Verfahrensentwicklung in der Blech- und Innenhochdruckumformung

Forschungsthemen im Bereich "Blechumform- und Schneidverfahren"

Die Entwicklung und Umsetzung neuer Verfahren und Prozesse zur Herstellung von Blechbauteilen steht im Mittelpunkt der Forschungslinie Blechumform- und Schneidverfahren. Die Anwendungsgebiete der Blechumformung reichen am Institut von Sonderverfahren für den Einsatz neuartiger Werkstoffe bis hin zur Optimierung und Kombination etablierter Verfahren wie dem Tiefziehen, dem Streckziehen oder dem Prägen. Neuartige Umformverfahren werden im frühen Entwicklungsstadium mithilfe der von CAD- und FEM-Technologien modelliert und bewertet. Die institutseigene Werkstatt erlaubt die Herstellung von Prototypen und Versuchswerkzeugen, anhand derer das grundsätzliche Funktionsprinzip nachgewiesen und das Verfahren in Hinblick auf Wirtschaftlichkeit, Serientauglichkeit und technische Wertigkeit untersucht werden kann.

a) Prinzipskizze des Werkzeugaufbaus und
b) Ausdünnung im Bauteil


Gasführende Systeme und Strukturelemente im Flugzeug- und Fahrzeugbau werden heute aufgrund deren hohen Leichtbaupotentials aus höchstfesten austenitischen Stählen, Titan- oder Aluminiumlegierungen mittels Innenhochdruckumformens (IHU) hergestellt. Die Herstellung solcher Hochleistungskomponenten mittels IHU-Prozessen erfordert jedoch zum derzeitigen Stand der Technik oft mehrere Umform- und Zwischenglühstufen, um das maximal mögliche Formänderungsvermögen der verwendeten höchstfesten Rohrwerkstoffe nicht zu überschreiten bzw. das bestmögliche Zielgefüge einstellen zu können. Daraus resultieren jedoch relativ hohe Rüstzeiten und Werkzeugkosten. Aus diesem Grund werden heute sowohl die Rohrhalbzeuge als auch die Umformwerkzeuge häufig zusätzlich erwärmt. Das Ziel der Forschungsarbeit besteht in der Entwicklung eines neuen Innenhochdruckumformprozesses für die Umformung komplexer Bauteile aus Titan. Durch die zu entwickelnde Fertigungstechnologie soll die Verarbeitung von Titanlegierungen bei erhöhten Temperaturen und mit gezielter Steuerung der Wanddicke sowie einer Im-Prozess Bauteilerwärmung im kalten Werkzeug möglich sein. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird von Fa. Hartmann + Gansler in Zusammenarbeit mit dem Institut für Umformtechnik eine neue Werkzeugtechnik für das Heissgassystem, ein induktives Thermomanagement im Werkzeug sowie eine neue Prozessführung für die Herstellung komplexer Rohrbauteilen entwickelt und umgesetzt.


Laufzeit: 05.2018 - 06.2020

Dennis Wohlfarth, M. Sc.

Werkzeugaufbau für das „SCS-Cupping“


Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde ein Verfahren zur Materialeinsparung bei Massenprodukten wie Dosen oder Batterien zur Reduzierung der Produktionskosten entwickelt. Die Entwicklung wurde am Beispiel der zweiteiligen 0,5L-Getränkedose erfolgreich durchgeführt. Der verfolgte Ansatz ist hierbei die Implementierung der am IFU entwickelten Short-Cycle-Stretch-Forming-Technologie (SCS) in den Cupping-Prozess zur Realisierung eines dem Tiefziehen vorgelagertem Streckziehen. Bei diesem Prozessschritt bietet sich eine vielversprechende Möglichkeit zur Einsparung. Bei konventioneller Herstellung wird der Napfboden nur geringfügig umgeformt, während durch die SCS-Technologie dieser Bereich ausgedünnt werden kann und eine Festigkeitssteigerung erreicht wird. In diesem Forschungsprojekt wurde eine Machbarkeitsstudie durchgeführt, ein darauf basierendes Werkzeug gefertigt und in Betrieb genommen. In experimentellen und simulativen Untersuchungen wurden verschiedene Einflüsse auf das Verfahren untersucht und Aspekte der Ziehbarkeit, Faltenbildung und resultierenden Bodenausdünnung und – verfestigung betrachtet. Basierend auf diesen Ergebnissen wurde eine Werkzeugoptimierung durchgeführt. Mit dem überarbeiteten Werkzeug wird eine Bodenausdünnung von bis zu 8 % an einem faltenfreien Bauteil realisiert. Dies entspricht in etwa einer Gesamtmaterialeinsparung von 1 % bei einer entsprechenden D&I-Dose (two-pieced drawn and ironed).


Laufzeit: 09.2012 - 12.2015

Matthias Schneider, Dipl.-Ing.

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