Untersuchung von geometrieinduzierten Einflüssen auf die Form- und Maßhaltigkeit von Blechformteilen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya, seit 1/2007
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5375737

• Erstellungsjahr: 2009

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen dieses Projektes wurde eine detaillierte Untersuchung von Skalierungseffekten auf die Form- und Maßhaltigkeit von Blechformteilen in fertigungstechnisch relevanten Größenordnungen durchgeführt. Hierzu wurden unter dem Aspekt der Belastungssituation zunächst verhältnismäßig einfache Experimente wie der Streifen-Zugbiegeversuch bzgl. geometrischer Skalierungen analysiert. Im Wesentlichen ließ sich dabei kein Größeneffekt feststellen, der außerhalb der Messunsicherheit gelegen hat. Erst der Effekt der nicht geometrischen Skalierung ließ Nicht-Linearitäten erkennen. Solche nicht geometrischen Skalierungen sind in der Festigkeit der betrachteten Werkstoffe und der geometrisch bedingten Steifigkeit begründet. Der Effekt beider Skalierungen – Steifigkeit und Werkstoffeigenschaften – wurde anschließend anhand des Rückfederungsverhaltens weiterer Bauteilgeometrien (z.B. Oberschale eines Automobiltanks) in originaler und skalierter (Faktor 0,25) Größe untersucht. Dabei konnte die Bauteilsteifigkeit als wesentliche Einflussgröße auf rückfederungsbedingte Formabweichungen identifiziert werden. Deshalb wurde im Rahmen dieses Forschungsvorhabens eine Methode entwickelt, um Steifigkeitsverteilungen zu quantifizieren und Steifigkeitssprünge zu lokalisieren. Um die eine berechnete Steifigkeitsverteilung in eine rückfederungsgerechte Bauteilkonstruktion einfließen zu lassen, ist es notwendig, eine Bauteilkonstruktion zu verändern und die jeweilig modifizierte Bauteilstruktur mithilfe einer Finite-Element Simulationen zu verifizieren. In diesem Zusammenhang wurde eng mit dem Lehrstuhl für Mechanik der TU Dortmund (Prof. Svendsen) zusammengearbeitet, an dem ein verbessertes Stoffgesetz zur Modellierung einer anistropen Verfestigung (Bauschinger-Entfestigung und Querverfestigung) entwickelt wurde. Mit einer kombinierten Vorgehensweise aus Steifigkeitsanalyse und verbesserter Finite-Element-Analyse ist es nunmehr möglich, lokal begrenzte Größenskalierungen durchzuführen und im Zuge einer zeiteffizienten Analyse (globale und lokale Bauteilsteifigkeitsanalyse) den damit verbundenen Effekt auf die Formabweichung abzuschätzen sowie im Nachgang diesen Effekt mittels einer Finite-Element Analyse unter Nutzung des entwickelten Stoffgesetzes quantitativ zu überprüfen. Zukünfige Arbeiten werden sich mit den Möglichkeiten der Steifigkeitsanalyse zur Kompensation von rückfederungsbedingten Formabweichungen beschäftigen. Ein Schwerpunkt wird dabei in der Umsetzung dieser Methode in eine praxistaugliche Vorgehensweise liegen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Analysis of a measurement system for charakterisation of springback. DFG-Kolloquium “Schwerpunktprogramm 1138”, BIAS Verlag, 2003, Seite 11-19
  M. Schikorra, A. Brosius, M. Kleiner
  
• Materialdata, simulation and analysis strategies – Modelling of Springback. Workshop “Rückfederung Entwicklungen zur industriell anwendbaren Vorhersage der Rückfederung“, Berlin, 13./14. März 2003
  M. Schikorra, A. Brosius, M. Kleiner
  
• Einfluss geometrischer Skalierung und isotrop-kinematisch kombinierter Verfestigungsmodelle bei der Simulation der Rückfederung. Prozessskalierung DFG-Kolloqium, Bremen 2005
  R. Govindarajan, M. Schikorra, A. Brosius, M. Kleiner
  
• “Determination of Anisotropic Hardening of Sheet Metals by Shear Tests”. Proceedings of the NUMISHEET conference, Detroit, USA, S. 389-394, 2005, ISBN 0-7354-0265-5
  M. Schikorra, A. Brosius, M. Kleiner
  
• “Springback analysis of sheet metals regarding material hardening“. Proceedings of the 11th international conference on sheet metal (SHEMET), Erlangen, Deutschland, S.712-728, 2005
  M. Kleiner, M. Schikorra, R. Govindarajan, A. Brosius
  
• Investigation of shape and dimensional inaccuracy in sheet metal formed parts by means of geometrical scaling. Research Report of the NRW Graduate School of Production Engineering and Logistics, 2006, S. 28-31
  M. Kleiner, A. Brosius, R. Govindarajan
  
• “Investigation of anisotropic hardening behavior using cyclic shear tests and orthogonal tests”. Proceedings ESAFORM Conference, Glasgow, 2006, S. 319-322, ISBN 83-89541-68-8
  R. Govindarajan, M. Schikorra, A. Brosius, M. Kleiner
  
• Investigation of Springback in an automotive fuel tank by geometrical scaling. Proceedings of ICNFT Conference, Bremen, 2007, S. 675-684
  R. Govindarajan, A. Brosius, A.E. Tekkaya
  
• Einfluss geometrischer Skalierungen auf das Rückfederungsverhalten bei Blechumformprozessen. Arbeitskreistreffen des SPP1138, 8/9. Mai 2008, Tagungs-CD, Eigenverlag, Chemnitz, ISSN 1860-8698
  M. Gösling; R. Govindarajan; S. Hänisch; A. Brosius; A.E. Tekkaya
  
• Gemetrieinduzierter Größeneinfluss auf die Form- und Maßhaltigkeit von Blechformteilen. Tagungsband Abschlusskolloquium SPP1138 „Größeneinflüsse bei Fertigungsprozessen“, Bonn, 2009, BIAS Verlag, Bremen, 2009, S. 33-57, ISBN 978-3-933762-29-0
  M. Gösling, S. Hänisch, A. Brosius, B. Svendsen, A.E. Tekkaya