Inkrementelles Profilumformen mit Spannungsüberlagerung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 509859510

Zur Steigerung der Bauteilleistungsfähigkeit und Stabilisierung der Prozessführung werden bei einigen Verfahren der Blech- und Profilumformung der Wirkspannung gezielt zusätzliche Spannungen überlagert. Im Vorhaben soll die Spannungsüberlagerung beim inkrementellen Profilumformen zur Herstellung von Profilen mit über der Längsachse veränderlichen Querschnitten analysiert werden. Bei diesem Verfahren wird ein Rundrohr durch das seitliche Eindrücken von Formelementen und axialem Gleitziehen in ein komplex geformtes Profil umgeformt. Die inkrementelle Art des Verfahrens ermöglicht im Gegensatz zum Innenhochdruckumformen die Herstellung unterschiedlicher Geometrien mit einem einzigen Werkzeugsatz. Bisherige Untersuchungen zum inkrementellen Profilumformen zeigen für den Anwender aktuell jedoch noch nicht zufriedenstellende Ergebnisse in Bezug auf relevante Verfahrens- und Bauteileigenschaften wie die Maßhaltigkeit. Aufgrund der steigenden Forderung nach der Verarbeitung immer höherfester Werkstoffe ist zudem von weiter steigenden Anforderungen wie dem zunehmenden Rückfederungspotential der Werkstoffe auszugehen. Der Fokus des Projekts liegt in der Beschreibung der sich bei unterschiedlichen Arten der Spannungsüberlagerung ausbildenden Spannungs- und Formänderungszustände. Ausgehend von den Spannungs- und Formänderungszuständen soll die Einstellung des Formänderungsvermögens sowie von Bauteileigenschaften wie der Eigenspannungen, Härte oder Oberflächenqualität beschrieben werden. Um die sich einstellen Spannungs- und Formänderungszustände in Abhängigkeit der Art der Spannungsüberlagerung zu ermitteln, werden die einzelnen Überlagerungsmethoden isoliert betrachtet. Als Überlagerungsmethoden werden axialer Zug, axialer Druck, radialer Druck und Torsion einbezogen. Durch die Untersuchung von kinematischen als auch formgebundenen Formgebungsarten sollen unterschiedliche Formänderungszustände erzeugt werden, um den Einfluss einer Spannungsüberlagerung beim Profilumformen allgemeingültig, und damit unabhängig vom Formänderungszustand, beschreiben zu können. Analog sind auch die zwei grundlegenden Prozesskinematiken radiales Eindrücken und axiales Gleitziehen zu analysieren. Zur Beschreibung der Formänderungen und Spannungen im Bauteil soll eine numerische Analyse stattfinden. Zur Beschreibung der Umformkräfte sowie der Spannungen und Dehnungen an charakteristischen Stellen wie der Nutmitte ist ein analytisches Modell herzuleiten. Um anhand des Modells physikalisch den Einfluss der Art der Spannungsüberlagerung abzubilden, soll das Modell die resultierende Dehnung ausgehend von physikalisch berechenbaren Dehnungszuständen bei grundlegenden Umformmechanismen wie Biegung und Streckung dargestellt werden.Zur experimentellen Validierung der numerischen Simulationen und der Analytik wird im Vorhaben eine vorhandene Maschine zur inkrementellen Profilumformung soweit erweitert, dass eine Betrachtung unterschiedlicher Arten der Spannungsüberlagerung gegeben ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr.-Ing. Till Clausmeyer; Dr.-Ing. Heinrich Traphöner