Umformtechnologien und ihre Randbedingungen - Friedrich ...
Umformtechnologien und ihre Randbedingungen - Friedrich ...
Umformtechnologien und ihre Randbedingungen - Friedrich ...
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Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
„<strong>Umformtechnologien</strong><br />
<strong>und</strong> <strong>ihre</strong> <strong>Randbedingungen</strong>“<br />
Institut für Umformtechnik<br />
<strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
Universität Hannover<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Referent Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
Universität Hannover Institut für Umformtechnik<br />
<strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 1
Gliederung<br />
Materialien für die Blechumformung<br />
Kennwerte für die Blechumformung - Blechprüfverfahren<br />
Tiefziehen – IHU - Gleitziehbiegen<br />
Prozesskette – Karosserie - Blechformteile<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 2
Gliederung<br />
Materialien für die Blechumformung<br />
Kennwerte für die Blechumformung - Blechprüfverfahren<br />
Tiefziehen – IHU - Gleitziehbiegen<br />
Prozesskette – Karosserie - Blechformteile<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 3
Anforderungen an Karosseriebleche<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Umwelt<br />
Energieverbrauch<br />
Wiederverwertung<br />
Gebrauch<br />
Steifigkeit / Betriebsfestigkeit<br />
Lebensdauer<br />
Crashverhalten<br />
Maßhaltigkeit<br />
Umformung<br />
Verfestigung<br />
Anisotropie<br />
Tribologie<br />
Montage<br />
Schweißbarkeit<br />
Fügbarkeit<br />
Klebbarkeit<br />
Beschichtung<br />
Haftfestigkeit<br />
Lackierbarkeit<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 4
Gewichtsanteile eines Mittelklasse PKW<br />
Flüssigkeiten:<br />
Kraft- <strong>und</strong><br />
Schmier stoffe,<br />
Hydrauliköl,<br />
Kühlmittel<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
5 %<br />
Antriebsstrang:<br />
Motor,<br />
Getriebe,<br />
Wellen<br />
22 %<br />
23 %<br />
Ausstattung:<br />
Elektronik,<br />
Klimaanlage,<br />
Innenausstattung,<br />
Dämmstoffe<br />
Fahrwerk:<br />
Felgen, Reifen,<br />
Achsen, Federn,<br />
Radaufhängung<br />
24 %<br />
26 %<br />
Karosserie:<br />
Weiche <strong>und</strong> höherfeste Stähle,<br />
Aluminium, Magnesium, Titan<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 5
Verteilung der Stahlqualitäten heute <strong>und</strong> zukünftig (C-Klasse)<br />
Werkstoffanteil (%)<br />
100%<br />
80%<br />
60%<br />
40%<br />
20%<br />
0%<br />
Quelle: DaimlerChrysler<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Anteil heute Anteil zukünftig<br />
weiche Tiefziehgüten (bis<br />
320 MPa Zugfestigkeit)<br />
Hochfeste Stähle (bis 560<br />
MPa Zugfestigkeit)<br />
Ultrahochfeste Stähle (bis<br />
1000 MPa Zugfestigkeit)<br />
Megahochfeste Stähle (über<br />
1000 MPa Zugfestigkeit)<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 6
Anwendungen für Dualphasenstähle <strong>und</strong> Complexphasenstähle<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Dualphasen-Stahl<br />
Complexphasen-Stahl<br />
Vorderer<br />
Seitenträger<br />
Stoßfänger-<br />
Verstärkung<br />
Quelle: SSAB Tunnplåt AB<br />
A-Säule<br />
Dachbogen Dachschiene<br />
Seitenaufprall-Träger<br />
Querträger<br />
B-Säule<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
C-Säule<br />
© IFUM<br />
Bild 7
Gliederung<br />
