Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.18419/opus-11070
Authors: Radonjić, Ranko
Title: Kompensationsstrategien von Rückfederungseffekten beim Umformen von hochfesten Stahlblechwerkstoffen
Issue Date: 2020
Publisher: Stuttgart : Institut für Umformtechnik
metadata.ubs.publikation.typ: Dissertation
metadata.ubs.publikation.seiten: xiv, 183
Series/Report no.: Beiträge zur Umformtechnik;87
URI: http://elib.uni-stuttgart.de/handle/11682/11087
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:93-opus-ds-110872
http://dx.doi.org/10.18419/opus-11070
ISBN: 978-3-946818-12-0
Abstract: Die ständigen Bestrebungen zur Reduzierung der CO2-Emissionen führen in der Automobilindustrie zur höheren Anforderungen an den Karosserieleichtbau. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurde der Schwerpunkt der Entwicklungen der letzten Jahre auf die Reduzierung des Karosseriegesamtgewichts durch den Einsatz von Leichtbauwerkstoffen sowie Blechen mit geringerer Dicke gelegt. Diese Tendenzen führen zu einem verstärkten Einsatz von hoch- und höchstfesten Stahlblechwerkstoffen zur Herstellung von entsprechenden Karosseriestrukturbauteilen mit geringerem Bauteilgewicht im Vergleich zu früheren Baureihen. Solche Bauteile werden in der Regel durch das Tiefziehen oder das ziehende Biegen hergestellt. Nach der Entnahme des Bauteils aus dem Werkzeug nach der durchgeführten Umformung tritt eine Spannungsrelaxation auf, wonach sich ein neues Spannungsgleichgewicht im Bauteil einstellt. Als Ergebnis dieser Spannungsrelaxation tritt die Rückfederung bzw. die dimensionelle Abweichung zwischen dem entlasteten Bauteil und der Referenzgeometrie auf. Dies kann verschiedene Arten der Rückfederung zur Folge haben: Winkeländerung, Zargenkrümmung, Radienänderung und Torsion bzw. Verdrehung von Bauteilzonen. Bei der Herstellung von Karosseriestrukturbauteilen aus hoch- oder höchstfesten Stahlblechwerkstoffen tritt häufig eine hohe Rückfederung von bis zu einigen Zentimetern auf, welche mit derzeit existierenden Maßnahmen nur schwer oder gar nicht erfolgreich während des Umformens oder gar danach kompensiert werden kann. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Ansätze im Hinblick auf die Reduktion der Rückfederung am Beispiel eines zweifach gekrümmten hutförmigen Bauteils simulativ und experimentell untersucht. Um die erforderliche Genauigkeit der Simulation dabei gewährleisten zu können, wurden zunächst umfangreiche Werkstoffcharakterisierungen der untersuchten Stahlblechwerkstoffe (DP 600, DP 800 und DP 980) durchgeführt. Darüber hinaus erfolgten die Praxisversuche zur Bestimmung des Einflusses der Blechhalterkraft, Geschwindigkeit der Stößelbewegung und Werkzeugradien auf das Rückfederungsverhalten. Basierend auf den dabei erzielten Ergebnissen konnte zunächst festgestellt werden, dass mit der Erhöhung der Festigkeit des eingesetzten Stahlblechs der Erfolg der zuvor genannten Maßnahmen im Hinblick auf die Reduzierung der rückfederungsbedingten Formabweichungen sinkt, und im Fall des Blechwerkstoffs DP 980 sogar fast vernachlässigbar ist. Des Weiteren wurde die Anwendbarkeit von verschiedenen geometrisch basierten Ansätzen mittels einer nach dem Tiefziehen folgenden Nachformoperation im Hinblick auf die Reduzierung der Rückfederung simulativ untersucht. Diese Ansätze beinhalteten vor allem lokale geometrische Änderungen des Bauteils durch Kalibrierung der Radien sowie das Prägen der ebenen und leicht gekrümmten Bauteilbereiche. Dabei wurde festgestellt, dass mit Hilfe solch geometrisch basierter Ansätze der Spannungszustand im Bauteil grundsätzlich lokal beeinflusst werden kann. In diesem Zusammenhang führte der Einsatz des Kalibrierens der Bauteilradien bei gleichzeitigem Prägen der Bauteilzarge zu einer wesentlichen Reduzierung der Rückfederung. Allerdings erfordern solche geometrisch basierten Ansätze häufig signifikante Änderungen der Bauteilgeometrie. Mit dem Ziel, den Spannungszustand im größtmöglichen Bereich des trägerförmigen Bauteils ohne Änderung von dessen Geometrie entsprechend zu beeinflussen, wurde versucht, die Spannungsüberlagerungseffekte mittels gezielt gewählter Werkzeugradien durch wechselseitigen Platineneinlauf während des Tiefziehens zu bewirken. Aufgrund eines solchen wechselseitigen Platineneinlaufes werden jene Werkstückbereiche, welche während des Ziehvorganges in Kontakt mit den Stempelradien kommen, einem mehrmaligen Biegen unterzogen. Dabei werden die beim ersten Biegen über die Blechdicke verursachten Biegespannungen durch das folgende Rückbiegen mit Spannungen mit entgegengesetztem Vorzeichen überlagert, was sich positiv bezüglich der Reduktion der Rückfederung auswirkt. In diesem Zusammenhang wurde in dieser Arbeit auch dargelegt, dass eine optimale Platineneinlaufkinematik definiert werden kann, die zu einer vernachlässigbaren Rückfederung des entlasteten Bauteils führt. Eine solche optimale Platineneinlaufkinematik während des Ziehvorganges wurde am Beispiel eines zweifach gekrümmten hutförmigen Bauteils in Hinblick auf die nahezu vernachlässigbare Rückfederungsmenge erfolgreich belegt. Diesbezüglich wurde die Forschungshypothese nachgewiesen, dass die Rückfederung des Blechteils reduziert bzw. kompensiert werden kann, in dem die während des Umformens im Bauteil verursachten Spannungen mit Spannungen mit entgegengesetzten Vorzeichen überlagert werden. Die in der vorliegenden Arbeit erzielten Ergebnisse stellen einen wichtigen Beitrag für die industrielle Anwendung bzw. Methodenplanung für die Fertigung von trägerförmigen Bauteilen aus hoch- und höchstfesten Stahlblechwerkstoffen dar.
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