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EFB-Forschungsbericht Nr. 399

Kompensation des Rückfederungsverhaltens beim Prägen plattenförmiger Bauteile aus nichtrostenden Blechwerkstoffen

efb399

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Mathias Liewald, Dipl.-Ing. Pat.-Ing. Philipp Schmid, Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart - Dr.-Ing. Dirk Helm, Dipl.-Ing. André Koch, Dipl.-Ing. Matthias Tritschler, Fraunhofer Institut für Werkzeugmechanik Freiburg

128 Seiten (sw, 100 teils farbige Abb., 13 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-443-8

Preis (Digital) EUR 68,79

Preis (Print) EUR 86,00

Zusammenfassung

Im Rahmen des Projekts konnte gezeigt werden, dass durch Wahl geeigneter Sickenprägeparameter und Kompensationsmethoden die Rückfederung und das Springbeulen von plattenförmigen Bauteilen aus nichtrostenden Stählen drastisch reduziert werden kann. Anhand von Prägeversuchen im Labor konnten diverse Einflüsse auf die Rückfederung wie die der Sickentiefe, der Sickenradien, der Sickenanzahl, der Formfüllung, der Reibung sowie des Werkstoffes analysiert und quantifiziert werden.

In diesem Zusammenhang wurden zwei Kompensationsverfahren basierend auf dem Prinzip des Gegendrückens entwickelt und validiert, die eine Reduzierung des Beulens um bis zu 70% ermöglichen. Zur Validierung des entwickelten Verfahrens wurden Demonstratorversuche an einer meanderförmigen Kanalgeometrie durchgeführt und die Wirksamkeit des Verfahrens nachgewiesen.

Begleitend erfolgte eine Werkstoffcharakterisierung des austenitischen nichtrostenden Werkstoffs mit Einbeziehung der Temperaturentwicklung und dehnungsinduzierten Martensitbildung. Bei der Simulation solcher Prägeprozesse wurden unterschiedliche Materialmodelle untersucht und implementiert und eine grundsätzliche qualitative Übereinstimmung der Rückfederungsberechnungen mit den gemessenen Ergebnissen nachgewiesen. Es zeigte sich aber, dass für eine verbesserte Vorhersage weit größerer Aufwand in der Parameteridentifikation und beim Rechenaufwand notwendig ist.
Diesen Ausführungen folgend konnten alle Ziele des Projekts erreicht werden.

Das IGF-Vorhaben „Kompensation des Rückfederungsverhaltens beim Prägen plattenförmiger Bauteile aus nichtrostenden Blechwerkstoffen“ wurde unter der Fördernummer AiF 16339N von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 399 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Summary

Compensation of springback behavior during embossing of plate-shaped components made of stainless steel sheets
Result of the project shows, that a adequate choice of embossig parameter and compensation strategies can drastically reduce the oil-canning effect and springback of plate-shaped components made of stainless steels.

Various influences such as bead depth, bead radii, number of beads, mould filling, friction as well as materials on springback were experimentally determined. In this context, two compensation methods have been developed and validated based on the principle of counter-pressing, which allow a reduction in buckling by up to 70%. For the validation of the developed method, test parts were performed on a meander-shaped channel geometry and demonstrated the effectiveness of the process.

Characterization of austenitic stainless material with measurements of temperature and strain-induced martensite development were performed. Advanced simulation models by Hallberg and Hansel were investigated and implemented. A fundamental qualitative agreement of springback calculations with the measured results were detected. It turned out, that more effort is necessary for an improved prediction springback, especially in the parameter identification and computing time.
All objectives of the project could be achieved.

Inhaltsverzeichnis

1    Einleitung, Motivation und Zielsetzung
1.1    Ausgangssituation und Motivation
1.2    Zielsetzung und Lösungsweg
2    Stand der Technik
2.1    Umformtechnische Grundlagen zur Herstellung geprägter Sickenbleche aus nichtrostendem Stahl
2.1.1    Nichtrostende Stahlblechwerkstoffe
2.1.2    Umformverfahren zur Herstellung von Sickenblechen
2.1.3    Rückfederungsverhalten von geprägten Sickenblechen
2.1.4    Kompensationsstrategien für die Rückfederung
2.2    Simulation des Prägens von Sickenblechen aus nichtrostendem Stahl
2.2.1    Materialmodelle für nichtrostenden metastabiler austenitischen Edelstahl
2.2.2    Kinematisches Verfestigungsverhalten von nichtrostenden Stahl
3    Vorgehensweise und Versuchsdurchführung
3.1    Laborversuche
3.1.1    Verwendeter Blechwerkstoff
3.1.2    Zugversuche mit Martensitmessung zur Parameterbestimmung
3.1.3    Bulgeversuche zur Fließkurvenermittlung
3.1.4    Konzipierung und Konstruktion modulares Sickenprägewerkzeug
3.1.5    Durchführung von Umformversuchen
3.1.6    Optische Vermessung der Bauteile
3.2    Simulationen
3.2.1    Modellaufbau
3.2.2    Charakterisierung der Werkstoffeigenschaften
3.2.3    Modellierung metastabiler austenitischer Stähle
3.2.4    Bestimmung der Materialmodellparameter
3.3    Demonstratorversuche
4    Ergebnisse der Präge- und Simulationsuntersuchungen
4.1    Experimentell ermittelte Zusammenhänge zwischen dem Prägeprozess und Rückfederung
4.1.1    Einfluss des Werkstoffes auf Bauteilausformung und Rückfederung
4.1.2    Einfluss der Sickenanzahl und Radien
4.1.3    Einfluss der Sickentiefe
4.1.4    Untersuchung weiterer Einflüsse
4.1.5    Detailmessung der geprägten Bauteile
4.1.6    Dehnungsverteilung nach dem Prägen im Bauteil
4.2    Kompensationsstrategien
4.2.1    Kompensationskonzepte
4.2.2    Zweihubiges Verfahren mittels Gegendrücken
4.2.3    Einhubiges Kompensationsverfahren mittels Gegendrücken
4.2.4    Vergleich der Kompensationsverfahren mittels Gegendrücken
4.2.5    Validierung des Verfahrens an Demonstratorbauteil
4.2.6    Detailmessung der Sickenverformungen
4.2.7    Dehnungsmessungen nach dem Prägen und Kompensieren
4.3    Simulationsergebnisse
4.3.1    Vergleich der Simulationsergebnisse
5    Handlungsempfehlungen und Nutzen für die industrielle Praxis
5.1    Handlungsempfehlungen zur Rückfederungskompensation
5.2    Handlungsempfehlungen zur simulativen Abbildung von Sickenprägeprozessen
6    Darstellung des wissenschaftlich-technischen und wirtschaftlichen Nutzen der Ergebnisse für KMU
7    Literaturverzeichnis
8    Abbildungsverzeichnis
9    Tabellenverzeichnis
10    Anlagen