Materialien für die Blechumformung<br />
Kennwerte für die Blechumformung - Blechprüfverfahren<br />
Tiefziehen – IHU - Gleitziehbiegen<br />
Prozesskette – Karosserie - Blechformteile<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 8
Einsatz von Werkstoffkennwerten zur Bewertung des Umformverhaltens<br />
Näpfchenprüfverfahren<br />
- nach Swift<br />
- nach Schmidt<br />
Erichsentiefung<br />
Engelhardt<br />
Test<br />
Hydraulische<br />
Tiefung<br />
Grenzformänderungsdiagramm<br />
nach<br />
Nakajima<br />
Grenzformänderungsdiagramm<br />
nach Marciniak<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Zugversuch<br />
Streifenziehversuch<br />
Kreuzzugversuch<br />
Flanscheinzugversuch<br />
Ziehstauchversuch<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
Sonderprüfverfahren<br />
© IFUM<br />
Bild 9
Spannungs-Dehnungs-Diagramm <strong>und</strong> Fließkurve<br />
Quelle: Hallfeldt<br />
Fließspannung k f [MPa]<br />
Spannung σ [MPa]<br />
σ<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
R p0,2<br />
ε<br />
R m<br />
ε el<br />
E= σ<br />
ε<br />
A g<br />
ε pl<br />
E-Modul =<br />
Elastizitätsmodul<br />
σ<br />
ε<br />
A 80<br />
R p0,2<br />
Fließkurve<br />
(extrapoliert)<br />
Dehnung<br />
ε [%]<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
j [-]<br />
Umformgrad<br />
ϕ [-]<br />
ohne<br />
ausgeprägte<br />
Streckgrenze<br />
Zugprobe<br />
ϕ b<br />
ϕ s<br />
Verfestigungsexponent<br />
n = ϕ g =tan α<br />
© IFUM<br />
Bild 10
Fließkurven von Stählen<br />
Fließspannung k f [MPa]<br />
900<br />
800<br />
700<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
200<br />
100<br />
0<br />
Quelle: Hallfeldt<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
H300X<br />
Umformgrad ϕ [-]<br />
H320<br />
DC04<br />
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
H300X<br />
(DP500)<br />
s 0=0,8 mm<br />
H320<br />
(ZStE340)<br />
s 0=0,8 mm<br />
DC04 (St14)<br />
s 0=0,8 mm<br />
© IFUM<br />
Bild 11
Dehnungen am Beispiel der Kreisverformung<br />
Lokale Formänderungen am Beispiel der Kreisverformung<br />
Umformgrad:<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
ϕ 1= ln (d 1 / d 0)<br />
ϕ 2= ln (d 2 / d 0)<br />
Vergleichsformänderung/-dehnung nach v. Mises:<br />
ϕ V = (2/3(ϕ 1 2 + ϕ 2 2 + ϕ 3 2 )) 1/2<br />
Blechdicke: s<br />
ϕ 3= ln (s 1 / s 0) d 1<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
d 2<br />
d 0<br />
© IFUM<br />
Bild 12
Elektrochemisches Aufbringen des Messrasters<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 13
Auswertung des 2 mm Kreisrasters mittels Stereomikroskop<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 14
Dehnungen am Beispiel der Kreisverformung<br />
Umformgrad ϕ 1<br />
+<br />
0<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
ϕ 1 = -ϕ 2 ϕ 1 = -2ϕ 2 ϕ 2 = 0 ϕ 1 = ϕ 2<br />
Tiefziehen<br />
d 1<br />
Gutteile<br />
d 2<br />
-<br />
d 0<br />
Plane<br />
Strain<br />
Reißer<br />
0 +<br />
Streckziehen<br />
Grenzformänderungskurve<br />
Umformgrad ϕ 2<br />
Umformgrad : ϕ = ln (ε+1) ; Dehnung: ε = ( d-d 0 )/d 0<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 15
Test nach Nakajima<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Nakajima -Versuchsausfbau<br />
d 0=100 mm<br />
Ziehteil<br />
Ziehring<br />
Niederhalter<br />
Ziehstempel<br />
160<br />
200<br />
57,5<br />
80<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
200<br />
50<br />
Nakajima 6 Streifen von 1968<br />
