TR73

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A4 - Inkrementelle Umformung



Grundlagenuntersuchungen und Verfahrensentwicklung zur Herstellung belastungsangepasster Bauteile mittels inkrementeller Blechmassivumformung

Projektstatus: laufend

Letztes Update: 18.07.2017



Mitglieder


Übergeordnetes Ziel im Teilprojekt (TP) A4 ist die flexible Herstellung endkonturnaher und belastungsangepasster Funktionsbauteile mittels inkrementeller Blechmassivumformung (BMU). Diese Technologie wurde in der zweiten Förderperiode mithilfe von analytischen, numerischen und experimentellen Untersuchungen dahingehend nutzbar gemacht, dass der Werkstofffluss beschrieben und kontrolliert gesteuert werden kann. Die identifizierten Wirkmechanismen bilden somit ein effizientes Instrument zur geometrischen Bauteilgradierung. Durch das Prinzip der Spannungsüberlagerung konnten zudem die Prozesskräfte beim Einbringen von Funktions­elementen um bis zu 30% reduziert werden. Im Falle höherfester Werkstoffe treten aber trotz dieser Kraftreduktion im finalen Kalibrierschritt weiterhin standzeitreduzierende Werkzeugbelastungen auf. Eine erfolgreiche Kalibrierstufe ist zur Einhaltung der geforderten Maßtoleranzen jedoch zwingend notwendig und unterstreicht damit den Bedarf nach weiteren Strategien zur Reduzierung der Werkzeugbelastung. Zur Verbesserung der Formfüllung beim Zahnformen wurden drei Ansätze entwickelt und erprobt:

 

  • geometrische Anpassung des Ausgangsblechkörpers,
  • angepasste Prozessstrategie mit Vorformschritt und
  • modifizierte Werkzeug-Wirkflächen mit bionischen Strukturen (Kooperation mit TP B2 und TP B5).

 

Neben einer weiteren Reduzierung der Prozesskräfte stellt die Gradierung der mechanischen Bauteileigenschaften das übergeordnete Ziel in der dritten Förderperiode dar. Hierdurch soll sowohl die Lebensdauer der Werkstücke wie auch die Standzeit der Werkzeuge gesteigert werden. Die Zielerreichung setzt die Beantwortung der nachfolgend abgeleiteten wissenschaftlichen Leitfragen voraus:

1. Die in der zweiten Förderphase entwickelten Prozessrouten ermöglichen die Herstellung von Bauteilen mit identischen Geometrien aber unterschiedlichen Formänderungsverteilungen.

 Leitfrage AP1: Welche maximalen Festigkeiten und Festigkeitsverteilungen können durch eine dehnpfadgesteuerte Gradierung der mechanischen Bauteileigenschaften erreicht werden?

 

2. Die gemeinsame Umformung geschichteter Blechronden aus unterschiedlichen Werkstoffen zu einem Bauteil wurde im Verlauf der zweiten Förderperiode prototypisch erprobt.

   → Leitfrage AP2: Wie beeinflusst die Umformung hybrider Bauteile den Stofffluss, die Prozesskräfte und das Gradierungspotential beim Aufdicken bzw. Einbringen von Funktionselementen?

 

3. Durch eine prozessbegleitende, impulsartige Stromdurchflutung der Umformzone konnte im Rahmen von Vorversuchen eine Verringerung der Prozesskräfte um 20% erzielt werden.

→  Leitfrage AP3: Welche maximale Kraftreduktion kann durch die Stromdurchflutung erreicht werden ohne einen Verlust der Kaltverfestigung im Werkstück hervorzurufen?

 

Die dehnpfadgesteuerte Verfestigung wie auch der Einsatz hybrider Bauteile dienen damit der Anpassung der mechanischen Bauteileigenschaften an das in der Nutzungsphase auftretende Belastungskollektiv. Im Falle der Werkzeuge ist das Potenzial der Festigkeitssteigerung durch eine alternative Werkstoffauswahl oder dessen Konditionierung jedoch nahezu ausgeschöpft. Hier erfolgt daher eine Anpassung des Belastungskollektives an die gegebenen Belastungsgrenzen. Neben der prozessbegleitenden Stromdurchflutung der Umformzone dient auch hier der Einsatz hybrider Bauteile als Lösungsansatz. Eine Übersicht der für die dritte Förderperiode vorgesehenen Forschungsinhalte ist nachfolgend dargestellt.

 

Zielsetzung und Vorgehensweise des Teilprojektes A4 während der dritten Förderperiode


Arbeitskreise