Gleitziehbiegen von belastungsangepassten Kaltprofilen aus Bandblech mit verstellbaren Matrizen

Innerhalb des Forschungsvorhabens sollten durch Untersuchungen Grundlagen für die sichere Werkstück- und Prozessauslegung des Gleitziehbiegens geschaffen werden. Mittels experimenteller Grundlagenuntersuchungen konnten wesentliche Erkenntnisse zum Verfahrensablauf und zu den Verfahrensgrenzen gesammelt werden.

Eine Versuchsanlage mit einer starren Gleitziehbiegematrize wurde zur Durchführung der Grundlagenuntersuchungen verwendet. Mit diesem Versuchsaufbau war es möglich, Profile mit einer Blechdicke von s0 = 0,6 mm bis 1,0 mm und einer Länge von 500 mm bis 750 mm herzustellen. Im Rahmen der Untersuchungen wurden U-Profile und Hutprofile aus den Werkstoffen DC05, X5CrNi1810 sowie AlMg4,5Mn0,4 hergestellt. Erste Untersuchungen befassten sich mit den allgemeinen Möglichkeiten des Gleitziehbiegens ohne die Verstellung des Ziehspaltes an der Matrize bei konstanten Randbedingungen (Ziehgeschwindigkeit, Ziehspalt). Hierbei wurden die ersten Grenzen des Verfahrens ermittelt.

Um eine Variation des Ziehspaltes durchführen zu können, modifizierte man die bestehende Versuchsanlage. Nach der Modifizierung konnten Ziehspaltadaptionen für U – Profile der Blechdicken s0 = 0,8 und s0 = 1,0 mm durchgeführt werden. Dabei stellten sich für die unterschiedlichen Blechdicken optimale Ziehspalte heraus. Durchgeführte Schmierstoffvariationen sowie eine Untersuchung des Einflusses der Ziehgeschwindigkeit auf den Umformprozess ließen weitere grundlegende Erkenntnisse zu. In numerischen Simulationen gewonnene Ergebnisse wurden durch experimentelle Untersuchungen bestätigt. Die numerischen Berechnungen wurden um Varianten mit traktrixförmigen Ziehrundungen an der starren Matrize ergänzt und abgeschlossen.

Umfangreiche Versuche zur Kennwertermittlung wurden durchgeführt. Die Fließkurven der Probewerkstoffe und die Reibwerte im Zusammenspiel mit den Werkzeugwerkstoffen wurden ermittelt. Die Grenzformänderungskurven der Probenwerkstoffe konnten mit Hilfe der Methode der Visioplastizität bestimmt werden. Verschiedene Profile wurden berastert und es erfolgte eine visioplastische Analyse der Probeteile.

Im weiteren Projektverlauf wurden unterschiedliche Werkzeugkonzepte zur Herstellung belastungsangepasster Profile mit variablem Querschnitt entwickelt. Daran schlossen sich Simulationsrechnungen der verschiedenen Werkzeugkonzepte an. Die Geometrie eines ausgewählten Werkzeugkonzeptes wurde für die Simulation weiter aufbereitet. Der benötigte Kraftbedarf wurde ermittelt und umfassende Auslegungsrechnungen zur Optimierung erfolgten. Bei den Simulationsrechnungen wurden in enger Zusammenarbeit mit den Projektpartnern neue numerische Modelle bezüglich des Kontaktes zwischen Werkstück und Werkzeug sowie des funktionalen Ablaufes der Simulation entwickelt und getestet.

Basierend auf den Ergebnissen der Grundlagenuntersuchungen und den numerischen Simulationen realisierte man das Werkzeugkonzept in der Praxis. Mit der Gleitziehbiegeanlage konnten im Querschnitt variierte Profile hergestellt werden.