Gezieltes Einbringen von Eigenspannungen in Blechbauteile

Forschungsthemen im Bereich "Umform- und Schneidverfahren"

Es ist bekannt, dass der Eigenspannungszustand das Einsatzverhalten von umformtechnisch hergestellten Blechbauteilen in Bezug auf die Initiierung von Bauteilschädigung sowohl während des Fertigungsprozesses als auch im späteren Einsatz beeinflusst. Aus diesem Grund werden Eigenspannungen bislang als nachteilige und unvermeidbare Größe interpretiert, die die Herstellbarkeit von Bauteilen negativ beeinflusst. Im Fokus dieser Untersuchungen steht daher die Vermeidung beziehungsweise die Reduzierung solcher inneren Lastspannungen. Ziel der Forschungsarbeiten am IFU ist es daher, Umformprozesse bzw. umformtechnischen Prozessrouten derart zu entwickeln, dass Eigenspannungen gezielt in dünnwandigen Blechbauteilen induziert und deren Bauteileigenschaften damit nachhaltig verbessert werden können.

 

Tiefgezogenes Hutprofil mit verprägtem Bodenradius


Das Ziel des Projektes ist der Nachweis, dass durch die Kombination eines Tiefzieh- und Prägeprozesses gezielt Eigenspannungszustände in einem dünnwandigen Blechbauteil aus einem hochfesten, korrosionsbeständigen Stahl (X2CrNiN23-4) eingestellt werden können, um die Bauteileigenschaften nachhaltig positiv zu beeinflussen.  Das Forschungsvorhaben wird als Kooperationsprojekt zwischen dem IFU Stuttgart (Institut für Umformtechnik), dem IAM-WK (Institut für angewandte Materialien) und dem ITM-KM (Institut für Technische Mechanik, Teilinstitut Kontinuumsmechanik) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) durchgeführt, um die Fachexpertisen in den Bereichen Umform- und Werkstofftechnik sowie Mechanik in diesem Projekt zu bündeln. Der Fokus des IFU liegt auf der numerischen Untersuchung, durch Prägegeometrie und Prägetiefe, gezielt eingestellter Druckeigenspannungen in Blechdickenrichtung und einer anschließenden Quantifizierung anhand geprägter Blechproben. Diese werden entsprechenden Belastungsszenarien in Wechselbiege- und Zug-Druck-Prüfungen auf ihre Schwingfestigkeit untersucht und charakterisiert. Hierbei steht die Bewertung der Stabilität der Eigenspannungen in Abhängigkeit der aufgebrachten Lastwechsel im Vordergrund.


Laufzeit: 12.2017 - 11.2019

Stefan Walzer, M. Sc.

Untersuchte Bauteilgeometrie und Digitalisierung im GOM ATOS


Im Rahmen dieses Projekts wurde das Rückfederungsverhalten, im speziellen das Ausbeulverhalten (Springbeulen) von geprägten Sickenblechen untersucht und erfolgreich abgeschlossen. Die Bauteile weisen dabei zwei oder mehrere stabile Zustände auf, die ineinander überführt werden können. Ziel des Projekts war neben der Erlangung eines tieferen Verständnisses für die Ursachen des Rücksprungverhaltens, die Entwicklung effizienter Kompensationsstrategie sowie deren Umsetzung in Werkzeugkonzepten.
Zu diesem Zweck wurden Dehnungsverteilungen und Geometriedaten mit den optischen Messsystemen ARAMIS und ATOS aufgenommen und analysiert. Die entwickelten Kompensationsstrategien wurden in Grundlagenversuchen untersucht und an einer mäanderförmigen Demonstratorgeometrie validiert. Parallel wurden die Ergebnisse simulativ in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IWM in Freiburg analysiert. Es konnten einund zweihubige Verfahren, die auf Gegendrücken am Sickengrund basieren, entwickelt werden. Hierbei wird zunächst eine tiefere Sicke geprägt und durch zurückdrücken der Sickenflanken gezielt Druckspannungen eingebracht, die die vorhandenen Eigenspannungen reduzieren. Hiermit konnte in Versuchen eine Reduzierung der Rückfederung von bis zu 75% und eine vollständige Eliminierung des Springbeulens erreicht und auch an der Demonstratorgeometrie validiert werden.Detaillierten Messungen der resultierenden Sickengeometrie zeigen neben einer Schärfung der Sickenradien nur einen geringen Verlust der Sickenhöhe.


Laufzeit:

Kim Rouven Riedmüller, Dr.-Ing.

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