Experimentelle Ergebnisse zeigen die Anwendungsmöglichkeit umformtechnisch gefügter Pressbolzen als hochfest vorspannbare Verbindungselemente für Verschraubungen. Sie stellen alternativ zum Schweißbolzen ein tragfähiges Gewinde bereit. Anhand der vorliegenden Kerbfälle und Dauerfestigkeiten sowie der Nennspannungswöhlerlinien sind umformtechnisch gefügte Pressbolzenverbindungen nach dem Nennspannungskonzept bewertbar.
Die aus numerischen Untersuchungen entwickelten Volumen- und Schalenmodelle bilden die Basis für Untersuchungen zum Strukturspannungskonzept.
https://www.efb.de/efb-forschungsbericht-nr-589.html
Aktualisiert: 2023-05-04
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Blindniete eignen sich im besonderen Maße zum Fügen von Mischverbindungen, da sie kein Verformungsvermögen der Bauteile voraussetzen und nur eine einseitige Zugänglichkeit zur Fügestelle erfordern.
Es werden geeignete hülsenfaltende Blindnietsysteme an Fügekombinationen, bestehend aus CFK- und Aluminiumfügeteilen untersucht. Viele setzprozessinduzierte Schädigungen am Fügeelement und in der CFK Verbundstruktur reduzieren die Festigkeitseigenschaften des CFK sowie die Tragfähigkeit der Nietverbindungen.
Für die praxisgerechte Auslegung der Blindnietverbindungen ist bedeutsam, dass die Ausnutzung des zulässigen Blindniet-Klemmbereichs durch dickere Bauteile mit großen Veränderungen in der geometrischen Fügepunktausbildung einhergeht, wodurch die Tragfähigkeit der Nietverbindung nachweislich signifi kant reduziert wird.
https://ble-x.de/mydocs/1643
Aktualisiert: 2021-10-21
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Besonders kleine und mittlere Unternehmen als Zulieferbetriebe müssen entsprechend der Markttendenz zu kleineren Stückzahlen schnell auf Angebotsanfragen reagieren können und bei Auftragserteilung ebenso schnell und kostengünstig produzieren.
Entsprechender zeitlicher und finanzieller Spielraum besteht nur in der Produktionsvorbereitungsphase. Um entsprechende Marktvorteile zu erzielen, sind eine genauere Bestimmung der teilspezifischen Werkzeuggeometrie einschließlich der Blechdickenänderung und der notwendigen technologischen Kenngrößen wie Umformkraft, Umformweg zur Produktion eines qualitätsgerechten Werkstückes Voraussetzung. Bei der Ermittlung der Blechdickenabnahme versagen im allg. die elementaren Theorien, obwohl diese Kenngröße entscheidend für den späteren Einsatz des Bauteiles ist. Die geforderten Blechdickenabnahmen können durch das Simulationssystem in einer Phase der Produktion überprüft werden, in der noch kostengünstige Änderungen möglich sind.
Durch die angestrebten Ergebnisse wird es möglich, besonders für kleine und mittlere Unternehmen in einer frühen Phase der Produktion ohne eine Vielzahl kosten- und zeitintensiver Versuche eine für das jeweilige Werkstück optimierte Gestaltung der Werkzeuggeometrie und der Stufenfolge sowie der technologischen Einstellgrößen zu erhalten. Dabei wird die genauere Geometrie und die Maße der Werkstücke nicht durch hohe Kräfte, die entsprechende Maschinen erfordern, sondern durch Neugestaltung der Werkzeuge erzielt.
Diese aus der Simulation gewonnenen Vorgaben bilden die Grundlage für den Werkzeugbau und die Einrichtung der Maschinen.
Dies führt zu einer Verkürzung der Produktionsanlaufphase und zu einer Erhöhung des Nutzungsgrades der investitionsintensiven Fertigungseinrichtungen und sichert vor allem klein- und mittelständischen Unternehmen eine größere Effizienz und Marktfähigkeit Weiterhin können durch die berechneten Spannungen und Dehnungen Aussagen zur beanspruchungsgerechten Auslegung des Teiles und zu Produkteigenschaften gewonnen werden. Mit dem Simulationsprogramm kann im Zusammenwirken zwischen Teilekonstrukteur, Werkzeugkonstrukteur und Fertiger ein beanspruchungsgerecht konstruiertes, rotationssymmetrisches Werkstück mit darauf abgestimmter Werkzeuggeometrie und Stufenfolge mit dazugehörigen technologischen Daten in kürzerer Zeit hergestellt werden. Potentielle Anwender sind blechverarbeitende Betriebe, die rotationssymmetrische Teile im Produktionssortiment führen (z.B. Radnaben, Kupplungsteile, Bremstrommeln, beliebige Tiefziehteile und Werkzeugbaubetriebe).
Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurden Untersuchungen zur Rechnersimulation des Nachformens von rotationssymmetrischen Blechteilen angestellt. Dabei wurde auf experimentellem und numerischem Wege die Werkstückqualität durch Variation der Werkzeuggestaltung optimiert.
ln der ersten Phase der Bearbeitung des Forschungsthemas wurden Untersuchungen theoretischer und experimenteller Art in Bezug auf die Ermittlung von Eingangsdaten für Berechnung und Simulation angestellt. Dies betrifft die unterschiedlichen einsetzbaren Verfahren sowie die mathematische Ermittlung der Fließkurvenparameter.
Weiterhin wurden Untersuchungen zur Ermittlung des E -Moduls durchgeführt.
Diese Untersuchungen erfolgten mit alternativen Methoden, wobei neue Erkenntnisse gewonnen werden konnten. Parallel dazu erfolgte die Erarbeitung einer Werkstoffdatei.
Zur Approximation der Fließkurven wurde ein eigenes Programm erarbeitet und zusammen mit der Werkstoffdatenbank weiterentwickelt.
Parallel dazu wurde nach Erarbeitung einer Konzeption ein Preprozessor für das Simulationssystem erstellt und in mehreren Varianten umgesetzt. Nach Testung der unterschiedlichen Varianten erfolgte die endgültige Fertigstellung des Preprozessors.
Dieser Preprozessor befindet sich im industriellen Einsatz.
Um die Treffsicherheit des Simulationssystems darzustellen und zu testen, wurden in einer weiteren Phase Simulationsrechnungen an Beispielteilen durchgeführt. Die Überprüfung des Programmsystems erfolgte durch vergleichende Experimente an rotationssymmetrischen Werkstücken. Bei den Rechnungen sind vorrangig Untersuchungen zur Variation der Werkzeuggeometrie und deren Auswirkung auf das Umformergebnis durchgeführt worden.
Dabei wurden einstufige und mehrstufige Nachformvorgänge simuliert und experimentell überprüft. Es ergab sich eine gute Übereinstimmung zwischen den simulierten und den experimentellen Ergebnissen.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Innerhalb des Forschungsvorhabens sollten durch Untersuchungen Grundlagen für die sichere Werkstück- und Prozessauslegung des Gleitziehbiegens geschaffen werden. Mittels experimenteller Grundlagenuntersuchungen konnten wesentliche Erkenntnisse zum Verfahrensablauf und zu den Verfahrensgrenzen gesammelt werden.
Eine Versuchsanlage mit einer starren Gleitziehbiegematrize wurde zur Durchführung der Grundlagenuntersuchungen verwendet. Mit diesem Versuchsaufbau war es möglich, Profile mit einer Blechdicke von s0 = 0,6 mm bis 1,0 mm und einer Länge von 500 mm bis 750 mm herzustellen. Im Rahmen der Untersuchungen wurden U-Profile und Hutprofile aus den Werkstoffen DC05, X5CrNi1810 sowie AlMg4,5Mn0,4 hergestellt. Erste Untersuchungen befassten sich mit den allgemeinen Möglichkeiten des Gleitziehbiegens ohne die Verstellung des Ziehspaltes an der Matrize bei konstanten Randbedingungen (Ziehgeschwindigkeit, Ziehspalt). Hierbei wurden die ersten Grenzen des Verfahrens ermittelt.
Um eine Variation des Ziehspaltes durchführen zu können, modifizierte man die bestehende Versuchsanlage. Nach der Modifizierung konnten Ziehspaltadaptionen für U – Profile der Blechdicken s0 = 0,8 und s0 = 1,0 mm durchgeführt werden. Dabei stellten sich für die unterschiedlichen Blechdicken optimale Ziehspalte heraus. Durchgeführte Schmierstoffvariationen sowie eine Untersuchung des Einflusses der Ziehgeschwindigkeit auf den Umformprozess ließen weitere grundlegende Erkenntnisse zu. In numerischen Simulationen gewonnene Ergebnisse wurden durch experimentelle Untersuchungen bestätigt. Die numerischen Berechnungen wurden um Varianten mit traktrixförmigen Ziehrundungen an der starren Matrize ergänzt und abgeschlossen.
Umfangreiche Versuche zur Kennwertermittlung wurden durchgeführt. Die Fließkurven der Probewerkstoffe und die Reibwerte im Zusammenspiel mit den Werkzeugwerkstoffen wurden ermittelt. Die Grenzformänderungskurven der Probenwerkstoffe konnten mit Hilfe der Methode der Visioplastizität bestimmt werden. Verschiedene Profile wurden berastert und es erfolgte eine visioplastische Analyse der Probeteile.
