Untersuchungen zur Herstellung von Leichtbauträgerstrukturen aus Tailored Blanks mittels Gleitziehbiegen

Durch die Untersuchungen des Gleitziehbiegens von Tailored Blanks wurden weitere Grundlagen für die sichere Werkstück- und Prozessauslegung für das wenig verbreitete Profilierverfahren Gleitziehbiegen geschaffen. Mittels seitlich verstellbarer Matrizen können reproduzierbar belastungsangepasste Profile hergestellt werden, die unterschiedliche Querschnitte über der Profillänge aufweisen. Beim Einsatz von Tailored Blanks als Ausgangsmaterial für das Gleitziehbiegen erweitert sich das Anwendungsspektrum der hergestellten Profile um ein Vielfaches.

Im Verlauf der Untersuchungen wurde das Gleitziehbiegen von Tailored Blanks umfassend simuliert. Die seitliche Werkzeugverstellung stellte in der Simulation ein großes Problem in Bezug auf stabile Kontaktbedingungen dar. Durch die Kombination von Kontakten aus dem Crash-Bereich (PAM-CRASH-Kontakt 33) mit PAM-STAMP konnte dieses Problem gelöst werden. Aufwendig ist nach wie vor die Erzeugung der Netzgeometrien bei Tailored Blanks, da diese Werkstückgeometrie für das Gleitziehbiegen mit den Standardvernetzern nur unbefriedigend zu vernetzen ist.

Bei der Simulation des Gleitziehbiegens wurden mehrere Werkzeugstadien untersucht. Zunächst wurden die Matrizen einzeln betrachtet und verschiedene Varianten der Nahtlage berechnet. Um weiter die Qualität der Teile zu verbessern wurde eine Werkzeugentwicklung in mehreren Stufen durchgeführt. Dabei wurde die Tiefe der Matrizen reduziert, um den Kontaktbereich der Werkzeuge mit dem Blech zu verringern, was einer „freien“ Vorwölbung besser entsprechen würde. Mit dieser Werkzeugvariante konnten vollkommen neue Profilgeometrien mit gewölbtem Boden erzeugt werden. Bei der visioplastischen Auswertung ergab sich eine gute Übereinstimmung der durchgeführten Versuche mit den Simulationsrechnungen.

Eine vergleichende Auswertung ist nur an den Biegekanten der Profile sinnvoll, in allen anderen Bereichen sind Dehnungen zu gering oder gar nicht vorhanden. Dabei sind an der Biegekante in allen Richtungen (e1, e2 und e3) nur geringe Deformationen vorhanden. Bei den Experimenten und der Simulationen hat sich gezeigt, dass eine starke Abhängigkeit der Werkstückgeometrie von der Innengeometrie der Matrize vorhanden ist. Je nach „Tiefe“ der Matrize können Werkstücke mit gewölbtem Bodenbereich oder mit gewölbtem Flanschbereich erzeugt werden. Um einen optimalen Ziehspalt zur Umformung von Blechzuschnitten aus Tailored Blanks zu erhalten modifizierte man die bestehende Versuchsanlage.

Es konnten nach der Modifizierung Tailored Blanks unter konstanten Reibbedingungen zu U-Profilen umgeformt werden. Durchgeführte Schmierstoffvariationen ließen weitere grundlegende Erkenntnisse zu. Aufgrund der lokal hohen Flächenpressungen an den Radien des Ziehteiles ist speziell dort mit erhöhtem Verschleiß an den Werkzeugen zu rechnen. Begleitende Simulationen konnten die Versuchsergebnisse bestätigen und ermöglichen eine Vorausberechnung des Umformvorgangs.

Ansatzpunkte für eine Weiterentwicklung des Verfahrens sind beispielsweise die Untersuchung von Einsatzmöglichkeiten von Kunststoffwerkzeugen. Die damit einhergehende weitere Reduzierung der Kosten wirkt sich positiv auf die Attraktivität des Verfahrens aus und begünstigt eine industrielle Umsetzung der Technologie.