Weiterführende Untersuchungen zur Optimierung der Gestaltung von Umformwerkzeugen

Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung von Verrippungsstrategien für Großwerkzeuge wie z.B. Tiefzieh-, Abkant-, Durchstell-, Schneid- und Nachformwerkzeuge, mit deren Hilfe für gegeben Rahmenbedingungen optimale Verrippungsgeometrien ermittelt werden können. Die Verrippungsstrategien sollen den Konstrukteur bei der Werkzeugkonstruktion unterstützen, indem sie für konkrete Anwendungsfälle optimale Lösungen bieten. Dadurch wird die Verrippungsgestaltung wesentlich vereinfacht und so die erforderliche Zeit für die Werkzeugkonstruktion verringert. Die Verrippungsstrategien sollen so ausgelegt sein, dass sie im Zusammenspiel mit parametrisierten Verrippungsgeometrien in die rechnerunterstützte Werkzeugkonstruktion integriert werden können.

Zur Realisierung wurden Tiefzieh-, Abkant-, Schneid-, Durchstell-, Loch- und Nachformwerkzeuge in einzelne Funktionsbereiche eingeteilt: Aktivflächen, Gegenhalteflächen, Ziehrahmenflächen und Unterstützungsflächen. Für die einzelnen Funktionsbereiche wurden Anforderungsprofile aufgestellt und eine optimale Verrippungsgeometrie ausgewählt. Die Abmessungen der Verrippungsgeometrien wurden mit Hilfe von FE-Untersuchungen optimiert und jeweils eine geeignete Parameterkombination vorgeschlagen. Anschließend wurden für die einzelnen Verrippungsgeometrien Konstruktionsmethodiken erarbeitet und schließlich allgemeingültige Verrippungsstrategien für Tiefzieh- und Folgewerkzeuge abgeleitet.

Die gefundenen Verrippungsstrategien ermöglichen eine optimale Werkzeugsteifigkeit bei minimalem Werkzeuggewicht. Bei Tiefziehwerkzeugen wurde zudem zwischen zwei Verrippungsstrategien unterschieden: die "versetzte Verrippung", die sich für auf konventionellen Ein- oder Vierpunkziehvorrichtungen eingesetzte Werkzeuge eignet und die Verrippungsstrategie "segmentelastischer Niederhalter und prismatisch verrippte Matrize" für den Einsatz von Werkzeugen auf modernen Vielpunktziehvorrichtungen.

Am Beispiel eines Tiefziehwerkzeugs wurde mit den gefundenen Verrippungsstrategien ein Versuchswerkzeug mit einer ausgewählten Bauteilgeometrie aufgebaut. In theoretischen und praktischen Untersuchungen wurden die Eignung des Versuchswerkzeugs in der Praxis sowie die Vorteile gegenüber einem konventionell gestalteten Tiefziehwerkzeug nachgewiesen.