Im weiteren Projektverlauf wurden unterschiedliche Werkzeugkonzepte zur Herstellung belastungsangepasster Profile mit variablem Querschnitt entwickelt. Daran schlossen sich Simulationsrechnungen der verschiedenen Werkzeugkonzepte an. Die Geometrie eines ausgewählten Werkzeugkonzeptes wurde für die Simulation weiter aufbereitet. Der benötigte Kraftbedarf wurde ermittelt und umfassende Auslegungsrechnungen zur Optimierung erfolgten. Bei den Simulationsrechnungen wurden in enger Zusammenarbeit mit den Projektpartnern neue numerische Modelle bezüglich des Kontaktes zwischen Werkstück und Werkzeug sowie des funktionalen Ablaufes der Simulation entwickelt und getestet.
Basierend auf den Ergebnissen der Grundlagenuntersuchungen und den numerischen Simulationen realisierte man das Werkzeugkonzept in der Praxis. Mit der Gleitziehbiegeanlage konnten im Querschnitt variierte Profile hergestellt werden.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Das Projekt leistet für die Weiterentwicklung der Simulation von Umformprozessen einen wichtigen Beitrag zur Ermittlung von Randbedingungen und technologischen Parametern bei der Werkzeugentwicklung. Damit kann eine hohe Prozesssicherheit und eine hohe Qualität in Bezug auf die Maßhaltigkeit des umgeformten Bleches gewährleistet werden.
Mit einer verbesserten Prognosefähigkeit bei der Simulation von Blechumformprozessen wird die Zeit bis zum Serienanlauf verkürzt, da sich der manuelle Aufwand bei der Werkzeugeinarbeitung vermindert. Die geringe Abweichung beim 3D-Vergleich bestätigt die Notwendigkeit und Effektivität der erweiterten FEM-Prozessmodelle.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Besonders kleine und mittlere Unternehmen als Zulieferbetriebe müssen entsprechend der Markttendenz zu kleineren Stückzahlen schnell auf Angebotsanfragen reagieren können und bei Auftragserteilung ebenso schnell und kostengünstig produzieren. Entsprechender zeitlicher und finanzieller Spielraum besteht nur in der Produktionsvorbereitungsphase. Um entsprechende Marktvorteile zu erzielen, ist die genauere Vorausbestimmung der teilspezifischen Werkzeuggeometrie einschließlich der Blechdickenänderung und der notwendigen technologischen Kenngrößen wie Umformkraft, Umformweg zur Produktion eines qualitätsgerechten Werkstückes unabdingbar.
Bei der Ermittlung der Blechdickenabnahme versagen im allg. die elementaren Theorien, obwohl diese Kenngröße entscheidend für den späteren Einsatz des Bauteiles ist. Die geforderten Blechdickenabnahmen z.B. max. 20% bei Sicherheitsteilen können durch das Simulationssystem in einer Phase der Produktion überprüft werden, wo kostengünstige Änderungen möglich sind. Durch die Simulation wird es möglich, besonders für kleine und mittlere Unternehmen in einer frühen Phase der Produktion ohne eine Vielzahl von kosten- und zeitintensiven Versuchen eine für das jeweilige Werkstück optimierte Gestaltung der Werkzeuggeometrie und der Stufenfolge sowie der technologischen Einstellgrößen zu erhalten. Dabei wird die genauere Geometrie und die Maße der Werkstücke durch Neugestaltung der Werkzeuge erzielt. Diese aus der Simulation gewonnenen Vorgaben bilden die Grundlage für den Werkzeugbau und die Einrichtung der Maschinen...
Aktualisiert: 2022-02-08
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Die charakteristischen Umformzonen werden am Beispiel der Befestigungsabschnitte
von Funktionselementen geometrisch und werkstoffl ich
beschrieben. Das ist übergeordnet für alle umformtechnischen Prozesse
interessant, da die Umformhistorie mit abgebildet werden kann.
Der Vergleich der Schwingbeanspruchbarkeit des Befestigungs- und
des Funktionsabschnittes über den Kerbfall führt zu der grundsätzlichen
Erkenntnis, dass für Verschraubungen mit Funktionselementen das
Konstruktionsprinzip der Schraube zu hinterfragen ist.
Es wird eine Anziehprozedur festgelegt und auf die tatsächliche Verschraubung
mit Funktionselementen übertragen. Des weiteren ist ein
Nachweis der Grenzfl ächenpressung über die Unterkopfaufl agen hinaus
auch für die Scherfuge/Trennfugen notwendig
Aktualisiert: 2019-10-09
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Als wesentlicher Gegenstand zum vorliegenden Projekt, der Nachbildung tribologischer Verhältnisse bei hohen Flächenpressungen an einer Ziehkante, hat sich die Untersuchung der theoretischen und verfahrentechnischen Grenzen dieser Simulation herausgestellt, d.h., bei Nutzung einer einfach gekrümmten Ziehkante ist der Streifenzugversuch mit Umlenkung als Modell für die Zug-Druck-Beanspruchung des Tiefziehans offensichtlich bei mittleren Flächenpressungen im Bereich von Pm = 80 ... 100 N/mm2 erschöpft.
