Stöbern Sie in der
Publikationsliste »

0 Dokumente
auf der Merkliste »

EFB-Forschungsbericht Nr. 485

Einfallstellenprävention bei Blechbauteilen

efb485

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Wolfram Volk, Dipl.-Ing. Annika Weinschenk, Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen der Technischen Universität München

114 Seiten (sw, 86 teils farbige Abb., 15 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-537-4

Preis (Digital) EUR 71,03

Preis (Print) EUR 89,00

Zusammenfassung

Die Herstellung von Blechbauteilen mittels Tiefzieh- und Streckziehverfahren ist in der industriellen Anwendung weit verbreitet. Blechbauteile lassen sich in Struktur- und Außenhautbauteile untergliedern.

Während an Strukturbauteile hauptsächlich Anforderungen in Bezug auf die Funktionalität gestellt werden, müssen Außenhautbauteile optischen Anforderungen erfüllen. Diese Anforderungen sind in den letzten Jahren stark gestiegen, da sich für den Kunden viele Produkte auf den ersten Blick hauptsächlich durch Designmerkmale unterscheiden lassen. Durch einen höheren Standard werden die Unternehmen gezwungen, Produkte höchster Oberflächenqualität zu liefern, um mit der Konkurrenz mithalten zu können oder diese zu übertreffen.

Während des Umformprozesses zur Herstellung der Außenhautbauteile kann eine Vielzahl an Problemen auftreten. Einige Fehler, wie beispielsweise Risse und Falten, sind deutlich sichtbar und führen direkt zu Ausschuss.

Andere Fehler, wie Einfallstellen und leichte Welligkeiten, sind oftmals mit dem bloßen Auge nicht direkt sichtbar. Beim Auftreten von fehlerhaften Bauteilen ist stets eine iterative Änderung der Werkzeuggeometrie erforderlich, welche mit einem hohen Zeit- und Kostenaufwand verbunden ist. Um dies zu vermeiden, sollten solche Fehler bereits in einer früheren Phase ausgeschlossen werden. Die Simulation von Reißern und Falten ist bereits gut möglich. Oberflächendefekte können erst in jüngerer Zeit simulativ gut abgebildet werden.

Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden verschiedene simulative und experimentelle Untersuchungen zur frühen Änderung der Werkzeuggeometrie mit dem Ziel der Vermeidung von Einfallstellen durchgeführt. Zunächst wurden umfassende Analysen zur Detektion von Einfallstellen in Simulationsprogrammen durchgeführt und die Vor- und Nachteile vorhandener Tools herausgearbeitet. Fortführend wurde im Detail der Einfluss von Geometrieparametern einer Bauteilgeometrie auf die Entstehung und Ausprägung von Einfallstellen untersucht. Die Analyse zeigt dem Anwender, welche Geometrieparameter insbesondere für die Entstehung von Einfallstellen verantwortlich sind.

Zudem wird erklärt, wie diese Einfallstellen entstehen und wie sie durch Änderungen der Bauteilgeometrie vermieden werden können. Weiterhin wurde eine Analyse der experimentellen Detektion von Einfallstellen durchgeführt. Durch den Vergleich zu den Simulationsergebnissen werden aktuelle Schwachstellen aufgezeigt. Mit diesem Wissen kann der Werker im produzierenden Unternehmen Einfallstellen kritischer betrachten.

Das IGF-Vorhaben „Einfallstellenprävention bei Blechbauteilen" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 18232N über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 485 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Summary

In industry, deep drawing and stretch drawing are often used to manufacture sheet metal parts. The requirements for these parts depend on whether they are outer panels or inner panels. Inner panels have high requirements regarding functionality whereas for outer panels the surface quality is one of the most important factors. Since nowadays the functionality of products are often similar it is much more important to produce parts with high surface quality Since nowadays at the first glance products often do not differ much regarding their functionality the demands of the customers regarding the appearance increase.

Due to a higher standard, manufacturers must produce products with higher surface quality to keep up or outperform the competitors. During forming process defects can occur on outer panels. These are for example splits and wrinkles. They are mostly clearly visible whereas surface defects like surface deflections are often not directly visible. If such defects occur, the tool geometry must be iterative modified until the part no longer has any more defects. Since this procedure is very time consuming and cost intensive it would be better to change the tool geometry in an earlier stage of the product development process.

The detection of splits and wrinkles in finite element simulation is reliably whereas the detection of surface deflections is relatively new.

This project focuses on the experimental and numerical analysis of the influence of tool geometry changes on the occurrence of surface deflections. The aim is to avoid or reduce surface deflections by changing the tool geometry. At first, the tool implemented in the simulation software are tested for one example and the advantages and disadvantages are worked out. Furthermore, the influence of the geometrical parameters on the occurrence and appearance of surface deflections is analyzed.

In addition, it is explained how these surface deflections are formed and how they can effectively avoided by changing the geometry without changing the process parameters. The experimental results are analyzed by standardly used methods and compared to the numerical results. By this, it is possible to show weaknesses of the methods currently used. In industry this can be beneficial for a better detection of surface deflections.

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis und Formelzeichen
1 Einleitung
2 Grundlagen und Stand der Forschung und Technik
2.1 Streckziehen
2.2 Einfallstellen
2.2.1 Oberflächenfehler in Außenhautbauteilen
2.2.2 Charakterisierung von Einfallstellen
2.2.3 Wahrnehmung von Einfallstellen
2.2.4 Entstehung von Einfallstellen
2.2.5 Detektion und Beurteilung von Einfallstellen
2.2.6 Reduzierung und Beseitigung von Einfallstellen
3 Motivation und Zielsetzung
4 Vorgehensweise und Überblick über die Arbeitspakete
5 Konstruktion der Werkzeugeinsätze
5.1 Klassifizierung Muldengeometrien
5.2 Auswahl der Versuchswerkstoffe
5.3 Werkzeugübersicht
5.4 Parameter der Werkzeugkonstruktion
5.5 Extraktion der Werkzeugoberflächen für die Tiefziehsimulation
6 Simulation des Herstellungsprozesses der Bauteile mit Mulden
6.1 Versuchsplan
6.2 Simulationsaufbau
6.2.1 Simulationsaufbau in AutoForm
6.2.2 Simulationsaufbau in LS-Dyna
6.3 Simulationsergebnisse der Ausgangskonfiguration
6.3.1 Ergebnisse in AutoForm
6.3.2 Ergebnisse in LS-Dyna
6.4 Einflüsse auf die Entstehung und Ausprägung von Einfallstellen
6.5 Simulation mit Variation der Konstruktionsparameter
6.6 Analyse des Geometrieeinflusses
7 Experimentelle Untersuchung
7.1 Versuchsaufbau und -durchführung
7.2 Versuchsauswertung und -ergebnisse
8 Vorschriften zur Vermeidung von Einfallstellen
9 Ergebnisse und Ausblick
10 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für
KMU
10.1 Beitrag zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der KMU
10.2 Aussagen zur voraussichtlichen industriellen Umsetzung der FuE-Ergebnisse nach Projektende
11 Literaturverzeichnis