Gezielte Eigenspannungseinstellung in der inkrementellen Blechumformung

Von:

Fabian Maaß

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Infolge einer inhomogenen Umformung im Herstellungsprozess 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. Das flexible Umformverfahren der inkrementellen Blechumformung (IBU) 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. Der Zusammenhang von Prozessparametern, Umformmechanismen und den daraus resultierenden Eigenspannungen ist bislang nicht bekannt. In dieser Dissertation wird daher ein grundlegendes Verständnis über die Eigenspannungsausbildung bei der inkrementellen Blechumformung erarbeitet, um Eigenspannungen definiert in Bauteile einzubringen sowie die erzielbare Verbesserung des Bauteileinsatzverhaltens zu quantifizieren. Durch numerische Prozessmodelle wird der Einfluss der Prozessparameter 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 und die Bauteilleistungsfähigkeit unter zyklischer Last zu steigern.