Neben dieser verfahrenstechnischen Begrenzung bestehen Mängel in der plastemechanischen Modeliierung des Versuches. Diese können zur Ergebnisverfälschung führen insbesondere dann, wenn die Grenzbereiche der experimentellen Nachbildung erreicht werden.
Dem bezogenen Ziehbackenradius ist für den Modellcharakter von Streifenziehversuchen sowohl für den Versuch als auch für die Auswertung große Bedeutung beizumessen. Relativ zuverlässige Ergebnisse können bei bezogenen Ziehkantenradien von rs/so = 400 ... 800 erwartet werden.
Als tribologisches System erwiesen sich von den untersuchten Werkzeug- und Blechwerkstoffen, Beschichtungen sowie Schmiermitteln die Legierungen AMPC025 und GG30 als leistungsfähig; der Einfluß der untersuchten Beschichtungen auf den Reibwert war gering. Diese Ergebnisse lassen allerdings kaum Rückschlüsse auf das Verschleißverhalten zu, das hier jedoch nicht Gegenstand der Untersuchungen war.
Im Durchschitt wies der Schmierstoff 1 eine hohe Leistungsfähigkeit im Bereich der Mischreibung auf.
Entsprechend der Vorgabe wurden innerhalb der Experimente mit dem legierten Blechwerkstoff X4CrNi18-10 (X5CrNi18.10) die höchsten Flächenpressungen erzielt, mit deren Zunahme der Reibwert geringfügig abnahm.
Mit dem Tiefziehstahl DC04 (St14) wurde die gewohnte gute Umformbarkeit erreicht; vergleichsweise hohe Flächenpressungen konnten bis etwa 60 N/mm² erzielt werden.
Die untersuchten Aluminiumwerkstoffe gestatten nur relativ geringe Flächenpressungen; eine Einengung der tribologischen Verhältnisse führte sofort zu abrasiven und adhäsiven Reaktionen an der Ziehkante.
Das grundsätzliche Vorhaben, mit Hilfe eines Modellversuches die tribologischen Verhältnisse beim Tiefziehen abzubilden, konnte durch die Weiterentwicklung der Versuchsverfahrenstechnik und der plastemechanischen Beschreibung sicherer gestaltet werden.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Durch die Untersuchungen des Gleitziehbiegens von Tailored Blanks wurden weitere Grundlagen für die sichere Werkstück- und Prozessauslegung für das wenig verbreitete Profilierverfahren Gleitziehbiegen geschaffen. Mittels seitlich verstellbarer Matrizen können reproduzierbar belastungsangepasste Profile hergestellt werden, die unterschiedliche Querschnitte über der Profillänge aufweisen. Beim Einsatz von Tailored Blanks als Ausgangsmaterial für das Gleitziehbiegen erweitert sich das Anwendungsspektrum der hergestellten Profile um ein Vielfaches.
Im Verlauf der Untersuchungen wurde das Gleitziehbiegen von Tailored Blanks umfassend simuliert. Die seitliche Werkzeugverstellung stellte in der Simulation ein großes Problem in Bezug auf stabile Kontaktbedingungen dar. Durch die Kombination von Kontakten aus dem Crash-Bereich (PAM-CRASH-Kontakt 33) mit PAM-STAMP konnte dieses Problem gelöst werden. Aufwendig ist nach wie vor die Erzeugung der Netzgeometrien bei Tailored Blanks, da diese Werkstückgeometrie für das Gleitziehbiegen mit den Standardvernetzern nur unbefriedigend zu vernetzen ist.
Bei der Simulation des Gleitziehbiegens wurden mehrere Werkzeugstadien untersucht. Zunächst wurden die Matrizen einzeln betrachtet und verschiedene Varianten der Nahtlage berechnet. Um weiter die Qualität der Teile zu verbessern wurde eine Werkzeugentwicklung in mehreren Stufen durchgeführt. Dabei wurde die Tiefe der Matrizen reduziert, um den Kontaktbereich der Werkzeuge mit dem Blech zu verringern, was einer „freien“ Vorwölbung besser entsprechen würde. Mit dieser Werkzeugvariante konnten vollkommen neue Profilgeometrien mit gewölbtem Boden erzeugt werden. Bei der visioplastischen Auswertung ergab sich eine gute Übereinstimmung der durchgeführten Versuche mit den Simulationsrechnungen.
Eine vergleichende Auswertung ist nur an den Biegekanten der Profile sinnvoll, in allen anderen Bereichen sind Dehnungen zu gering oder gar nicht vorhanden. Dabei sind an der Biegekante in allen Richtungen (e1, e2 und e3) nur geringe Deformationen vorhanden. Bei den Experimenten und der Simulationen hat sich gezeigt, dass eine starke Abhängigkeit der Werkstückgeometrie von der Innengeometrie der Matrize vorhanden ist. Je nach „Tiefe“ der Matrize können Werkstücke mit gewölbtem Bodenbereich oder mit gewölbtem Flanschbereich erzeugt werden. Um einen optimalen Ziehspalt zur Umformung von Blechzuschnitten aus Tailored Blanks zu erhalten modifizierte man die bestehende Versuchsanlage.
