Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Saugblasformen mit Stützlufteinbringung über poröse Werzeugeinsätze zur Verbesserung der Produktqualität

Das Saugblasformen ermöglicht die wirtschaftliche Fertigung von komplizierten, dreidimensional gewundenen Leitungen, wie sie beispielsweise für Luftführungen im Automobil zum Einsatz kommen. Dennoch gibt es hier noch Einschränkungen bezüglich der Artikelqualität und -komplexität: Beim Saugblasformen wird ein extrudierter Vorformling in das geschlossene Werkzeug eingesaugt. Beim Einsaugen entsteht ein Luftstrom, der es dem Vorformling ermöglicht, in das Werkzeug hineinzugleiten. Bei sehr komplexen Geometrien und engen Kurven kann dieser Luftstrom abreißen und es kommt zum Kontakt zwischen Werkzeugoberfläche und Vorformling. Dies kann dazu führen, dass der Vorformling kleben bleibt, ein Ausformen also nicht mehr möglich ist, oder dass aufgrund der einseitigen Abkühlung des Vorformlings eine Dickstelle im Bauteil entsteht. Um dieser Herausforderung zu begegnen, wird in diesem Forschungsprojekt der Einsatz einer porösen Struktur im Blasformwerkzeug untersucht, die dazu dient, gezielt Luft zwischen Werkzeugoberfläche und Vorformling einzubringen, um ein Luftpolster zu erzeugen, das einen Kontakt zwischen Werkzeugoberfläche und Vorformling verhindert. Gleichzeitig sollen diese Strukturen die Oberflächenqualität des Bauteils nicht beeinflussen. Zunächst wird die kritische Stelle in der Bauteilgeometrie, an der ein Einsatz des Luftpolsters sinnvoll ist, ermittelt. Anschließend werden die Luftströmungen im Werkzeug beim Einsatz des Luftpolsters untersucht, um ein besseres Verständnis über die Entstehung und Tragfähigkeit des Luftpolsters zu erhalten. Basierend auf diesen Erkenntnissen werden verschiedene, poröse Strukturen hinsichtlich ihrer Eignung zum Saugblasformen verglichen. Abschließend werden die Grenzen des entwickelten Verfahrens anhand unterschiedlich komplexer Bauteilgeometrien untersucht. Durch die Ergebnisse können die kmU der Blasformbranche ihre Wettbewerbsfähigkeit steigern, indem sie mit komplexeren Produkten neue Märkte erschließen und Material einsparen.

Ergebniszusammenfassung:

Das Saugblasformens ermöglicht die wirtschaftliche Fertigung von komplexen, dreidimensional gewundenen Leitungen, wie sie beispielsweise für Luftführungen im Automobil zum Einsatz kommen. Beim Saugblasformen wird ein extrudierter Vorformling in das geschlossene Werkzeug eingesaugt. Beim Einsaugen entsteht ein Luftstrom, der es dem Vorformling ermöglicht, in das Werkzeug hineinzugleiten. Bei sehr komplexen Geometrien und engen Kurven kann dieser Luftstrom abreißen und es kommt zum Kontakt zwischen Werkzeugoberfläche und Vorformling. Dies kann dazu führen, dass der Vorformling anhaftet, ein Ausformen also nicht mehr möglich ist.

Um dieser Herausforderung zu begegnen, wurde in diesem Forschungsprojekt der Einsatz einer porösen Struktur im Blasformwerkzeug untersucht, die dazu dient, gezielt Luft zwischen Werkzeugoberfläche und Vorformling einzubringen. Das entstehende Luftpolster verhindert einen Kontakt zwischen Werkzeugoberfläche und Vorformling. Gleichzeitig sollen diese Strukturen die Oberflächenqualität des Bauteils nicht beeinflussen. Zunächst wurde die kritische Stelle in der Bauteilgeometrie, an der ein Einsatz des Luftpolsters sinnvoll ist, ermittelt. Diese liegt an den Innenradien der Werkzeuge, an denen Bereiche niedrigen Druckes entstehen. Anschließend wurden die Luftströmungen im Werkzeug beim Einsatz des Luftpolsters untersucht, um ein besseres Verständnis über die Entstehung und Tragfähigkeit des Luftpolsters zu erhalten. Durch die Einbringung von Stützluft kann der Druckunterschiede zwischen Innen- und Außenseite der Kavität um bis zu 40 % verringert werden. Basierend auf diesen Erkenntnissen wurden verschiedene, poröse Strukturen hinsichtlich ihrer Eignung zum Saugblasformen verglichen. Die Untersuchungen der Düsengeometrien haben gezeigt, dass grundsätzlich alle Düsen geeignet sind, um ein tragfähiges Luftpolster zu erzeugen. Abschließend wurden die Grenzen des entwickelten Verfahrens anhand unterschiedlich komplexer Bauteilgeometrien untersucht.