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EFB-Forschungsbericht Nr. 109

Rückfederungsverhalten beim Umformen von Feinblechen

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Reimund Neugebauer, Dr.-Ing. Wolfgang Heidl, Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitz, Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c.mult. Friedhelm Lierath, Dipl.-Ing. Claudia Reitmeier, Institut für Fertigungstechnik und Qualitätssicherung der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

158 Seiten (sw 61, teils farbige Abb., 38 Tab)

ISBN: 978-3-86776-241-0

Preis (Digital) EUR 69,00

Preis (Print) EUR 77,00

Schlagworte: entgraten, Rückfederung, FEM

Zusammenfassung

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden umfangreiche experimentelle Untersuchungen zum Rückfederungsverhalten von Feinblechen durchgeführt. An 5 typischen Blechwerkstoffen (Stähle und Aluminium) im Blechdickenbereich von 0,7 bis 1,5 mm wurden deformierte Tiefzieh und Streckziehversuche vorgenommen und anschließend die rückfederungsbedingten geometrischen Abweichungen ermittelt (Ausmessung auf einer 3D-Koordinatenmeßmaschine).
Die Versuche wurden durch eine FEM-Simulation mit den Programmen LS-DYNA3D (Umformvorgang) und LS-NIKE3D (Rückfederungsvorgang) begleitet.

Nach der Charakterisierung der Werkstoffeigenschaften durch eine Vielzahl von Kennwerten wurde deren Einfluß auf Art und Größe der Rückfederungserscheinungen an Tiefzieh- und Streckziehteilen ermittelt. Dominierende Werkstoffkenngrößen für das Rückfederungsergebnis sind die Streckgrenze, der n-Wert, die Anisotropie und der E-Modul. Letzterer ist auch verformungsabhängig, wie gezeigt werden konnte, so daß diese Abhängigkeit bei neuen Software Programmen zur Vorausberechnung der Rückfederung berücksichtigt werden sollte.

Eine Wichtung zum Anteil der gesamten Werkstoffkennwerte am Rückfederungsergebnis zeigt in etwa eine gleichmäßige Verteilung, wobei auch werkstoffspezifische Unterschiede erkennbar sind. So prägt bei Aluminium vor allem der Elastizitätsmodul das Rückfederungsverhalten, während bei den Stahlwerkstoffen die Streckgrenze und der Verfestigungsexponent hervorzuheben sind.
Auf die Rückfederung hat weiterhin die Werkstückgeometrie Einfluß. Unterschiedliche Probenbreiten, Blechdicken und deren Verteilung nach der Umformung sowie verschiedenartige Formänderungszustände (bei unterschiedlichen Ziehtiefen bzw. Beulhöhen) führen zu einer großen Breite von Rückfederungserscheinungen (spezifische Winkel-, Höhen- und Radienabweichungen an Tiefzieh- und Streckziehteilen).

Es wurde gezeigt, daß Proben quer zur Walzrichtung die höchsten rückfederungsbedingten geometrischen Abweichungen aufweisen und daß bei Verwendung von Teflonfolie als Schmiermittel die Rückfederungswerte kleiner werden.
Erhöhte Niederhalterkräfte führen beim Tiefziehen zu genauer ausgeformten Teilen.

Niederhalterkräfte, mittels denen eine kombinierte Tiefzieh- und Streckziehbeanspruchung realisiert wurde, führen zu höheren Rückfederungswerten im Vergleich mit dem reinen Streckziehen.
Die theoretische Vorhersage der Rückfederung beim Tief- und Streckziehen mittels numerischer Simulation zeigt zum Teil gute Übereinstimmungen, aber auch noch größere Abweichungen.
Deshalb wurden Anforderungen und Weiterentwicklungen der FEM-Simulation von Tief zieh- und Streckzieh-Umformvorgängen mit Rückfederung abgeleitet Schließlich wurden grundsätzliche Maßnahmen zur Reduzierung der Rückfederung, beim Tief und Streckziehen, Schlußfolgerungen für die Bewertung und Einordnung von Rückfederungserscheinungen und Ansatzpunkte für dringend erforderliche weitern Forschungsarbeiten aufgezeigt.

Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens sind ein Beitrag, um im Karosserie- und Werkzeugbau und damit bei der Auslegung der Blechumformprozesse die Rückfederung der Teile besser berücksichtigen zu können.

Das Forschungsvorhaben „Rückfederungsverhalten beim Umformen von Feinblechen“ wurde unter der Fördernummer AiF 10427B von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 109 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

1 Einleitung
2 Stand der Technik
3 Ziel des Forschungsvorhabens
4 Experimentelle Untersuchungen
4.1 Versuchswerkstoffe
4.2 Versuchseinrichtungen
4.2.1 Tiefziehen
4.2.2 Streckziehen
4.3 Versuchsparameter
4.3.1 Tiefziehen
4.3.2 Streckziehen
4.4 Meß- und Ergebnisgrößen
4.4.1 Tiefziehen
4.4.2 Streckziehen
5 Versuchsergebnisse
5.1 Tiefziehen
5.1.1 Geometrische Abweichungen in Abhängigkeit der Werkstoffeigenschaften
5.1.2 Eigenspannungen und rückfederungsbedingte geometrische Eigenschaften
5.1.3 Geometrische Abweichungen in Abhängigkeit von der Werkstückgeometrie
5.1.4 Einfluß der Lage zur Walzrichtung, der Niederhalterkraft und der Verwendung von Schmiermittel auf die rückfederungsbedingten geometrischen Abweichungen
5.2 Streckziehen
5.2.1 Geometrische Abweichungen in Abhängigkeit der Werkstoffeigenschaften
5.2.2 Geometrische Abweichungen in Abhängigkeit von der Werkstückgeometrie
5.2.3 Einfluß der Lage zur Walzrichtung, der Niederhalterkraft und der Verwendung von Schmiermittel auf die rückfederungsbedingten geometrischen Abweichungen
5.3 Gegenüberstellende Zusammenfassung der werkstofflichen, geometrischen und verfahrenstechnischen Einflußgrößen auf die Rückfederung beim Tief- und Streckziehen
6 FEM-Simulation von Tiefzieh- und Streckziehvorgängen
6.1 Verwendete Simulations-Software
6.2 Numerische Simulation des Tiefziehens mit Rückfederung und Vergleich mit experimentellen Werten
6.3 Numerische Simulation des Streckziehens mit Rückfederung und Vergleich mit experimentellen Werten
6.4 Sensitivitätsuntersuchungen der verwendeten Simulations-Software
6.5 Anforderungen und Weiterentwicklung der FEM-Simulation von Tiefzieh und Streckzieh-Umformvorgängen mit Rückfederung
7 Schlußfolgerungen und weiterführende Forschungsarbeiten
8 Zusammenfassung
9 Literaturverzeichnis
10 Anlagenverzeichnis