Es konnten nach der Modifizierung Tailored Blanks unter konstanten Reibbedingungen zu U-Profilen umgeformt werden. Durchgeführte Schmierstoffvariationen ließen weitere grundlegende Erkenntnisse zu. Aufgrund der lokal hohen Flächenpressungen an den Radien des Ziehteiles ist speziell dort mit erhöhtem Verschleiß an den Werkzeugen zu rechnen. Begleitende Simulationen konnten die Versuchsergebnisse bestätigen und ermöglichen eine Vorausberechnung des Umformvorgangs.
Ansatzpunkte für eine Weiterentwicklung des Verfahrens sind beispielsweise die Untersuchung von Einsatzmöglichkeiten von Kunststoffwerkzeugen. Die damit einhergehende weitere Reduzierung der Kosten wirkt sich positiv auf die Attraktivität des Verfahrens aus und begünstigt eine industrielle Umsetzung der Technologie.
Aktualisiert: 2019-10-09
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Um das Verfahren Stanznieten im Bereich von Großstrukturen mit geringen Stückzahlen wirtschaftlich einsetzen zu können, soll das Nietwerkzeug durch Standardindustrieroboter bedient werden. Hierfür werden ein automatisches, sensorbasiertes Verfahren zur Programmierung von Robotern zum Stanznieten von Großstrukturen sowie Anlagenkonzepte mit Integration der sensorbasierten Programmierung in den Produktionsablauf und ein Konzept zur Werkstückhandhabung und -fixierung entwickelt.
Dazu kommt ein Verfahren zur Konstruktion von gewichtsoptimierten C-Rahmen mit definierter Verformungscharakteristik, das sich durch einen geringen Optimierungs- und damit auch Zeitaufwand kennzeichnet.
Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich durch Umsetzung der Anlagenkonzepte unter Einsatz der entwickelten Komponenten im Bereich des Schienenfahrzeugbaus sowie des allgemeinen Stahl- und Hallenbaus
Aktualisiert: 2019-10-09
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Blechwerkstoffe mit und ohne ausgeprägter Streckgrenze wurden im Zugversuch mit Temperaturmessung untersucht. Dies betrifft sowohl Stahl- als auch Aluminiumwerkstoffe.
In die für die Untersuchungen zur Verfügung stehende Werkstoffprüfmaschine RKM100 wurde ein Messaufbau zur Temperaturmessung integriert. So ist es möglich, den Fließbeginn über eine zusätzlich zur Verfügung stehende Messgröße physikalisch objektiv zu bestimmen. Die Untersuchungen zum E-Modul erfolgten unter Variation der Ziehgeschwindigkeit, die sich nicht signifikant auf die Bestimmung des E-Moduls auswirkt. Von Bedeutung ist die Wahl eines leistungsfähigen mathematischen Verfahrens zur Bestimmung des E-Moduls aus den Daten des Zugversuches. Erweitert wurden diese Arbeiten um Untersuchungen zum Einfluss von Vordehnungen und Wärmebehandlungen auf den E-Modul und den Fließbeginn. In Abhängigkeit von der Vordehnung und der Temperatur ergeben sich unterschiedliche Auswirkungen auf den E-Modul. Der E-Modul nimmt mit zunehmenden Umformgrad ab. Eine generelle Anhebung des E-Moduls bei unterschiedlichen Wärmebehandlungstemperaturen ist zuerkennen .
Die Abhängigkeit des Fließbeginns von der Vordehnung ist deutlich ablesbar. Basis jeder Fließkurvenbestimmung bzw. –approximation sollte die wahre Spannung bezogen auf die plastische Dehnung sein. Die Auswertungen der Temperaturmessung beim Zugversuch zeigen große Unterschiede im Fließbeginn besonders bei höherfesten Werkstoffen, die nicht mehr zu vernachlässigen sind. Bei einer Aufbereitung der Daten für die Simulation legt der Fließbeginn die Größe der Anfangsortkurve fest. Der Unterschied im Fließbeginn sollte deshalb bei der Ermittlung der Fließortkurve Beachtung finden. Andere Verfahren zur Bestimmung des Fließbeginns sind mit relativen Unsicherheiten behaftet.
Der geschichtete Zylinderstauchversuch liefert für die Bestimmung von Fließkurven für höhere Umformgrade akzeptable Ergebnisse. Bei der Approximation der Fließkurve sind die Ergebnisse stark von gewählten Approximationsansatz und der daraus resultierenden Extrapolation abhängig. Eine Bestimmung des Fließbeginns mit Temperaturmessung ist wichtig bei Werkstoffen mit hoher Anfangsfließspannung. Bei der Kennwertermittlung für Blechwerkstoffe wurden die Methoden aufgezeigt, die besonders bei höherfesten Werkstoffen zur Parameterbestimmung anzuwenden sind und auf die Besonderheiten hingewiesen.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Die Aufgabe des Forschungsthemas bestand darin, Methoden wie die statistische Versuchsplanung, die numerische Simulation und die Visioplastizität auf die Untersuchung der Prozeß- und Qualitätssicherheit beim Prägen dicker Bleche anzuwenden und auf ihre Eignung hin zu untersuchen.
