Wirkmedienbasiere Umformung von Tailored Welded Blanks
Final Report Abstract
Ziel dieses Forschungsprojekts war die Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten bei der wirkmedienbasierten Umformung von Tailored Welded Blanks in komplexen Strukturen. Hierfür wurden mit Hilfe der FE-Simulation Analysen an vereinfachten Modellgeometrien durchgeführt und daraus ein analytischer Zusammenhang zwischen Prozessparametern, Werkzeuggeometrie und Halbzeugeigenschaften abgeleitet. Dieses Modell wurde durch experimentelle Untersuchungen validiert und anschließend durch zusätzliche FE-Analysen erweitert, um eine schnelle und effiziente Auslegung von wirkmedienbasierten Umformprozessen für rahmenförmige, komplexe Strukturen zu ermöglichen. In den ersten beiden Projektjahren wurde grundlegendes Wissen über die wirkmedienbasierte Umformung von Tailored Welded Blanks aufgebaut. Durch die Entwicklung neuer Methoden zur Werkstoffcharakterisierung konnten Kenngrößen, die das Verformungsverhalten der Werkstoffe bzw. die tribologischen Verhältnisse in der Wirkfuge Halbzeug-Werkzeug beschreiben, sowohl für die Grundwerkstoffe als auch für die Schweißnähte ermittelt werden. Diese haben den Aufbau und die Validierung eines FE-Modells des Umform prozesses ermöglicht. Des Weiteren konnte durch die in diesem Projekt entwickelte analytische Beschreibung des wirkmedienbasierten Umformprozesses von Tailored Welded Blanks eine potentiale Strategie zur Erweiterung der Formgebungsgrenzen definiert und untersucht werden. Die im Bericht dargestellten Ergebnisse bestätigen dabei die Möglichkeit der Herstellung von Bauteilen aus Tailored Welded Blanks in einem axialsymmetrischen Wericzeug mit integrierter Regelung der Niederhalterkraft. In den letzten beiden Jahren wurde anhand detaillierter Untersuchungen weiterer, vereinfachter Werkzeuggeometrien das in der ersten Phase entwickelte, analytische Modell vervollständigt. Hierfür wurden erneut numerische Analysen zur Beschreibung der Zusammenhänge zwischen Prozessgrößen (z.B. Niederhalterkraft, Werkzeuggeometrie), Halbzeugeigenschaften (z.B. Blechdicke, Platinenzuschnitt) und Umformergebnis (z.B. Blechdickenverteilung, erreichbare Eckradien) durchgeführt. Dabei konnte gezeigt werden, dass durch das in der ersten Phase entwickelte, und in der zweiten Phase vervollständigte, analytische Modell wirkmedienbasierte Umformprozesse mit Tailored Welded Blanks sehr gut beschrieben werden und sich dieser Ansatz somit für ein schnelle Prozessauslegung eignet. Grundlage für eine erfolgreiche Umsetzung dieser Strategien ist, dass der Wirkmediendruck während der Umformung gleichmäßig erhöht werden kann. Leckagen, welche gerade bei der Umformung von Tailored Welded Blanks bedingt durch Schweißnahtüberhöhungen/-einfälle oder Blechdickensprünge häufig auftreten, erschweren beziehungsweise verhindern den Druckaufbau. Deshalb wurden im Rahmen dieses Projekts im Bereich der Werkzeugtechnik verschiedene Strategien zur Abdichtung der Wirkmedienkavität für die Umformung von Tailored Welded Blanks entwickelt und experimentell durch die Modifikation von vorhandenen Werkzeugen erprobt. Zur Weiterentwicklung der Strategie zur Auslegung wirkmedienbasierten Umformprozesse zur Herstellung von Rahmenstrukturen kann in zukünftigen Forschungsaktivitäten die analytische Betrachtung des Prozesses noch weiterentwickelt werden. Beispielswelse könnte man durch eine analytische Beschreibung der radialen Zugspannungen in Abhängigkeit von Flansch- und Matrizenöffnungsgeometrie den Wirkmediendruck, bei dem erstmals Blecheinzug stattfindet, ohne die Anwendung von numerischen Simulationen näherungsweise bestimmen. Bei erfolgreicher Implementierung sollte diese Vorgehenswelse auch für Abschätzung der radialen Zugspannungsverteilung bei Tailored Welded Blanks und hier speziell im Bereich der Fügezone enveitert werden. Dadurch kann das Prozessverständnis nochmals erhöht werden, woraus eine weitere Steigerung der Prozessrobustheit durch frühzeitige Auswahl geeigneter Werkstoffkombinationen resultiert. Im Bereich derWerkzeug- und Systemtechnik müssen Strategien entwickelt werden, welche ein Abdichten der Wirkmedienkavität ohne Beeinflussung des Blecheinzugs prozesssicher und serientauglich ermöglichen. Dies ist beispielsweise durch die Verwendung von magnetorheologischen Flüssigkeiten, welche durch Anlegen von Magnetfeldern zähflüssig werden, oder durch die Verwendung von formlos festen Stoffen, welche einen größeren Partikeldurchmesser als der abzudichtende Leckagespalt besitzen, möglich. Beide Verfahren werden im Rahmen von DFG Grundlagenprojekten momentan am Lehrstuhl für Fertigungstechnologie untersucht.
