Tiefdrücken zur effizienten Herstellung von Biegeformteilen aus hochfestem Stahlblech
Date
2025
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Publisher
Stuttgart : Fraunhofer Verlag
Abstract
Der steigende Bedarf an Stahlprodukten sowie die damit verbundenen Treibhausgasemissionen und begrenzten Ressourcen stellen eine globale gesellschaftliche und ökologische Herausforderung dar. Dadurch steigen die Anforderungen an eine nachhaltige und wirtschaftliche Herstellung maßhaltiger Blechbauteile. Höchstfeste Stahlbleche ermöglichen eine Verringerung der Blechdicke, wodurch Leichtbauvorteile und eine Reduktion des Rohstoffbedarfs erzielt werden können. Allerdings führen sie bei konventionellen Umformverfahren zu einem Zielkonflikt zwischen Herstellbarkeit und Effizienz, da qualitätssteigernde Maßnahmen oft einen höheren Energie- und Materialeinsatz erfordern. Die steigenden Festigkeiten moderner Stahlbleche bringen die bisherigen Umformprozesse, Werkzeug- und Pressentechniken an ihre Grenzen, weshalb innovative Ansätze notwendig sind, um Materialverluste, Energieverbrauch und Ausschuss in der Produktion nachhaltig zu minimieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde mit dem Tiefdrücken ein neuartiges Blechumformverfahren zur effizienten und maßhaltigen Herstellung von Biegeformteilen aus höchstfesten Stahlblechen entwickelt und analysiert. Durch die Konsolidierung von Lösungsansätzen zur Reduktion der Rückfederung mithilfe von Spannungsüberlagerung sowie durch Maßnahmen zur Senkung des Energie- und Materialbedarfs wird mit dieser Arbeit eine neuartige Umformkinematik für Biegeformteile vorgeschlagen. Die Substitution des Blechhalters durch einen konturierten Schlitten ermöglicht eine formschlüssige, horizontale und zugleich vertikale (biaxiale) Kraftübertragung auf die Platinenkanten sowie eine Kalibrierung des Flanschbereichs am Ende des Umformvorgangs. Dies führt zu einem werkzeuggesteuerten, reproduzierbaren und progressiven Platineinlauf mit geringem Einfluss der Reibungsbedingungen, der eine Umformkinematik mit kontinuierlicher Überlagerung von Biege- und Druckspannungen durch Knick- und Rollbiegevorgänge erzeugt. Numerische FE-Simulationen und Umformversuche zeigten, dass diese Umformkinematik sowohl die Rückfederung als auch die Blechausdünnung reduziert und gleichzeitig die energieintensive, reibungskontrollierte Blechrückhaltung vermeidet. Im Vergleich zum Tiefziehen zeigt das Tiefdrückverfahren somit neben einer verbesserten Maßhaltigkeit und Effizienz eine erhöhte Prozessrobustheit sowie ein gesteigertes Restumformvermögen der Bauteile. Angesichts der heutigen Anforderungen an Produktionsprozesse von Strukturbauteilen aus hochfesten Stahlblechen in Bezug auf Qualität, Zeit, Kosten und Nachhaltigkeit kann durch den Einsatz dieser Technologie ein Beitrag zur Steigerung der Maßhaltigkeit, des Formänderungsvermögens sowie der Energieeffizienz und des Materialnutzungsgrades geleistet werden. Das Tiefdrücken bietet somit eine konkrete Alternative zur Erweiterung der Prozessgrenzen konventioneller Tiefziehverfahren für eine effiziente und maßhaltige Herstellung von Blechbauteilen.