50 75 100 115 125 135<br />
1: Länge (ca. 25 % des<br />
Stempeldurchmessers)<br />
2: Breite<br />
3: R = 20-30 mm<br />
Hasek Proben von 1976<br />
72,5<br />
200<br />
200<br />
40<br />
65<br />
200<br />
200<br />
Neue Proben Form, gemäß neuer ISO12004<br />
3<br />
2<br />
1<br />
200<br />
© IFUM<br />
Bild 16
Umformlabor mit digitaler Bilddatenerfassung<br />
Quelle: Salzgitter<br />
Dehnungsmessung mit digitalem<br />
Messwerterfassungssystem ARGUS<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Vorbereitetes Umformteil<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 17
Umformanalyse Hecklappe Innenblech Skoda Fabia (feuerverzinkt)<br />
Ist-Zustandsermittlung vor<br />
einer notwendigen Optimierung<br />
Quelle: Salzgitter<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
kritischer<br />
Bereich !!!<br />
Einschnürungen<br />
+ Reißer<br />
Werkzeug- <strong>und</strong><br />
Prozessoptimierung<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
Umformanalyse zur Verifikation<br />
der erfolgreichen Optimierung<br />
Sicherheit:<br />
ca. 14%<br />
Sicherheit<br />
© IFUM<br />
Bild 18
Gliederung<br />
Materialien für die Blechumformung<br />
Kennwerte für die Blechumformung - Blechprüfverfahren<br />
Tiefziehen - IHU - Gleitziehbiegen<br />
Prozesskette – Karosserie - Blechformteile<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 19
Einteilung der Fertigungsverfahren<br />
Druckumformen<br />
Zugdruckumformen<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN 8580<br />
Urformen Umformen Trennen Fügen Beschichten Stoffeigenschaft ändern<br />
Quelle: nach DIN 8580<br />
Zugumformen<br />
Biegeumformen<br />
Schubumformen<br />
Zerteilen<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
Fügen durch Umformen<br />
© IFUM<br />
Bild 20
Streckziehen <strong>und</strong> Tiefziehen<br />
1. Streckziehen zu Ziehbeginn im<br />
Bodenbereich<br />
Niederhalter<br />
Ziehring<br />
2. Tiefziehen nach Ausformung des<br />
Ziehteilbodens im Flanschbereich<br />
F/2<br />
F/2<br />
Quelle: Hallfeldt<br />
Blech<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
F/2<br />
F ST<br />
Stempel<br />
F ST<br />
Stempel<br />
F/2<br />
ebene<br />
Dehnung<br />
σt σn σr Zug - Druck -<br />
Beanspruchung<br />
Boden<br />
σ σn t σr<br />
σ n σ t<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
σ t<br />
σ r<br />
σ r<br />
σ t<br />
= Tangentialspannung<br />
= Normalspannung<br />
= Radialspannung<br />
σ r<br />
σ t<br />
gleichförmige<br />
Streckung<br />
σ r σt<br />
Flansch<br />
Zarge<br />
σ r<br />
© IFUM<br />
Bild 21
Einflussgrößen Tiefziehen<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Werkzeuggeometrie<br />
ZiehanlageZugabstufung<br />
Zuordnung<br />
Presse<br />
Schmierstoff<br />
Reibungsverhältnisse<br />
Oberfläche<br />
Werkzeug<br />
Blech Umformgeschwin-<br />
digkeit<br />
Festigkeit<br />
unebene<br />
Bodenform<br />
Wirkungsweise<br />
r- <strong>und</strong> n-<br />
Wert<br />
Grenzformänderung<br />
Gesamtsteifigkeit<br />
Werkzeugführung<br />
Werkstoffverhalten<br />
Umformmaschine<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 22
Parameter starrer Tiefziehwerkzeuge<br />
Zeit- <strong>und</strong> kostenintensive, manuelle Tuschier- <strong>und</strong> Anpassarbeiten beim Einfahren<br />
<strong>und</strong> Erproben von Umformwerkzeugen<br />
maschinelle<br />
Bearbeitung<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
43%<br />
