MoVer - Modellbasierte Verzugsminimierung bei der spanenden Nachbearbeitung von umgeformten Aluminium-Dickblechen

Ausgangssituation

Aufgrund von immer komplexeren Bauteilgeometrien und dem Einsatz neuer Werkstoffe steigen die qualitativen Anforderungen an Blechbauteile. Während des Herstellungsprozesses spielt vor allem die Beherrschung von Verzügen in den Bauteilen eine große Rolle. Bauteilverzug entsteht bei nahezu allen Fertigungsverfahren, wobei insbesondere das Gießen, das 3D-Drucken, die Umformtechnik und das Spanen zu nennen sind. Während der genannten Fertigungsverfahren können Eigenspannungen im Bauteil auftreten was wiederum zu eigenspannungsinduzierten Verzügen führen kann. Die entstehenden Abweichungen von der gewünschten Geometrie stellen für die Industrie ein großes Problem dar, da eine kosten- und zeitintensive Nachbearbeitung notwendig ist. Die Vermeidung von Verzügen in den einzelnen Herstellungsprozessen ist daher bis heute Gegenstand zahlreicher Untersuchungen. Dabei wird selten der gesamte Herstellprozess betrachtet, obwohl die Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Bearbeitungsschritten, der Eigenspannungsausbildung und den resultierenden Bauteileigenschaften große Bedeutung für ein zufriedenstellendes Bearbeitungsergebnis haben.

Zielsetzung

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes sollen die während des Umformprozesses eingebrachten Eigenspannungen bei der spanenden Nachbearbeitung berücksichtigt werden, um so den Bauteilverzug zu minimieren. Eine derzeit nur unzureichend gelöste Problemstellung in der Dickblechumformung mit spanender Nachbearbeitung ist die Kompensation frei werdender Eigenspannungen in der spanenden Nachbearbeitung. Durch die freiwerdenden Eigenspannungen stellt sich ein Bauteilverzug ein, welcher derzeit durch eine zusätzliche Nachbearbeitungsstufe, dem Richten, ausgeglichen wird. Dies führt jedoch zu einer Verlängerung der Prozesskette und dementsprechend zu einem höheren Zeit- und Kostenaufwand für die Herstellung von spanend nachbearbeiteten Dickblechbauteilen. Forschungsziel des geplanten Vorhabens ist es maßhaltige Bauteile nach der spanenden Nachbearbeitung durch eine systematische Beeinflussung des Eigenspannungszustandes oder durch eine an die Eigenspannungen angepasste Frässtrategie zu generieren. Durch das Ableiten von allgemeinen Bearbeitungsstrategien zur Vermeidung von Bauteilverzug spanend bearbeiteter Umformbauteile soll die Prozesskette verschlankt werden und der Richtprozess entfallen.
Zur Erreichung des Forschungsziels müssen die Eigenspannungen, sowie der Eigenspannungszustand im Bauteil über verschiedene Skalen betrachtet werden. Hierzu zählen die umformtechnisch induzierten Eigenspannungen, sowie der vorherrschende Eigenspannungszustand nach der Umformung, die Veränderung des Eigenspannungszustandes durch den geometrischen Abtrag bei der spanenden Nachbearbeitung und die Überlagerung des vorhandenen Eigenspannungszustandes durch fräsbedingte Eigenspannungen.
Basierend auf numerischen und experimentellen Ergebnissen werden die Einflussgrößen der Fertigungsverfahren, wie beispielsweise die Umformgeschwindigkeit, die Reibung, die Abtragstrategie und die Vorschubgeschwindigkeit auf den Eigenspannungszustand charakterisiert. Mit Hilfe einer breiten Datenbasis werden die Wirkzusammenhänge der Einflussgrößen analysiert und geeignete Maßnahmen zur Minimierung des Bauteilverzuges abgeleitet. Im Gegensatz zu den bisher angewendeten Lösungsansätzen, die meist auf einer erfahrungsbasierten Herangehensweise basieren, soll mit dem neuartigen Ansatz das Prozessverständnis erweitert werden und dadurch die Möglichkeit geschaffen werden systematisch maßhaltige Dickblechbauteile herzustellen. Dabei bieten die Forschungsergebnisse eine innovative Möglichkeit zur Effizienzsteigerung bei der Herstellung von spanend nachbearbeiteten Dickblechbauteilen.

Dank

Das Forschungsprojekt MoVer wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert (Projektnummer: ZA 288/85-1). Hierfür sei herzlich gedankt.