Ausgehend von der zu untersuchenden einfachen Teilegeometrie wurden für die Grundformgebung sowie für das Nachprägen je ein Versuchswerkzeug konstruiert und gebaut. Dabei wurde das Baukastenprinzip bei der Konstruktion der Aktivelemente eingesetzt. Parallel dazu wurde ein Versuchsstand mit einem rechnergestützten Meßwerterfassungssystem zur Prozeßanalyse aufgebaut.
Nach Aufstellung von Versuchsplänen unter Einbeziehung von Methoden der statistischen Versuchsplanung wurden die Experimente durchgeführt und ausgewertet.
Parallel dazu erfolgte die Erarbeitung und Implementierung eines Simulationsystemes in die Bearbeitung des Forschungsthemas. ln umfangreichen mechanischen Untersuchungen wurden die Werkstoffkennwerte der Versuchswerkstoffe und die Koeffizienten der Fließkurve als Voraussetzung für die Simulation und die Versuchsauswertung ermittelt. Das Simulationssystem ist durch entsprechende Versuche in der Richtigkeit der Modellbildung bestätigt worden. Die experimentellen Ergebnisse wurden ausgewertet sowie mit dem Simulationsystem verglichen und theoretische Grundlagen erarbeitet. Der Werkstofffluß wurde mit Methoden der Visioplastizität sichtbar gemacht. Im Ergebnis stehen Lösungsmöglichkeiten theoretischer Art und basierend auf experimentellen Daten zur Verfügung.
Die Herstellung der Grundform der Werkstücke erfolgte durch Tiefziehen mit und vorrangig ohne Niederhalter mit radienförmigen und traktrixförmigen Ziehringen. Das Tiefziehen erfolgte in Annäherung an den nachfolgenden Nachprägevorgang in das geschlossene Gesenk. Dabei wurden für den Tiefziehstempel größere Radien und für den Boden der Matrize kleinere Radien eingesetzt als beim Nachprägevorgang.
Diese Tiefzieh- und Nachprägeteile wurden auf einer 3D-Meßmaschine bzw. auf einer HURON-Fräsmaschine mit Digitalisiereinrichtung abgetastet und maßlieh (im Radialschnitt) vollständig erfaßt. Diese Meßdaten lieferten die Basis für den Geometrievergleich zwischen Tiefzieh- und Nachformvorgang und stellten auch als Profilformabweichung die Zielgröße des Prozesses dar. Die Profilformabweichung als Zielgröße wurde in einem separaten Programm berechnet und stellt die direkte Abweichung zwischen der Soll-kontur und der Ist-kontur dar. Auf diese Zielgröße wurden die Auswertungen bezogen.
Nach der Auswertung der Versuche in Bezug auf die Ermittlung der Zusammenhänge zwischen den technologischen Größen (Umformkraft und Druckberührdauer) mit der erzielten Geometrie konnten direkte Zusammenhänge und Wechselwirkungen nachgewiesen werden. Dies erstreckt sich auf die Beeinflussung der Geometrie einerseits durch die Kraft, andererseits durch die Druckberührzeit sowie auf die Wirkung beider Einflüsse gleichzeitig. Es wurden grundlegende Zusammenhänge aus der Literatur bestätigt, weiterführende Untersuchungen mit anderen Parametern durchgeführt und Wechselwirkungen bzw. komplexe Wirkungen mehrerer Größen untersucht.
Unter Einbeziehung der Methoden der statistischen Versuchsplanung und Auswertung und durch Regressionsrechnungen konnte das Lösungsfeld ermittelt und eingeschränkt und grundlegende Zusammenhänge zwischen den Einflußparametern festgestellt werden. Dies bezog sich auf den Einfluß von Geometrie der Werkzeuge (Ziehringradius, Stempelradius) und der Werkstücke (Rondendurchmesser).
Es konnten praktikable Lösungsmöglichkeiten aufgezeigt werden. Das ist einerseits die Durchführung von Regressionsrechnungen mit beliebigen durchgeführten Versuchen und andererseits der Einsatz der Statistik in der Versuchsplanung und Auswertung.
Dies ermöglicht die Erkenntnisfindung mit einer geringstmöglichen Anzahl von Versuchen.
