Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Vorhersage des Restumformvermögens an vorverformten schergeschnittenen Bauteilkanten im offenen und geschlossenen Schnitt

Die Herstellung komplexer Blechbauteile wird in der Regel in mehreren aufeinander folgenden Umform- sowie Scherschneidoperationen durchgeführt, wodurch an bereits vorverformten Bauteilen Scherschneidprozesse erfolgen. Ein Überschreiten des Umformvermögens einer schergeschnittenen Kante führt zu einem Kantenriss, welcher noch vor dem erwarteten Umformvermögen der Kante auftritt. Eine sichere Vorhersage ist aktuell weder durch empirisches Expertenwissen noch durch Simulation möglich. Daraus ergibt sich das Forschungsziel den Einfluss der Scherschneidoperation in Abhängigkeit der Schneidparameter und die Reduktion des Restformänderungsvermögens der geschnittenen Kante in Bezug auf die Vorverformungsart und den –betrag der Vorverformung zu erforschen als auch die Scherschneidparameter zu optimieren, um das Umformpotential des Werkstoffes ausschöpfen zu können. Als Versuchswerkstoffe sind drei DP-Stähle unterschiedlicher Festigkeiten vorgesehen, welche eine hohe Kantenrisssensitivität aufweisen. Der Einfluss von Vorverformung auf die Schnittflächenqualität durch Scherschneiden und auf das Restumformvermögen der schergeschnittenen Kante ist bis dato unbekannt. In diesem Forschungsprojekt wird der Ansatz verfolgt mathematische Funktionale zur Bewertung lokaler Umformgrenzen vorverformter Bauteilkanten anhand experimenteller Kantenrissversuche zu ermitteln. Durch Versuchsreihen mit unterschiedlichen Schneidparametern wird deren Einfluss auf das Restumformvermögen der Kante in Abhängigkeit der Vorverformung erforscht, woraus für die praktische Anwendung geeignete Schneidparameter sowie der Einfluss von Verschleiß abgeleitet werden. Zur Verifizierung werden die Ergebnisse in eine FE-Umformsimulation implementiert und mit Experimenten an realen Schnittkanten abgeglichen. Vorteile für KMU, welche aus diesem Vorhaben abgeleitet werden können sind insbesondere reduzierte Kosten, eine Verkürzung der Einarbeitszeit sowie die kostengünstige Erweiterung bestehender Materialkarten.

Ergebniszusammenfassung:

Die Versuchsergebnisse zeigen, dass eine Blechvorumformung eine Reduzierung der Kantenrissempfindlichkeit für alle Blechwerkstoffe und initial kantenrissempfindlichen Scherschneidstrategien zur Folge hat. Die notwendige Vorumformung, um die Kantenrissempfindlichkeit vollständig zu eliminieren, ist ein Werkstoffkennwert und somit unabhängig von der Schneidstrategie bzw. der initialen Kantenrissempfindlichkeit ohne Vordehnung. Anhand von Mikrohärtemessungen im Bereich der Schnittkante kann ein Zusammenhang zwischen dem Aufhärteverhältnis des kantennahen Bereichs, verglichen mit dem Grundwerkstoff und der Kantenrissempfindlichkeit herstellt werden.

Durch die Berücksichtigung einer vordehnungsabhängigen Kantenrissempfindlichkeit bei der Bauteilauslegung in der FEM-Simulation kann eine Erweiterung des Prozessfensters erzielt werden. Im Gegensatz dazu hätte die Fixierung nur auf einen, von der Vordehnung unabhängigen Kantenrissempfindlichkeitsfaktor in der Simulation eine Unterbewertung der Umformbarkeit der Kanten zur Folge. Des Weiteren kann im Rahmen der Arbeit gezeigt werden, dass eine Implementierung der vordehnungsabhängigen Kantenrissempfindlichkeit in bestehende kommerzielle FEM-Softwaretools ohne weiteres problemlos realisierbar ist. Die Validierung der Simulationsergebnisse anhand von Kragenziehversuchen in vorumgeformten Werkstoff bestätigt die Zuverlässigkeit des Modells und die Notwendigkeit zur Berücksichtigung einer vordehnungsabhängigen Kantenrissempfindlichkeit, um die beste Übereinstimmung zwischen Simulation und Experiment zu erreichen.