Publications
- Innenhochdruck-Umformen verstärkter Blech-Rahmenstrukturen. Dissertation, Universität Eriangen-Nümberg, Band 192 der Reihe: Geiger, M.; Feldmann, K. (Hrsg.): Fertigungstechnik - Erlangen. Bamberg: Meisenbach Veriag
Tolazzi, M.
- Determination of Friction Coefficients for the FE-Analysis of Sheet Forming of Tailored Welded Blanks. In: M. Geiger; et al. (Hrsg.): Proceedings of the 11th International Conference on Sheet Metal (SheMet), Erlangen, 2005, Zurich: Trans Tech Publications Ltd, S. 313-320
Tolazzi, M.; Merklein, M.
- Determination of the tensile properties for the weld line of tailored welded blanks. In: 8th ESAFORM CONFERENCE on MATERIAL FORMING, 27-29.04.2005, Cluj-Napoca, Romania, S: 281-284
Tolazzi, M.; Merklein, M.
- Kontaktspannungen in der Blechumformung - System zur Erfassung der Flächenpressung bei der wirkmedienbasierten Umformung von Blechen. Springer-VDI-Verlag, Düsseldorf, WT-Online 11/12 (2005)
Geiger, M., Trägler, H., Tolazzi, M.
- Precise Material Properties as a Prerequisite for FE-Analysis of the Hydroforming of Tailored Welded Blanks. In: Steel Research International, 76 (2005) 12, S. 915-919
Tolazzi, M.; Merklein, M.
- Ermittlung des Reibverhaltens von Tailor Welded Blanks im Näpfchenziehversuch. In: Buchmayr, B. (Hrsg.): Tagungsband zum XXV. Verformungskundlichen Kolloquium, 04.-07.03.2006, Planneralm, Österreich, S. 89-100
Tolazzi, M.; Lamprecht, K.; Merklein, M.
- Innenhochdruck-Umformen von Doppelblechen. In: Kleiner, M. (Hrsg.): Wirkmedienbasierte Fertigungstechniken zur Blechumformung, Abschlussbericht zum DFG-Schwerpunktprogramm SPP 1098, 28.-29.09.2006, Dortmund, S. 27-44
Geiger, M.; Neugebauer, R.; Merklein, M.; Lamprecht. K.; Tolazzi, M.; Bahn, V.
- Wirkmedienbasierte Umformung von Tailor Welded Blanks, In: Kleiner, M. (Hrsg.): Wirkmedienbasierte Fertigungstechniken zur Blechumformung. Berichtsband zum Abschlusskolloquium des DFG SPP 1098, 28.- 29.09.2006, Dortmund, S. 275-288
Tolazzi, M., Merklein, M., Geiger, M.
- Influence of Pre-forming on the Forming Limit Diagram of Aluminum and Steel Sheets. Proceedings ofthe 12th International Conference on Sheet Metal (SheMet), 01.-04.04.2007, Palermo, Italy, S: 113-118
Tolazzi, M.; Merklein, M.
- Influence of Media on Process Stability in Sheet Metal Hydroforming. In: International Journal of Materials and Product Technology (4/2008), Nr. 32, Genf: Inderscience Publishers, S. 363-373
Geiger, M.; Merklein, M.; Blankl, A.
- Tailor Welded Blanks und Patchwork Blanks mit Hochdruck in Form bringen. In: VOGEL BUSINESS MEDIA (Hrsg.) : MM Maschinenmarkt - Das Industriemagazin (21.01.2008), Nr. 114, Würzburg : S. 22-25
Tolazzi, M.; Lamprecht K.; Blankl, A.; Cojutti, M.
