Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Reduzierung der Kantenrissempfindlichkeit durch Nachschneiden

Durch den Einsatz höherfester Stahlwerkstoffe bei der Blechumformung gewinnt das Thema der Kantenrissvermeidung in Forschung und Industrie vermehrt an Bedeutung. Beim Umformen schergeschnittener Bleche tritt häufig ein nicht vorhersehbares Bauteilversagen durch Kantenrisse ein. Die Variation von Scherschneidstrategie und Schneidparameter beeinflusst die Kantenrissempfindlichkeit entscheidend. Beim 2-stufigen Scherschneiden kann durch Variation der Abschnittgeometrie, welche auf die Schnittliniengeometrie, den Werkstoff und die Blechdicke abgestimmt sein muss, das Restumformvermögen der Schnittkante erhöht und die Kantenrissneigung reduziert werden.

Ziel ist es durch die Kombination von Experiment und Simulation das Umformvermögen schergeschnittener Bauteilkanten, mit an die lokalen Bedingungen angepasste Nachschneidparameter, zu maximieren und in einem einfach zu implementierenden Modell für die Prozessauslegung zur Verfügung zu stellen. Für die Bauteilauslegung ist die Quantifizierung des zulässigen Umformgrades an der Bauteilkante erforderlich. Der Werkstoffeinfluss auf die Kantenrissempfindlichkeit wird im offenen Schnitt mithilfe des Kantenrisszugversuchs quantitativ ermittelt und für übliche FEM-Tools als Werkstoffkennwert bereitgestellt. Der Einfluss der Krümmungsradien wird durch Ermittlung des zulässigen Umformgrades mittels Kragenziehen bestimmt. Diese Einflüsse werden in einem weiteren Modell zur Vorhersage des Restumformvermögens abgebildet. Somit werden für die Bauteilauslegung die prozessangepassten Parameter, die eine Minimierung der Kantenrissempfindlichkeit erlauben, sowie der dazugehörende zulässige Umformgrad in Abhängigkeit der Geometrie erarbeitet.

Zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit von KMUs werden geometrie- und werkstoffabhängige „Modelle zur Vermeidung von Kantenrissen“ bereitgestellt, die es ermöglichen Schneidprozesse unempfindlicher hinsichtlich Kantenrissen in Folgeprozessen auszulegen und Kennwerte für die Bauteilauslegung liefern.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsprojekts „Reduzierung der Kantenrissempfindlichkeit durch Nachschneiden“ wurde der Effekt steifigkeitsbeeinflussender Prozessparameter auf den Nachschneidevorgang und die daraus resultierende Kantenrissempfindlichkeit untersucht. Mit Hilfe eines aufgebauten Nachschneid-Simulationsmodells konnte der zweistufigen Scherschneidprozess mit sehr hoher Genauigkeit virtuell abgebildet werden. Der Vergleich der experimentell und simulativ ermittelten Ergebnisse führte dazu, dass Korrelationen gebildet werden konnten, die es im Nachgang ermöglichen auch mit Hilfe der Finiten Elemente Simulation angepasste Nachschneidparameter ohne hohen experimentellen Versuchsaufwand ermitteln zu können.

Die im Rahmen dieses Forschungsprojekts gewonnenen Ergebnisse können direkt im Rahmen der Bauteilauslegung, für Werkzeugfertigungsrichtlinien sowie Simulation von KMU genutzt werden.

Die Reduzierung der Kantenrissempfindlichkeit durch Nachschneiden bietet ein wirksames Mittel, um Ausschuss vermeiden und die gewünschte Bauteilqualität sicherstellen zu können. Die im Projekt erzielten Ergebnisse bieten die Möglichkeit bereits im Voraus das Prozessfenster für eine notwendige Kantenumformung abzuschätzen und selbst unter Verschleiß noch prozesssicher Bauteile produzieren zu können. Damit wird die Prozesssicherheit deutlich verbessert und die Kosten für Produktionsausfälle oder Werkzeugnacharbeit verringert.

Die Umsetzung der Ergebnisse ist für die Unternehmen mit geringen Investitionskosten verbunden. Zum einen werden Anwender bei der Konstruktion von Umformwerkzeugen sowie der Auslegung von kantenrissgefährdeten Prozessen durch das EFB-Merkblatt unterstützt, welches die Anpassung der kantenrissempfindlichkeitsbeeinflussenden Faktoren erleichtert und für zwei Stahlgüten Zahlenwerte zur Orientierung bietet.