Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Beurteilung der Ausprägung und Qualitätsrelevanz von Anhieb- und Nachlaufkanten in der Tiefziehsimulation mittels FEM

Der Einsatz numerischer Umformsimulationen ermöglicht eine prozesssichere Auslegung des Ziehvorgangs sowie der im Methodenplan nachfolgenden Prozessschritte. Auch quantitative Aussagen über zu erwartende, strukturrelevante Bauteileigenschaften, wie z.B. Festigkeit oder Steifigkeit, sind möglich. Für die Prozessauslegung von Sichtteilen ist die zu erwartende Oberflächenqualität ein entscheidender Faktor. Eine Aussage über die Oberflächenqualität anhand der Simulationsergebnisse ist aktuell jedoch nur bedingt möglich. Zum Zeitpunkt der Prozessauslegung kann nicht prozesssicher beurteilt werden, ob die numerisch bestimmte Endposition und Ausformung einer Anhieb- oder Nachlaufkante die heutigen Qualitätsforderungen an sichtbare Bauteile wie z.B. Edelstahlwaschbecken oder Beplankungsteile für die nacharbeitsfreie Verwendung des Bauteils erfüllt. Dies ist besonders für KMU ein entscheidender Wettbewerbsnachteil bei der Kalkulation und Angebotserstellung. Ziel des beantragten Projektes ist die Entwicklung von empirischen Kennwerten zur Quantifizierung der Ausprägung von Anhieb- und Nachlaufkanten in der FEM-Simulation. Insbesondere die Korrelation der geometrischen Ausprägung mit der tatsächlichen Qualitätsrelevanz der Oberflächendefekte wird angestrebt. Die Einflussfaktoren auf die Ausbildung von Anhieb- und Nachlaufkanten werden an zwei Versuchswerkzeugen untersucht. Die entstehenden Oberflächendefekte werden quantifiziert und mit korrespondierenden Simulationsläufen korreliert. Die Qualitäts- bzw. Nacharbeitsrelevanz der Anhieb- und Nachlaufkanten wird mit der entwickelten Methodik in Abhängigkeit von der geometrischen Ausprägung, der resultierenden Oberflächenstruktur sowie der Überlagerung unterschiedlicher Krümmungskomponenten (konvex und konkav) in bestimmten Bauteilbereichen in Bezug auf erforderliche Nacharbeit bewertet.

Ergebniszusammenfassung:

Das Ziel dieses IGF-Projekts war es, ein Bewertungskriterium für die FEM-Simulation von Tiefziehprozessen zu entwickeln, um möglichst frühzeitig im Produktentstehungsprozess die Ausprägung der auftretenden Nachlauf- und Anhiebkante hinsichtlich der Bauteilqualität bewerten zu können. Die Untersuchungen ergaben für jeden Oberflächendefekt jeweils ein Bewertungskriterium. Somit konnte unter Betrachtung der Krümmung und Ausdünnung ein Kriterium für die Nachlaufkante entwickelt werden, mit welchem diese lokalisiert und deren Qualitätsrelevanz hinsichtlich eines lackierten Bauteils bewertet werden kann. Die Lokalisierung und Bewertung der Qualitätsrelevanz der Anhiebkante konnte durch die Betrachtung der maximalen Flächenpressung oder der Einglättung des Blechs realisiert werden. Das Ziel dieses Projekts wurde erreicht.

Anhand dieser Bewertungskriterien ist es dem Anwender bereits frühzeitig im Produktentwicklungsprozess eines Bauteils oder Werkzeugs möglich, die genannten Oberflächendefekte zu prognostizieren und zu bewerten. Notwendige Optimierungsschleifen können somit schnell und kostengünstig durchgeführt werden. Dies führt dazu, dass zeit- und kostenintensive Nacharbeiten der Bauteile und Werkzeuge während der Werkzeugerprobung vermieden werden. Potentielle Anwender sind hierbei Blechkomponenten- und Simulationssoftwarehersteller.