Grundlegende Untersuchungen zur Herstellung von Funktionsbauteilen vom Band

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Marion Merklein
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 471835637

Der durch gestiegene ökologische Anforderungen sowie ökonomische Gründe motivierte Leichtbau bedingt einen zunehmenden Bedarf an funktionsintegrierten Bauteilen. Die Blechmassivumformung ist prädestiniert für die wirtschaftliche und ökologische Herstellung von Funktionsbauteilen in kurzen Prozessketten. Das Verfahren ist definiert als das Anwenden von Massivumformoperationen auf flächige Halbzeuge, häufig in Kombination mit Blechumformverfahren, zur Herstellung von Bauteilen mit integrierten Funktionselementen durch einen dreidimensionalen Stofffluss. Hierzu wurde in den letzten Jahren umfangreiches Prozesswissen aufgebaut. In den bisherigen Forschungen wurden fast ausschließlich Ronden eingesetzt. Band als Halbzeug hat hingegen gegenüber Ronden zahlreiche Vorteile. Einerseits wurde im Rahmen der Voruntersuchungen gezeigt, dass die Ausformung der Funktionselemente durch die zusätzliche Stützwirkung des noch nicht beschnittenen Materials verbessert wird. Zudem ist eine höhere Formfüllung durch eine Werkstoffbereitstellung aus noch nicht beschnittenen Bereichen denkbar. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist die höhere Ausbringungsmenge im Vergleich zur Umformung von Ronden, aufgrund der Möglichkeit zur Umformung vom Band im Folgeverbund und Wegfall von taktzeitbegrenzenden Greifersystemen. Dem gegenüber steht beim Einsatz von Band als zentrale Herausforderung ein anisotroper Stofffluss, welcher die Bauteilmaßhaltigkeit limitiert und ermüdungskritische Werkzeugbeanspruchungen verursacht.Vor diesem Hintergrund verfolgt das vorliegende Forschungsvorhaben das Ziel, ein grundlegendes Prozessverständnis für die Blechmassivumformung von Verzahnungen vom Band zu erarbeiten. Hierzu werden zwei Fließpressprozesse ausgelegt und zur experimentell-numerischen Erforschung der Ursachen des anisotropen Stoffflusses und dessen Auswirkungen auf die Bauteilmaßhaltigkeit sowie die Werkzeugbeanspruchung genutzt. Hierbei werden die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zum Fließpressen von vorbeschnittenen Ronden ermittelt. Aufbauend auf dem erarbeiteten Prozesswissen werden werkstück-, prozess- und werkzeugseitige Maßnahmen zur Begegnung der bandspezifischen Herausforderungen durch eine Stoffflusskontrolle untersucht. Hierbei werden deren Wirkmechanismen sowie die Auswirkungen auf die Bauteilmaßhaltigkeit und Werkzeugbeanspruchungen analysiert. Für eine effiziente Fertigung vom Band sind hohe Werkzeugstandmengen notwendig. Deshalb werden die potentiell verschleißkritischen Maßnahmen in Standmengenuntersuchungen hinsichtlich ihrer Funktionsbeständigkeit untersucht. Durch eine Kombination der Erkenntnisse bezüglich des Stoffflusses bei der Umformung vom Band sowie von Maßnahmen zur Begegnung der Herausforderungen werden die Prozessgrenzen ermittelt und ein grundlegendes Prozessverständnis für das Fließpressen von Verzahnungen vom Band geschaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen