Gezielte Eigenspannungseinstellung in der inkrementellen Blechumformung
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2024
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Abstract
Infolge einer inhomogenen Umformung zur Herstellung von Bauteilen verbleiben Spannungen im Material. Diese Eigenspannungen sind mechanische Spannungen, die zu einer inneren Belastung des
Bauteils führen. Das Vorhandensein von Eigenspannungen kann die Leistungsfähigkeit eines Bauteils
je nach Ausprägung signifikant steigern oder zu einem früheren Versagen im Belastungsfall führen.
Daher ist die Kenntnis des resultierenden Eigenspannungszustands infolge des Fertigungsschritts
durch geeignete Prognosemodelle unerlässlich. Eigenspannungen werden für gewöhnlich durch
nachgelagerte mechanische Bearbeitungsschritte gezielt in Bauteile eingebracht oder durch thermische Nachbehandlungsprozesse eliminiert. Diese nachgelagerten Prozessschritte zur
Eigenspannungseinstellung benötigen zusätzliche Ressourcen.
Das flexible Umformverfahren der inkrementellen Blechumformung zeichnet sich im Vergleich zu
konventionellen Umformverfahren durch geringe Werkzeugkosten und Prozesskräfte bei gleichzeitig
erhöhter Umformbarkeit aus. Durch die unterhalb des Werkzeugs lokalisierte Umformzone bietet die
inkrementelle Blechumformung die Möglichkeit, Eigenspannungen lokal definiert in Bauteile
einzubringen. Die Flexibilität der inkrementellen Blechumformung ermöglicht die Herstellung
geometrisch identischer Bauteile mit unterschiedlichen Prozessparametern, welche die wirkenden
Umformmechanismen beeinflussen. Der Zusammenhang von Prozessparametern, Umformmechanismen und
den daraus resultierenden Eigenspannungen ist bislang nicht bekannt. Ziel dieser Arbeit ist es
daher, ein grundlegendes Verständnis über die Eigenspannungsausbildung bei der inkrementellen
Blechumformung zu erarbeiten, um Eigenspannungen durch diesen Umformprozess stabil und definiert
in Bauteile einzubringen sowie die Verbesserung des Bauteileinsatzverhaltens durch gezielt
induzierte Eigenspannungszustände zu quantifizieren.
Unter Zuhilfenahme eines numerischen Prozessmodells wird der Einfluss von Zustellinkrement und
Werkzeugradius auf die Umformmechanismen und die Eigenspannungsausbildung im Bauteil
identifiziert. Basierend auf diesen Ergebnissen werden Konzepte der Spannungsüberlagerung
analysiert und experimentell erprobt, um die Möglichkeiten der Eigenspannungseinstellung während
des Umformprozesses zu vergrößern.
Eine gezielte Einstellung des Eigenspannungszustands kann genutzt werden, um die Leistungsfähigkeit
von Bauteilen unter statischer und zyklischer Last zu steigern. Dies eröffnet Möglichkeiten der
Materialeinsparung durch niedrigere Sicherfaktoren bei der Bauteilauslegung, um dem
Leichtbaugedanken zur Steigerung der Ressourceneffizienz gerecht zu werden.
Description
Table of contents
Keywords
Inkrementelle Blechumformung, Eigenspannungen, Gestaltfestigkeit