die Bauteileigenspannungen charakterisiert werden, um die Einstellung eines definierten Eigenspannungszustands zu ermöglichen. Hierbei sind insbesondere Reibung und Stempelgeometrie zentrale Untersuchungsschwerpunkte. Anhand des Referenzprozesses sollen numerisch und experimentell Ursache-Wirkbeziehungen zwischen vorliegenden Eigenspannungszuständen und resultierendem Bauteilverzug bei der anschließenden zerspanenden Nachbearbeitung umgeformter Näpfe identifiziert werden. Daraus wird ein bei der Umformung einzustellender Spannungszustand abgeleitet, mit welchem der Verzug minimiert werden kann. Aus den Erkenntnissen soll eine Auslegungsmethode zur eigenspannungssensitiven Herstellung von Napffließpressbauteilen erarbeitet werden. Daraus wird eine Idealvariante abgeleitet, anhand derer eine experimentelle Verifizierung erfolgt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Bilstein & Siekermann GmbH + Co. KG