Dem Anwender stehen, ausgehend von Versuchen, mehrere Lösungsmöglichkeiten zur Verfügung: Versuche werden im allgemeinen durchgeführt, um neue Erfahrungen zu gewinnen, d.h. es liegt unvollständiges Wissen über das Problem vor. Es werden rastversuche zur Erfassung des Lösungsfeldes und zur Ermittlung grundlegender Zusammenhänge vorgenommen. Weiterhin werden Versuche durchgeführt, um vorhandene Erfahrungen zu überprüfen und auf andere, ähnliche Fälle anzuwenden (Extrapolationsversuche).
Um gemachte Erfahrungen zu bestätigen, sind ebenfalls Versuche notwendig, d.h. für ein vorliegendes Problem werden zur Sicherheit Versuche wiederholt, um auszuschließen, daß die Erfahrungen eventuell auf falschen Versuchen beruhen.
Ausgehend von diesen Versuchen (und Anlässen für Versuche) bestehen mehrere Möglichkeiten, die Ergebnisse auszuwerten. Man kommt im einfachsten Fall zu empirischen Werten, d.h. die Versuche werden grob ausgewertet und aus Zeitgründen wird sofort entschieden, welche Parameter einzustellen sind. Eine gezielte Suche nach einem Optimum wird nicht durchgeführt, aus der Analyse von Tendenzen werden Einstellwerte festgelegt.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Versuchsdaten einer mathematischen Auswertung zu unterziehen, d.h. die Daten bilden die Grundlage für Funktionen, die mittels Regression ermittelt werden. Mit den berechneten funktionalen Zusammenhängen können sichere Aussagen über die Einflußgrößen getroffen werden.
Unter Verwendung von Methoden der statistischen Versuchsplanung werden vor Beginn der Versuche, wieder ausgehend von Erfahrungen je nach Anlaß, Versuchspläne festgelegt, die mit einem Minimum an Versuchen ein Maximum an Informationen liefern können. Dabei werden gleichzeitig mehrere Einflußparameter variiert, um die Versuchszahl zu minimieren und um Wechselwirkungen zu erkennen. Diese komplexen Zusammenhänge sind nur mit mathematischen Methoden der Statistik zu erfassen. Nach Auswertung steht ein optimierter Versuchsraum zur Verfügung.
Es stehen nicht nur funktionale Zusammenhänge zwischen einer Zielgröße und einer Einflußgröße zur Verfügung, wie es nur bei einer einfachen Regression möglich ist, sondern komplexe Zustandsflächen, die mehrere Einflußgrößen gleichzeitig darstellen (Bild 48 rechts).
Eine übergreifende Lösungsmöglichkeit stellt der Einsatz der numerischen Simulation dar. Dort können die für eine determinierte Dickblechumformung notwendigen Daten, wie z.B. die Nachprägekraft geliefert werden. Es besteht die Möglichkeit, für beliebige Geometrien, Umformvorgänge und Werkstoffe eine Lösung bereitzustellen.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Ausgehend von einer Analyse des Gesamtsystems "Blechumformprozess" wurden Defizite der herkömmlichen Simulationsmethoden erarbeitet. Vor allem die bisherige Vernachlässigung der Einflüsse statischer Genauigkeitskenngrößen von Pressmaschinen - wie die vertikale und kippende Verlagerung des Pressenstößels - wurde als Defizit erkannt.
Durch die ersetzende Modellierung der Presse mit Federelementen konnten Modellstrukturen entwickelt werden, die die Stößelbettung im FEM-Prozessmodell abbilden können. Die Parametrierung der Federelemente erfolgt dabei über entsprechende Transformationsfunktionen aus vorhandenen Steifigkeitswerten der Pressen.
Die Leistungsfähigkeit des entwickelten Modellansatzes wurde anhand eines praxisnahen Benchmarkteils "S-Rail" veranschaulicht. Der Vergleich mit der bisherigen Modellierung zeigt, dass mit der Einbeziehung der statischen Presseneinflüsse in die Modellierung des Umformprozesses maschinenbedingte Ziehfehler sichtbar gemacht und damit prognostiziert werden können. Die Vorhersagegenauigkeit in der Planung des Blechumformprozesses kann somit durch Erweiterung des Prozessmodells mit den statischen Presseneinflüssen gesteigert werden. Damit steht prinzipiell ein Gesamtmodell des Umformprozesses zur Verfügung, um Einflüsse unterschiedlicher Presseneigenschaften während der Prozessplanung zu berücksichtigen und somit auf simulativem Weg den Aufwand bei Werkzeugeinarbeitung und Serienanlauf zu reduzieren.
Die Realisierung eines "virtuellen Try-Out" durch den Einsatz der Prozesssimulation unter der Berücksichtigung der werkzeug- und maschinenseitigen Randbedingungen in der Produktionsvorbereitung ermöglicht erstmalig das Erkennen von Schwachstellen im Zusammenwirken der Kette Maschine-Werkzeug-Werkstück.