14%<br />
Simulation <strong>und</strong><br />
Konstruktion<br />
32%<br />
11%<br />
Arbeitsvorbereitung<br />
manuelle<br />
Tuschierarbeit<br />
Quelle: Allgaier <strong>und</strong> Mayerhoff<br />
Lange Produktionsanlaufzeit bei Produktionsbeginn <strong>und</strong> nach einem<br />
Werkzeugwechsel durch großen Aufwand bei der Werkzeugeinrichtung<br />
Bei starren <strong>und</strong> elastischen Niederhaltern sind aufwändige Techniken erforderlich,<br />
um den Materialfluss gezielt zu beeinflussen (Ziehwulste <strong>und</strong> andere aktive<br />
Werkzeugelemente)<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 23
Werkzeugsystem mit elastischem Niederhalter zum Einsatz auf Pressen mit<br />
Vielpunktzieheinrichtung<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 24
Aufbau eines Tiefziehwerkzeugs mit hydroelastischem Niederhalter<br />
Werkstück<br />
Stempel<br />
Drucktasche<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Ziehring<br />
Nieder halter<br />
elastische<br />
Metall-Membrane<br />
(1.2714)<br />
p i<br />
Gr<strong>und</strong>platte<br />
Drucktasche<br />
Druckanschluss<br />
Nut mit O-Ringdichtung<br />
Höhenanschlag<br />
Niederhaltergr<strong>und</strong>platte<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
Hydraulikanlage<br />
Stempel<br />
© IFUM<br />
Bild 25
Motivation Presshärten<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Geringe Masse<br />
(Leichtbau)<br />
- Materialeinsparung<br />
- Reduzierung der Blechdicke<br />
Anforderungen an Karosserieblechteile<br />
Hohe Festigkeit<br />
(Crashsicherheit)<br />
- Einsatz hoch- <strong>und</strong><br />
höchstfester Stahlwerkstoffe<br />
- Härten durch<br />
Wärmebehandlung<br />
Eine Lösung<br />
Presshärten<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
Hohe Fertigungsgenauigkeit<br />
- Verringerung der<br />
Rückfederung<br />
- Eigenspannungen verringern<br />
durch Erwärmung<br />
© IFUM<br />
Bild 26
Prozessablauf beim Presshärten<br />
Walzwerk<br />
Coil Zuschnitt Erwärmung Transfer<br />
Bildquelle: Benteler Automobiltechnik<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Beispiel eines pressgehärteten<br />
Türaufprallträgers<br />
Blechwerkstoff: BTR 165<br />
Zugfestigkeit: R m > 1500 MPa<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
Kühlung<br />
Weiterverarbeitung<br />
© IFUM<br />
Umformen <strong>und</strong> Härten<br />
Bild 27
Austenitisierung von borlegierten Stählen<br />
Ausgangsgefüge<br />
(normalgeglüht)<br />
Beeinflussungsmöglichkeiten<br />
der Austenitbildung<br />
[°C]<br />
• Zeit-Temperatur-Verlauf (ZTA-Schaubild)<br />
• Ausgangsgefüge (Ferrit, Perlit, Bainit)<br />
• Chemische Zusammensetzung Temperatur<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
22MnB5<br />
Martensit<br />
(gehärtet)<br />
Beispielhaftes isothermes ZTA-Schaubild<br />
Zeit [s]<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 28
Zugfestigkeit <strong>und</strong> Bruchdehnung pressgehärteter Stähle<br />
Zugfestigkeit [MPa]<br />
1600<br />
1400<br />
1200<br />
1000<br />
800<br />
600<br />
400<br />
200<br />
0<br />
0<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
PM<br />
CP<br />
FB<br />
BTR 165 (22MnB5)<br />
Ausgangszustand<br />
BTR 165 (22MnB5)<br />
pressgehärtet<br />
DP<br />
TRIP<br />
HSLA<br />
P, BH, IFHS<br />
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50<br />
Bruchdehnung [%]<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
