Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Analyse des Einflusses der tribologischen Eigenschaften auf die Tiefziehbarkeit metallischer Blechwerkstoffe nach dem Durchlauf einer Ziehsicke

Die Verkürzung der Produktentstehungszyklen stellt gerade kleine und mittelständische Unternehmen vor große wirtschaftliche Herausforderungen. Für die kostengünstige Erfüllung dieser Aufgaben in der Umformtechnik eignet sich unter anderem die virtuelle Prozessauslegung. Fehlerbehaftete Berechnungen können hier allerdings auch zu einer fehlerhaften Projektierung einer Anlage oder zu nicht maßhaltigen Bauteilbereichen führen.

Aktuelle Untersuchungen zeigen, dass sich Werkstoffkennwerte nach einem Durchlauf einer Ziehsicke verändern. Dies kann mitunter zu einer besseren Ausnutzung der Prozessgrenze durch das Erreichen höherer Ziehtiefen führen und geschieht auch aufgrund des Einflusses tribologischer Eigenschaften. Während des Durchlaufs kommt es infolge der lokal höheren Flächenpressung in der Sicke zu einer sichtbaren Veränderung der Werkstückoberfläche. Diese Auswirkungen, wie z.B. eine Oberflächenmodifikation, sind bisher weitestgehend unerforscht. Das Ziel dieses Projektvorhabens ist eine grundlagenorientierte Analyse der Auswirkung einer Ziehsicke auf die tribologischen Vorgänge um ein verbessertes Verständnis des Einsatzes und der Wirkungsweise einer Ziehsicke für industrielle Anwender zu ermöglichen. Diese Untersuchungen sind mit einem umfangreichen mikro- und makroskopischen Charakterisierungsaufwand vor und nach dem Durchlauf verbunden, welcher an der Forschungsstelle vorgesehen ist.

Die zu erwarteten Ergebnisse und eine Verbesserung der Simulation werden vor allem für KMU zur Kosteneinsparung, einem Zeitvorteil und dadurch zu Wettbewerbsvorteilen führen. Der Wissenstransfer wird dabei mit einer Analyse der tribologischen Vorgänge beim Durchlauf einer Ziehsicke angestrebt, welche durch die Übertragung auf einen Tiefziehprozess mit Ziehsicke im Realbauteil validiert werden soll. Durch die Erstellung eines Merkblatts können die Erkenntnisse durch KMU direkt genutzt und in die praktische Prozessauslegung integriert werden.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Projekts wurde das tribologische Verhalten von Blechhalbzeugen bei und nach dem Ziehsickendurchlauf analysiert. Dies dient mit den Ergebnissen des Vorgängerprojekts "Versagensanalyse Zug-Wechselbiegen" dem ganzheitlichen mechanisch-tribologischen Prozessverständnis. Fehlerpotential ist bei der Auslegung unter anderem durch eine unzureichende Beachtung der tribologischen Bedingungen gegeben. Dies betrifft vor allem die an Radien hochbelasteten Bereiche, wie die hier fokussierte Ziehsicke.

Die im Rahmen des Forschungsvorhabens erarbeiteten Erkenntnisse, vor allem am Modellversuch "Streifenzug mit Ziehsicke" dienen der Separation der Einflüsse und damit einer Erhöhung der Vorhersagegenauigkeit. Dazu wurden mithilfe der Projektpartner industriell relevante Versuchsparameter und Zielgrößen festgelegt. Anschließend wurde systematisch die Oberflächentopografie auf Basis verschiedener Faktorstufen analysiert und im Allgemeinen eine signifikante Veränderung festgestellt. Es wurde ausgearbeitet, dass die Veränderung der Topografie im Gegensatz zur Rückhaltekraft nicht geometrisch korreliert werden kann. Eine Erhöhung der Rückhaltekraft geht also nicht automatisch mit größerem Einfluss auf die Topografie und damit Tiefziehbarkeit des Halbzeugs ein. Im Rahmen der Reibzahlanalyse nach dem Ziehsickendurchlauf konnte durch diverse Methoden eine allgemein erhöhte Reibzahl nachgewiesen werden. Die Erarbeitung eines geometrisch basierten Funktionalzusammenhangs war aufgrund der Querdeformation der Streifen und der sequentiellen Belastungen nicht möglich. Eine erarbeitete Ersatzmodellierung der Reibzahl erhöht dabei die Prognosegüte signifikant und bietet dem Anwender erhebliches Verbesserungspotential in der Auslegung von Tiefziehprozessen mit Ziehsicken. Im letzten Schritt wurden die Erkenntnisse aus dem Modellversuch erfolgreich auf einen Tiefziehprozess mit Ziehsicken übertragen, was die im Projekt verbesserte Vorhersagegenauigkeit unterstreicht.