Das Anwendungspotenzial liegt auf der einen Seite bei den kmU's des Werkzeugbaus, die durch Anwendung der erarbeiteten Lösungsstrategie Werkzeuge mit weniger oder sogar ohne Einarbeitungsbedarf herstellen können, und auf der anderen Seite bei den Pressenbetreibern, die den Werkzeugeinarbeitungsprozess verkürzen oder teilweise ganz einsparen können
Aktualisiert: 2019-10-09
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Durch die im Rahmen dieses Projekts durchgeführten Untersuchungen zum Herstellen variabel längsgekrümmter Profile wurde das Fertigungsverfahren Gleitziehbiegen um wichtige Erkenntnisse bezüglich der Möglichkeiten des Profilierprozesses erweitert. Dies kann zu einer stärkeren Verbreitung des bislang wenig etablierten Verfahrens Gleitziehbiegen beitragen. Grundlagen für die Prozessplanung
und Auslegung sowie zur Konstruktion der Umformwerkzeuge und des benötigten Antriebs wurden erarbeitet. Die Optimierung dieses Profilierverfahrens und damit eine Verbesserung hinsichtlich der sicheren Planung und der Beherrschbarkeit des Gleitziehbiegeprozesses werden sich weiterhin positiv auf eine weitere Verbreitung auswirken.
Mit Hilfe einer neu installierten Anlage ist man in der Lage, Hutprofile mit über der Längsachse veränderlichen Längskrümmungen zu erzeugen. Dabei besteht die Möglichkeit im Rahmen der Werkzeug- und Anlagendimensionen sowohl kontinuierlich vom Coil als auch diskontinuierlich mit Zuschnitten zu arbeiten. Eine Optimierung der Zuschnittsgeometrie hat mit Unterstützung der Simulation und
in Versuchsreihen stattgefunden. Die Simulation der Gleitziehbiegeprozesse mit dem System PAM-STAMP 2G liefert wichtige Informationen in der Phase der Werkzeugkonstruktion für das Werkzeug zur Herstellung von Hutprofilen sowie in der Darstellung des gesamten Verfahrensablaufes mit dem konzipierten Walzenantrieb mit integrierter Biegung.
Die Gestaltung des Walzenantriebes sollte in weiteren Forschungsvorhaben näher untersucht werden, da eine erste Pilotanlage noch nicht alle Untersuchungspunkte abdecken kann. Durch die Möglichkeit, in einem flexiblen Prozess kleine und mittlere Serien individuell konfigurierbarer Profile herstellen zu können, ist eine Verringerung der Herstellkosten für diese Art Profile zu erwarten.
Weiterhin werden durch die Einbringung definierter Längskrümmungen neue Anwendungsbereiche der Profiliertechnik erschlossen. Individuelle Profile können vor allem vor dem Hintergrund immer stärker ansteigender Umweltstandards beispielsweise im Fahrzeugbau zur Umsetzung von Leichtbaukonzepten und damit zur Schonung von Ressourcen beitragen.
Durchgeführte Schmierstoffvariationen lassen weitere grundlegende Erkenntnisse zu. Aufgrund der lokal hohen Flächenpressungen an Kontaktstellen des einlaufenden Profils mit dem Werkzeug ist speziell dort mit erhöhtem Verschleiß an den Werkzeugen zu rechnen.
Neben dem Einsatz des Gleitziehbiegens mit der Möglichkeit der Einbringung von Profillängskrümmungen kommt auch der Einsatz von Gleitziehbiegestufen in einem Walzprofilierprozess in Frage. Diese Umsetzung findet im Rahmen der Integration einer Gleitziehbiegestufe in einen Walzprofilierprozess zunächst zur Herstellung eines C-Profils sowie zukünftig eines U-Profils statt.
Dies führt zur Substitution von kostenintensiven und stark verschleißanfälligen Werkzeugsätzen. Der Herstellprozess kann so flexibler und kostengünstiger gestaltet werden.
Mit diesem Forschungsvorhaben ist es erstmalig gelungen, eine Gleitziehbiegeanlage als Pilotanlage darzustellen, die im Gegensatz zur vorherigen translatorisch arbeitenden Gleitziehbiegeanlage durch den nunmehr vorhandenen Walzenantrieb auch eine kontinuierliche Arbeitsweise ermöglicht. Es kann sowohl vom Coil gearbeitet als auch Profilzuschnitte verwendet werden. Dabei ist es gelungen, eine Möglichkeit zur Einbringung definierter Längskrümmungen zu integrieren. Die Anlage ist mit vertretbarem Aufwand transportabel und kann vor Ort in einem gewissen Geometriespektrum Profile beliebiger Länge erzeugen, die je nach Wunsch mit einer definierten Längskrümmung versehen werden können.
Weiterhin ist es gelungen, durch die Berücksichtigung der Erfahrungen aus der Praxis, einer intelligenten Konstruktionsmethodik und nicht zuletzt der numerischen Simulation ein Werkzeug für Hutprofile in einem Zug zu konzipieren und zu bauen, welches qualitativ hochwertige Hutprofile erzeugt.
Aktualisiert: 2019-10-09
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