DDQ, UDDQ<br />
© IFUM<br />
BTR: Benteler`s special ultra<br />
PM: partial martensitic<br />
CP: complex phase<br />
DP: dual phase<br />
FB: ferritic-bainitic<br />
TRIP: transformation indcued<br />
HSLA: high strength low alloy<br />
P: phosphorous alloyed<br />
BH: bake-hardening<br />
IFHS: interstitial free high str<br />
DDQ: deep drawing quality<br />
HDDQ: ultra deep drawing qua<br />
höchstfeste Stähle<br />
hochfeste Stähle<br />
höherfeste Stähle<br />
Bild 29
Anwendungsbeispiele tiefgezogener Bauteile im Automobilbau<br />
z.B. ZStE250i<br />
für Frontklappe<br />
z.B. 300X für Felge<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
z.B. DC05 für Seitenwand<br />
z.B. TRIP800 Seitenschweller<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
z.B. CP900<br />
für Seitenaufprallträger<br />
Bild 30
Einordnung des hydromechanischen Tiefziehens in die DIN<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Halbzeug eben<br />
bzw. offen (Blech)<br />
Direkter<br />
Wirkmedienkonakt<br />
Hydromechanisches Tiefziehen<br />
ohne Membraneinsatz, z.B.<br />
HYDROMEC<br />
Umformen durch<br />
Werkzeugbewegung<br />
Indirekter<br />
Wirkmedienkonakt<br />
Hydromechanisches Tiefziehen<br />
mit Membraneinsatz, z.B.<br />
HYDROFORM<br />
Halbzeug teilweise<br />
geschlossen (Rohr)<br />
Direkter<br />
Wirkmedienkonakt<br />
VARIFORM<br />
Wirkmedienbasierte<br />
Umformverfahren<br />
Indirekter<br />
Wirkmedienkonakt<br />
Rohraufweiten nach dem<br />
Wasserbeutelverfahren<br />
Halbzeug eben<br />
bzw. offen (Blech)<br />
Direkter<br />
Wirkmedienkonakt<br />
Hochdruck-Blechumformung<br />
(HBU)<br />
Umformen durch<br />
Wirkmediendruck<br />
Indirekter<br />
Wirkmedienkonakt<br />
Halbzeug teilweise<br />
geschlossen (Rohr,<br />
Doppelplatine)<br />
Direkter<br />
Wirkmedienkonakt<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
FLUID-ZELL (ASEA)<br />
Innenhochdruckumformung (IHU)<br />
von Rohren <strong>und</strong> Doppelplatinen<br />
Indirekter<br />
Wirkmedienkonakt<br />
Innenhochdruckumformung (IHU)<br />
von Rohren mit Membraneinsatz<br />
© IFUM<br />
Bild 31
Hydromechanisches Tiefziehen<br />
Merkmal wirkmedienbasierter Tiefziehverfahren: Ein Werkzeugelement wird durch ein Druckmedium<br />
ersetzt.<br />
1. 2.<br />
3.<br />
F NH<br />
F St<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Stempel<br />
Wasserkasten<br />
F St<br />
F NH<br />
Niederhalter<br />
Druckmedium<br />
Platine<br />
Dichtung<br />
F NH = Niederhalterkraft<br />
F St = Stempelkraft<br />
p = Mediumdruck<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
1. Die Platine wird direkt<br />
auf das mit einem<br />
Wirkmedium gefüllte<br />
Unterwerkzeug<br />
(Wasserkasten) gelegt.<br />
2. Das Werkzeug wird<br />
durch den Niederhalter<br />
verschlossen.<br />
3. Der Stempel formt das<br />
Werkstück gegen den<br />
sich aufbauenden<br />
Wirkmediumdruck in<br />
den Wasserkasten um.<br />
© IFUM<br />
Bild 32
Merkmale des hydromechanischen Tiefziehens<br />
1. Geringere Werkzeugkosten durch die entfallende Matrize,<br />
2. Reduzierung üblicher Einarbeitungsarbeiten <strong>und</strong><br />
3. Umformung unterschiedlicher Blechwerkstoffe <strong>und</strong> Blechdicken mit einem Werkzeug.<br />
Im Vergleich zum konventionellen Tiefziehen günstigerer Spannungszustand im Ziehteil, besonders<br />
beim Ziehen von konischen Werkstücken.<br />
Durch den senkrecht zur Blechoberfläche wirkenden Querdruck lässt sich im Vergleich zum<br />
