TR73

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B7 - Horizontalbelastung



Charakterisierung von Horizontalbelastungen bei der Blechmassivumformung und Berücksichtigung in der FE-Simulation

Projektstatus: laufend

Letztes Update: 21.02.2017



Mitglieder


Im Teilprojekt (TP) B7 werden die bei der Umformung asymmetrischer Bauteile typischerweise auftretenden Horizontalbelastungen, deren Auswirkungen auf die Maschinenverformung und die Bauteilqualität untersucht. In der ersten Phase wurde der Einfluss von Horizontalbelastungen auf den Prozess, die Maschine und die Bauteilqualität grundlegend erforscht. Mittels einer Prozesssimulation, in welcher auftretende Horizontalbelastungen berücksichtigt wurden, konnte die damit einhergehende horizontale Stößelverlagerung erstmals realistisch vorhergesagt werden. Der bisweilen negative Einfluss der Stößelverlagerung auf die Bauteilqualität ist mittels dieser aufwendigen Simulationen zwar vorhersagbar, nicht jedoch ursächlich vermeidbar. In der derzeit laufenden zweiten Phase wurde daher zur Vermeidung der Stößelverlagerung eine elektromagnetische Aktorik aufgebaut, mittels welcher die Bauteilqualität bei asymmetrischen Bauteilen verbessert wird. Die Aktorik besteht aus vier in eine Umformmaschine integrierten Elektromagneten und ermöglicht die Aufbringung von horizontal gerichteten Magnetkräften auf den Pressenstößel. Mit Hilfe der Aktoren werden auftretende horizontale Prozesskräfte kompensiert und somit die Bauteilqualität bei asymmetrischen Bauteilen maschinenseitig sichergestellt.

b7 magnete ebr1

In der dritten Phase sollen auf Grundlage der bisher gewonnenen Erkenntnisse und mit Hilfe der in der zweiten Phase ausgelegten Aktorik in der Blechmassivumformung (BMU) weiterhin bestehende Herausforderungen adressiert werden. Mittels der BMU ist die Herstellung komplexer Bauteile mit kleinen Nebenformelementen wie zum Beispiel Verzahnungen als Funktionselemente möglich. Zur Ausformung von Verzahnungen am Umfang eines im ersten Schritt tiefgezogenen Napfes wird die Zarge in einem zweiten Schritt gestaucht und dabei eine Verzahnungsgeometrie in der Matrize ausgefüllt. Im Werkzeugspalt zwischen dem Stauchstempel und der Matrize kommt es zur Bildung von unerwünschtem Stirngrat, dessen Höhe unter anderem von der Größe des Werkzeugspaltes abhängt. Der Stirngrat muss meist in einem nachgelagerten Prozess entfernt werden. Bei asymmetrischen Bauteilen kommt es aufgrund der horizontalen Belastung zu einem seitlichen Abdrängen des Stauchstempels und damit zu einer Vergrößerung des Werkzeugspaltes verbunden mit einer erhöhten Gratbildung. In B7 wird ein neuer Ansatz erforscht, den Stirngrat ursächlich zu vermeiden, indem die Abdrängung des Stauchstempels mittels der elektromagnetischen Aktorik reduziert wird. Mittels einer während des Stauchens umlaufenden horizontalen Bewegung des Stauchstempels relativ zur Matrize wird eine temporäre Reduktion des Werkzeugspaltes auf dem gesamten Umfang des Bauteils erreicht, was mit einer Reduktion der Gratbildung verbunden ist. Neben asymmetrischen Bauteilen kann das Prinzip auch auf symmetrische Bauteile angewendet werden.

b7 phase3

Eine weitere Herausforderung ist die hohe Spannungsbelastung der Werkzeuge während der Umformung und der damit verbundene hohe Werkzeugverschleiß. Daher ist ein mit der Bearbeitung von TP B7 angestrebtes Ziel die Reduktion von Werkzeugverschleiß anhand realer BMU-Prozesse. Dazu wird der Verschleiß erstmals während der Produktion einer hohen Stückzahl von Bauteilen in Zusammenarbeit mit messtechnischen Projekten im Forschungsverbund prozessbegleitend charakterisiert. Der in TP B7 verfolgte Ansatz zur Reduktion des Verschleißes ist die Aufbringung von horizontalen Bewegungen mittels der elektromagnetischen Aktoren während der Produktionsversuche. In Zusammenarbeit mit Teilprojekten aus dem Verbund werden weiterhin Beschichtungen und Strukturierungen der Werkzeugoberfläche hinsichtlich der reibungs- und damit verschleißreduzierenden Wirkung sowie deren Beständigkeit gegenüber Verschleiß in einem BMU-Prozess untersucht.

 


Arbeitskreise