Untersuchungen über das Falzen (180°-Biegen) von Aluminiumblechen

Im Rahmen dieses Vorhabens wurden für die im Karosseriebau häufig eingesetzten Aluminiumlegierungen AIMg0,4Si 1,2-ka und AIMg5Mn-w Untersuchungen über das Falzen mit Linienberührung in mehreren Stufen durchgeführt.

Ziel dieser Untersuchungen war die Ermittlung der beim Biegen auftretenden Kräfte, Rückfederungen und kleinstmöglichen Biegeradien in Abhängigkeit von der Blechdicke, der Blechoberfläche, den überlagerten Zug- bzw. Druckspannungen, der Vorverformung sowie den Werkstoffkennwerten. Dabei wurden Bleche mit den Oberflächenstrukturen Mill-finish, lsomill, lsomill-R, lsomill-D, Lasertex und EDT untersucht.

Das Falzen von Karosserieteilen erfolgt in der Regel in drei Operationen mit Werkzeugen in Karosseriepressen. ln der ersten Operation erfolgt die Biegung des Blechformteilrandes um 90° (Durchstellen). ln einer zweiten Operation werden die Kanten von 90° auf 135° weitergebogen (Vorfalzen). Durch Biegen von 135° auf 180° wird in der dritten Operation der Falz zugedrückt (Fertigfalzen).

Zur Bearbeitung dieser Aufgabenstellung ergibt sich ein Vorgehen in drei Schritten.
ln einem ersten Schritt wurde zur Untersuchung des 90° -Biegens ein Werkzeug entwickelt, bei dem der umzulegende Blechrand zwischen Stempel und Gegenhalter geführt wird. Dies soll die Rückfederung minimieren und die Faltenbildung bei gekrümmten Biegelinien verhindern.
Bei den 90°-Biegeversuchen wurde der Einfluß der Vorverformung der Biegekantenkrümmung, der Oberflächenstruktur und der Blechdicke ermittelt. Ferner wurden die kleinstmöglichen Biegeradien sowie die auftretenden Kräfte und Rückfederungen ermittelt.

ln einem zweiten Schritt erfolgte die Biegung von 90° auf 135° (Ankippen des Falzes). Zur Beibehaltung der Biegeradien wurde der Stempel derart mit einer Rundung versehen, daß der Blechrand sich gleichmäßig, wie bei einem Bördelvorgang, rundet. Dabei wurde der Einfluß der Biegekantenkrümmung und der Falzbreite ermittelt. Die auftretenden Kräfte und Rückfederungen wurden hierbei ebenfalls erfaßt.

ln einem dritten Schritt erfolgte die Biegung von 135° auf 180° (Zudrücken des Falzes). Zur Beibehaltung des Biegeradius wurde der Stempel mit einer Schräge versehen, so daß der Au Benradius sich frei formen konnte.
Die Biegung auf 180° führt zum s.g. Tropfenfalz.
Die Werkzeuge wurden so ausgeführt, daß Änderungen der Biegeliniengeometrie (gerade, konkav und konvex) sowie die Erfassung der Wege und Kräfte möglich sind. Ferner wurden sie ähnlich den industriell eingesetzten Werkzeugen konzipiert, so daß damit auf die Praxis übertragbare Ergebnisse erzielt werden können.

Hinsichtlich des Anri ßverhaltens (Versagen durch Bruch) wurden prinzipiell keine Unterschiede zwischen der Legierung AIMg0,4Si 1,2-ka und der Legierung AIMg5Mn-w festgestellt. Generell wurde ein Biegefaktor r/s von 0,8 bei nicht vorgestreckten Blechen und ein Biegefaktor von 2,7 bei um 15% einachsig vorgestreckten Blechen ermittelt.

Ferner wurde eine Abhängigkeit der Lage der Biegeachse zur Walzrichtung auf das Anrißverhalten festgestellt. Bei den Oberflächen Mill-finish, Lasertex, lsomill-R und EDT traten bei einer Biegebeanspruchung in Walzrichtung eher Anrisse auf als bei einer Beanspruchung senkrecht zur Walzrichtung. Das Gegenteil wurde bei den Oberflächen lsomill und lsomill-D festgestellt.
Die Legierung AIMg0,4Si1 ,2-ka mit der Oberfläche lsomill-R und der Blechdicke 1 ,25mm zeigte hinsichtlich Oberflächenbeschaffenheit und Rückfederungsverhalten die besten Ergebnisse.
Einen Einfluß der Lage der Biegeachse zur Walzrichtung auf das Rückfederungsverhalten wurde bei der Legierung AIMgO,Si 1,2-ka mit der Oberfläche Mill-finish eindeutig festgestellt. Wird die Biegeachse senkrecht zur Walzrichtung gewählt, so treten um ca. 0,5° größere Rückfederungswinkel auf als beim Biegen mit Biegeachse parallel zur Walzrichtung.

Beim Biegen mit konvex gekrümmter Biegekante treten Falten auf, die jedoch durch den Einsatz eines Gegenhalters unterdrückt werden können. Das Biegen um eine konkav gekrümmte Biegekante ähnelt dem Kragenziehen. Durch Überlagerung von Zugspannungen beim Biegen mit Gegenhalter wird die Rückfederung des Biegeschenkels sowie die Auffederung entlang der Biegelinie minimiert.
Beim Falzen mit konvex gekrümmten Kanten werden den Biegespannungen Druckspannungen überlagert. Hier gilt der Biegefaktor, der sich beim 90° -Biegen ergibt. Die maximal zulässige Falzbreite wird durch das Auftreten von Falten begrenzt. Sie wurde für eine Krümmung der Biegelinie von R=200mm mit 12 mal Blechdicke für eine Blechdicke S= 1 ,25mm ermittelt.
Beim Falzen von konkav gekrümmten Blechrändern ergeben sich senkrecht zu den Biegespannungen Zugspannungen. Hier sind ca. 1,2 mal größere Biegeradien notwendig als beim Biegen um gerade Biegekante.

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zeigen, daß für die hier untersuchten Aluminiumlegierungen AIMg0,4Si1,2-ka und AIMg5Mn-w ein Tropfenfalz selbst dann erforderlich ist, wenn keine Vorverformung gegeben ist.