konventionellen Tiefziehen über die Ziehteilzarge eine generell größere Kraft vom Ziehteilflansch in den<br />
Ziehteilboden übertragen.<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
F NH<br />
Stempel<br />
F St<br />
p<br />
Wasserkasten<br />
F NH<br />
Platine<br />
Stempel<br />
Mediumdruck p<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
90°<br />
© IFUM<br />
Bild 33
Auswirkung verschiedener Wirkmediendrücke<br />
F NH<br />
F NH<br />
F NH<br />
Niederhalter<br />
Wulst<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Stempel<br />
F St<br />
Mediumdruck p<br />
Wasserkasten<br />
Stempel<br />
F St<br />
Mediumdruck p<br />
Wasserkasten<br />
Stempel<br />
F St<br />
Mediumdruck p<br />
Wasserkasten<br />
Platine<br />
F NH<br />
F NH<br />
F NH<br />
Mediumdruck optimal<br />
Mediumdruck optimal<br />
optimaler, horizontaler<br />
Blecheinzug, Blech liegt<br />
am Stempel an<br />
Mediumdruck zu hoch<br />
Mediumdruck zu hoch<br />
Behinderung des<br />
Blecheinlaufes durch<br />
Wulstbildung (Reißer)<br />
Mediumdruck zu gering<br />
Mediumdruck zu niedrig<br />
Blech liegt nicht<br />
am Stempel an,<br />
Bildung von Falten 2. Art<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
F NH<br />
Prinzip des modifizierten hydromechanischen<br />
Tiefziehens nach Siegert<br />
Stempel<br />
F St<br />
p<br />
Wasserkasten<br />
Mediumdruck p<br />
F NH<br />
Stützdruck p St<br />
Wasserkasten<br />
Dichtungen<br />
Niederhalter<br />
p St<br />
p<br />
© IFUM<br />
Stempel<br />
Platine<br />
Bild 34
Aktives Hydromec-Verfahren<br />
Quelle: Schuler<br />
Werkzeug geöffnet<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Werkzeug<br />
geschlossen,<br />
Platine eingespannt<br />
Platine vorgeformt,<br />
Kaltverfestigungseffekt<br />
des Materials<br />
Gesamtkapazität: 100.000 kN<br />
Stößelkapazität: 70.000 kN<br />
Blechhalterkapazität: 30.000 kN<br />
Tischfläche: 6.000 x 2.200 mm<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
Fertigformen, Kalibrieren<br />
© IFUM<br />
Bild 35
Aktives Hydromec-Verfahren<br />
Motorhaube:<br />
� DC05 s0 = 0,8 mm<br />
AA6016/T4 s0 = 1,2 mm<br />
Quelle: Schuler<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 36
Hochdruckblechumformung (HBU)<br />
• Bei der Hochdruckblechumformung wird das Werkstück durch die Druckbeaufschlagung<br />
eines Fluids umgeformt.<br />
• Das Fluid übernimmt dabei die Funktion eines Stempels.<br />
• Daher erfordert das Tiefziehen mittels Hochdruckblechumformung (HBU) lediglich eine<br />
Negativform des herzustellenden Bauteils, in die die Platine durch das Druckmedium<br />
hineingeformt wird.<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Platine<br />
Druckfluid<br />
Matrize<br />
Entlüftungsbohrung<br />
p<br />
p Wirkdruck<br />
Niederhalter<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 37
Innenhochdruckumformung (IHU)<br />
Der Verfahrensablauf des Innenhochdruck-Umformens ist wie folgt<br />
1. Werkzeug schließen<br />
2. Füllen des Rohteils 4. Kalibrieren des Bauteils<br />
3. Formen des Bauteils 5. Werkzeug öffnen<br />
1. Werkzeugschliessen<br />
2. Füllen des<br />
Rohteils<br />
3. Formen des<br />
Bauteils<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
p<br />
Gegenhalter<br />
Rohteil<br />
Werkzeughälften<br />
Axialstempel<br />
4. Kalibrieren<br />
5. Werkzeug<br />
öffnen<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
p<br />
