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EFB-Forschungsbericht Nr. 081

Ermittlung umformtechnischer Grenzen bei der Verarbeitung von beschichteten Feinblechen

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Reimund Neugebauer, Dipl.-Ing. Hans Bräunlich, Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik, Chemnitz

140 Seiten (Sw 75 Abb., 5 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-015-7

Preis (Digital) EUR 49,00

Preis (Print) EUR 55,60

Schlagworte: Werkstück

Zusammenfassung

Eine Möglichkeit, die Kosten des Gesamtfertigungsprozesses zu senken, ist der Einsatz vorbeschichteter Werkstoffe. Der Vorteil liegt nicht nur in der Reduzierung der Anzahl der Arbeitsstufen bei der Herstellung eines Produktes - der Verzicht auf umweltschädigende Hilfsstoffe und -prozesse hat auch ökologische Effekte zur Folge.

Bisher wurden organisch beschichtete Bleche vorwiegend für anspruchslose Umformoperationen, wie z.B. Abkantarbeiten eingesetzt. Die zögerliche Anwendung bei anderen Umformverfahren ist auch auf die fehlende Erfahrung und Unsicherheit im Umgang mit den empfindlichen Werkstoffen zurückzuführen. Das vorliegende Forschungsprojekt hatte deshalb zum Ziel, die Umformeigenschaften einer Vielzahl unterschiedlicher Varianten zu beurteilen und teilweise umformtechnische Grenzen festzulegen. ln die Untersuchungen waren alle wichtigen Verfahrensvarianten, wie Biegen, Tiefziehen, Streckziehen, das Anlegen von Sicken und Falzen einbezogen.

Beginnend mit grundsätzlichen Untersuchungen zur Charakterisierung der Grundwerkstoffe und Beschichtungen, einschließlich der Herstellung realer Werkstücke wurde das Schichtverhalten getestet und analysiert. ln Abhängigkeit von verschiedenen Verfahrensvarianten wurde untersucht, ob und wie das Schichtverhalten bis hin zu den Versagensfällen vorherbestimmt werden kann.

Durch die Erarbeitung eines Klassifikators wurde, unabhängig von Beschichtung oder Umformverfahren, eine einheitliche Bewertungsmöglichkeit für das Schichtverhalten während und nach der Umformung geschaffen. Durch Rauheitsmessungen und durch die Analyse der sich einstellenden Umformgrade in den einzelnen Umformvarianten wurde für jede Beschichtungsvariante eine Funktion ermittelt, wie sich die Oberflächenfeinstruktur und damit auch der Glanzgrad in Abhängigkeit vom vorliegenden Formänderungszustand einstellt. Mit Hilfe dieser Richtlinien können mit relativer Sicherheit die Einsatzchancen der untersuchten Werkstoffe eingeschätzt, das Schichtverhalten für geplante Umformprozesse vorherbestimmt werden.

Weiterer Schwerpunkt des Forschungsprojektes war die Ermittlung umformtechnischer Grenzwerte für verschiedene Verfahrensvarianten. Es wurden Aussagen getroffen bezüglich der Verschiebung des Grenzziehverhältnisses infolge der Anwendung organischer Schichten. Mindestbiegeradien wurden für verschiedene Biegevarianten und das Falzen definiert. Für Tiefziehprozesse bestehen Aussagen zur erreichbaren Ziehtiefe und zu den realisierbaren Eckenradien. Weitere Grenzwerte wurden für das Sicken (erreichbare Sickentiefe in Abhängigkeit von der Sickenform) und für Streckziehoperationen ermittelt. Schließlich werden Erkenntnisse zum Einfluß des Auftreffschlages und zu tribologischen Problemen dargestellt.

Mit den praxiswirksamen Ergebnissen des Forschungsprojektes wird der Anwender in die Lage versetzt, alle üblicherweise angewendeten Umformprozesse entsprechend der Gegebenheiten des speziellen Einsatzmaterials auszulegen.

Eine sichere prognostische Einschätzung der Umformbarkeit beim Einsatz einer bestimmten Oberflächenbeschichtung der Werkstücke führt zu einer größeren Sicherheit in der Projektierungsphase und in der Fertigung, wodurch Probieraufwand und Nacharbeit im Werkzeugbau und in der Fertigung gesenkt werden können. Die beherrschte Umformung ist erste Voraussetzung für eine prognostisch gewünschte Finish-Bearbeitung beschichteter Bleche ohne zusätzliche Lackierungsprozesse.

Schließlich ist mit der sicheren Bearbeitbarkeit neuer Werkstoffvarianten auch eine Gebrauchswertsteigerung des Finalproduktes und eine Erweiterung des Anwendungsgebietes organisch beschichteter Feinbleche verbunden.

Das Forschungsvorhaben „Ermittlung umformtechnischer Grenzen bei der Verarbeitung von beschichteten Feinblechen“ wurde unter der Fördernummer AiF 9395B 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. 81 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

Abkürzungsverzeichnis
0 Problemstellung
1 Stand der Technik und des Wissens
2 Zielstellung
3 Durchführung der Versuche und Auswertung
3.1 Analyse der Versuchswerkstoffe
3.1.1 Mechanische Eigenschaften der Grundwerkstoffe
3.1.2 Aufbau und Eigenschaften der Beschichtungen
3.2 Basisuntersuchungen
3.2.1 Zugversuch
3.2.2 Beulversuch
3.2.3 Einschätzung der Oberflächenqualität
3.2.3.1 Visuelle Einschätzung
3.2.3.2 Mikroskopische Einschätzung
3.2.3.3 Oberflächenrauheit
3.3 Erarbeitung eines Oberflächenklassifikators
3.4 Ermittlung umformtechnischer Grenzen und Anwendung des Oberflächenklassifikators auf reale Werkstückgeometrien
3.4.1 Biegen
3.4.2 Grenzziehverhältnis
3.4.3 Tiefziehen
3.4.4 Eckenziehen
3.4.5 Streckziehen
3.4.6 Sicken
3.4.7 Falzen
3.5 Verhalten der Beschichtung beim Auftreffschlag
3.6 Tribologische Untersuchungen
4 Ermittlung der zu erwartenden Oberflächenqualität in Abhängigkeit vom vorliegenden Formänderungszustand
5 Einschätzung zur Haftfestigkeit der Beschichtungen
6 Zusammenfassung
7 Literaturverzeichnis
8 Verzeichnis der Anlagen