Flexibles formschlüssiges Fügen mittels Inkrementeller Blechumformung

• Antragsteller: Dr.-Ing. David Bailly
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 459861167

Der zunehmende Einsatz von Multi-Materialverbindungen für den Leichtbau stellt neue Herausforderungen an die Fügeverfahren. Das Vorhaben verfolgt das Ziel ein Verfahren zu entwickeln, das die linienförmige Verbindung flächiger Bauteile aus artfremden Werkstoffen, auch entlang gekrümmter Kanten, ermöglicht und dabei eine hohe Flexibilität aufweist.Ein für linienförmige Verbindungen von Blechteilen häufig eingesetztes Verfahren, mit dem sich grundsätzlich auch artfremde Werkstoffe verbinden lassen, ist das Falzen. Das klassische Falzen ermöglicht hohe Taktraten, ist aber aufgrund der aufwändigen bauteilspezifischen Werkzeuge nur für große Stückzahlen wirtschaftlich. Das Roll-Falzen ermöglicht durch eine koordinatengesteuerte Formgebung, in der Regel mit Industrierobotern, hingegen eine deutliche Reduktion der Werkzeugbindung und somit hohe geometrische Flexibilität. Beide genannten Falzverfahren zeigen ähnliche Prozessgrenzen hinsichtlich Rissbildung und geometrischer Fehler, wie z.B. Falten, an den Fügekanten.Ein dem Roll-Falzen sehr ähnlicher Prozess kann mit Hilfe der Inkrementellen Blechumformung (IBU) umgesetzt werden. Dies verspricht eine weitere Steigerung der Flexibilität sowie eine Erweiterung der Prozessgrenzen hinsichtlich Umformbarkeit und geometrischer Fehler, durch die noch lokalere Umformung. Ein weiterer Vorteil besteht in der Möglichkeit zur Integration der Bauteilherstellung, des Abkantens und des Fügens in einen IBU-basierten Prozessablauf. Zusätzlich ermöglicht die sehr flexible Prozessführung auch das gezielte Erzeugen eines Restkragens, der als Anbindungsfläche für weitere Bauteile dienen kann.Die grundsätzliche Machbarkeit des formschlüssigen Fügens durch Inkrementelle Blechumformung konnte in Voruntersuchungen bereits gezeigt werden. Im beantragten Vorhaben sollen die Prozessgrenzen des neuen Ansatzes systematisch untersucht und mit dem Roll-Falzen verglichen werden. Hierzu werden empirische Versuchsstudien mit beiden Technologien an unterschiedlich komplexen Geometrien durchgeführt. Durch begleitende FE-Simulationen beider Prozesse sollen die in den Versuchen beobachteten Prozessgrenzen und Unterschiede im Hinblick auf die in der Umformzone wirksamen Mechanismen analysiert werden. Dies ermöglicht eine Vertiefung des Prozessverständnisses. Abschließend sollen die Erkenntnisse auf ein gekrümmtes Bauteil übertragen und die Möglichkeit der Prozessintegration von Bauteilumformung, Abkanten und Fügen exemplarisch demonstriert werden.Im Vorhaben wird ein umfangreiches Prozesswissen über das formschlüssige Fügen mittels IBU erarbeitet und eine quantitative Analyse der Prozessgrenzen im Vergleich zum Roll-Falzen vorgenommen. Dies ermöglicht eine fundierte Bewertung der Potentiale der neuen Technologie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt