Prägeteile/Stanzteile

Beim Umformen von Sickenblechen die Rückfederung verringern

16.07.12 | Autor / Redakteur: Mathias Liewald, Christian Bolay und Robinson Henry / Dietmar Kuhn

Bild 1: Bei der Absicherung der Bauteilqualität umgeformter Teile spielt die Rückfederung eine wesentliche Rolle. Im Anschluss an die Umformung muss sie kompensiert werden.
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Bild 1: Bei der Absicherung der Bauteilqualität umgeformter Teile spielt die Rückfederung eine wesentliche Rolle. Im Anschluss an die Umformung muss sie kompensiert werden. (Bild: Kuhn)

Die Fertigung von flachen Präge- und Stanzteilen erfordert hohe Maßgenauigkeit. Werkzeug- und Entwicklungskosten sowie die Genauigkeit der Finite-Elemente-Simulation stehen dabei im Vordergrund. Vor allem die Rückfederung muss aufgrund von Dehnungsanteilen und Eigenspannungen kompensiert werden.

Im Zuge der aktuellen Leichtbaubestrebungen haben sich Versteifungssicken als effizientes Mittel etabliert, um Blechdicken zu reduzieren. Durch die Erhöhung des Flächenträgheitsmomentes lässt sich die Bauteilsteifigkeit wesentlich verbessern. Zahlreiche Beispiele finden sich im Alltag wieder, wie etwa bei Wärmetauscherplatten, Benzinkanistern oder Waschmaschinengehäusen.

Sicken können zu ungleichmäßigen Eigenspannungen im fertigen Bauteil führen

Der Sickenatlas der Forschungsvereinigung Automobiltechnik (FAT), zahlreiche Konstruktionskataloge und Softwarelösungen zur Topologieoptimierung werden für last- und einspannungsspezifische Bauteilauslegungen bereits eingesetzt. Bezüglich der Umformung und der Berechnung der Rückfederung stellt die Finite-Elemente-Methode ein dem Stand der Technik angemessenes Hilfsmittel dar.

Versteifungselemente werden in der Regel durch das Hohl- beziehungsweise Sickenprägen von Platinen zu Lasten der Blechdicke erzeugt. Da jedoch in den Zwischen- und Randbereichen der Sickenfelder stets nicht plastifizierte Bereiche vorliegen, bilden sich vor allem bei ungleichmäßigen Sickenanordnungen unregelmäßige Verteilungen der Eigenspannung im fertigen Bauteil aus, die zu einer Rückfederung und damit zu einer Abweichung von der gewünschten Sollgeometrie sowohl der Sicken als auch des Bauteils führen.

Die einfachste und somit auch am weitesten verbreitete Längssickenanordnung sowie die sich einstellende erhebliche geometrische Abweichung zeigt Bild 2 (siehe Bildergalerie). Anhand dieses Beispiels werden im Folgenden mehrere Methoden zur Kompensation des Rücksprungverhaltens eines flachen Bauteils untersucht.

Eigenspannungen reduzieren, um Rückfederung zu mindern

Motivation dieser Arbeit bildet die Reduzierung der Eigenspannungen im Blechformteil, um somit die Rückfederung zu minimieren. In aktuellen Forschungsarbeiten am IFU werden solche Sickenbleche in moderne Schichtverbundwerkstoffe integriert.

Zu Beginn der Untersuchungen musste die Ausgangssituation nach dem Prägen simulativ modelliert und verifiziert werden. Dabei wurde wie folgt vorgegangen: Zuerst erfolgte die optische Digitalisierung des umgeformten Bauteils. In einem zweiten Schritt wurde für die Modellierung der expliziten Umformsimulation mithilfe von LS-Dyna auf voll integrierte Schalenformulierungen mit sieben Integrationspunkten in Dickenrichtung und ein anisotropes Materialmodell zurückgegriffen. Um Rundungsfehler zu vermeiden, galt es die Simulationen mit der doppelten Genauigkeit zu berechnen.

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