Umformen

Innovative Sitzbauteile durch Umformen von Mehrphasenstählen

26.04.11 | Autor / Redakteur: Markus Kaupper, Marion Merklein und Peter Weidinger / Dietmar Kuhn

Neben der Analyse und der Beschreibung des Fließverhaltens ist die Berücksichtigung der Formgebungsgrenzen als Versagenskriterium in der Simulation von grundlegender Bedeutung. Da die betrachteten Leichtbaukomponenten sich durch ein hohes Maß an geometrischer Komplexität und beträchtliche Biegeanteile auszeichnen, wurde im Forschungsprojekt das Formgebungsvermögen bei ebener Zugbeanspruchung und bei Biegebelastung analysiert, welche sich aufgrund unterschiedlicher Versagensmechanismen grundlegend unterscheiden und separiert betrachtet werden müssen.

Spezielle Experimente untersuchen Einsatzpotenzial höherfester Blechwerkstoffe

Während die Grenze gegen lokale Einschnürung mit dem bekannten Nakajima-Versuch bestimmt wurde, kam zur Untersuchung des Einsatzpotenzials der höherfesten Blechwerkstoffe für Biegeprozesse ein spezieller experimenteller Aufbau zum Einsatz. In einem Frei-Biegeversuch mit optischer Dehnungsaufnahme kann das Umform- und Rückfederungsverhalten der Blechwerkstoffe bei Biegebelastung analysiert und charakterisiert werden. Gefügeuntersuchungen in der Umformzone erlauben Rückschlüsse auf das Verformungs- und Versagensverhalten. Der Aufbau des Prüfstands zur Durchführung der Biegeversuche mit optischer Dehnungsmessung ist in Bild 4 veranschaulicht.

Damit existieren erweiterte Kennwerte, die zur verbesserten Beschreibung des Werkstoffverhaltens in der FE-Simulation der Umformoperationen unter Berücksichtigung der Biegeanteile genutzt werden können.

Gegenstand der virtuellen Machbarkeitsanalyse sind die Umformbarkeit und die Maßhaltigkeit. Für die definierte Leichtbaukomponente wurde ein FE-Simulationsmodell aufgebaut, das eine grundlegende Prozessparameterstudie zur Stadienplanung ermöglicht (Bild 5a).

Kombination unterschiedlicher Umformverfahren für höherfeste Werkstoffe empfohlen

Als grundlegendes Resultat der virtuellen Prozessauslegung ist festzuhalten, dass eine einstufige Umformung zur Zielgeometrie aus umformtechnischer Sicht kritisch zu bewerten ist und alternativ dazu eine Kombination unterschiedlicher Formgebungsverfahren im Rahmen eines mehrstufigen Stadienplans verwirklicht wurde. Insgesamt kann die Ausdünnung beim Complexphasenstahl verfestigungsbedingt höher ausfallen als beim Dualphasenstahl, sodass zur Steuerung des Stoffflusses und der resultierenden Blechdickenverteilung eine werkstoffgerechte Umformstrategie entwickelt wurde.

Neben der Stufenplanung und Aufteilung der formgebenden Schritte können verschiedene Nebenformelemente als Optimierungsgegenstand für die virtuelle Reifmachung betrachtet werden. Bei den FE-Untersuchungen werden deshalb entsprechende Geometrieparameter derart aufeinander abgestimmt, dass in Kombination mit der mehrstufigen Prozessführung die Formgebungsgrenzen der Werkstoffe, insbesondere des Complexphasenstahls, intelligent ausgenutzt werden und eine robuste Umformung ermöglicht wird.

Umformsimulation zeigt Weg vom einstufigen Prozess zur mehrstufigen, optimierten Prozessführung

Mittels FE-basierter Umformsimulation kann die Umformstrategie ausgehend vom einstufigen Prozess hin zur mehrstufigen, optimierten Prozessführung anhand der Ausdünnungscharakteristik optimiert werden. Durch die beschriebenen Maßnahmen wird eine deutliche Verminderung der Ausdünnung bei der Umformung erzielt (Bild 5b).

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