© IFUM<br />
Nebenform<br />
Bauteil<br />
Bild 38
Innenhochdruckumformung (IHU) Werkzeug<br />
Die Formgebung erfolgt beim IHU in einem Hohlform-Werkzeug <strong>und</strong> gegebenenfalls mittels darin integrierter, steuer- oder<br />
regelbarer Achsen über aktive Formelemente. Diese verkleinern oder vergrößern die Hohlräume im Werkzeug.<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Werkzeugoberteil<br />
Medienzuführung<br />
Axialstempel<br />
Werkzeugunterteil<br />
Stößel<br />
Pressentisch<br />
Zentrierung<br />
Bauteil<br />
Werkzeugaufnahmeplatte<br />
Axialstempel<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
Zylinderkonsole mit<br />
Schwenkeinrichtung<br />
Werkzeugaufnahmeplatte<br />
© IFUM<br />
Bild 39
Innenhochdruckumformung (IHU) Maschine<br />
Pressen für das Innenhochdruck-Umformen<br />
benötigen auf Gr<strong>und</strong> der sehr hohen Fluiddrücke<br />
im Werkzeug hohe Schließkräfte.<br />
Derartige Pressen bestehen im wesentlichen<br />
aus den folgenden Komponenten:<br />
• Elektronik<br />
• Wirkmedium-Hydraulik <strong>und</strong> -Regelung,<br />
• Öl-Hydraulik<br />
•Pressentisch<br />
•Stößel<br />
Bauarten der Pressen<br />
• Vier-Säulen-Pressen<br />
• Rahmenpressen<br />
Quelle: Schuler<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 40
Innenhochdruckumformung (IHU) Presse<br />
Quelle: Graebener<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 41
Innenhochdruckumformung (IHU) Beispielteile<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Quelle: Schuler<br />
Vorderradträger<br />
Rohrverteiler<br />
Quelle: Schuler<br />
Quelle: Schuler<br />
A-Säule<br />
mit<br />
Windlauf<br />
Abgaskrümmer<br />
Armaturenbrettträger<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
Quelle: Schuler<br />
Quelle: Schuler<br />
© IFUM<br />
Bild 42
Rollprofilieren (Walzprofilieren)<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Blech<br />
Walze<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
Profil<br />
© IFUM<br />
Bild 43
Motivation zum Gleitziehbiegen<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Prinzip Prinzip des des Gleitziehbiegens Gleitziehbiegens<br />
Eigenschaften<br />
Eigenschaften<br />
ortsgeb<strong>und</strong>ene<br />
Matrizen<br />
Vormatrize<br />
nach: Bogojawlenskij, Neubauer, Ris<br />
Werkstück<br />
Fertigmatrize<br />
Ziehrichtung<br />
Verfahrensvorteile:<br />
� geringe Werkzeugkosten<br />
� geringe Anlagenkosten<br />
� kurze Umrüstzeiten<br />
� wirtschaftliche Herstellung<br />
kleiner Losgrößen<br />
� Herstellung variabler Werkstücklängen<br />
möglich<br />
� Herstellung von Bauteilfamilien<br />
mit einer Werkzeuggeometrie<br />
� verminderte Rückfederung<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 44
Gleitziehbiegen<br />
Prinzip des Gleitziehbiegens<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
feststehende<br />
Matrizen<br />
Vormatrize<br />
nach: Bogojawlenskij, Neubauer, Ris<br />
Werkstück<br />
Fertigmatrize<br />
Ziehrichtung<br />
Konventionelle Profile<br />
Konstanter Querschnitt über Profillänge<br />
Quelle: H. HESSE Kaltprofile<br />
+ Bearbeitung GmbH & Co.<br />
Quelle: IB ANDRESEN INDUSTRI A/S<br />
Variierte Höhe<br />
Belastungsangepasste<br />
Profile<br />
Variabler<br />
Querschnitt<br />
über Profillänge<br />
Variierte Breite<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
Idee<br />
Variierte Höhe<br />
<strong>und</strong> Breite<br />
Umsetzung<br />
© IFUM<br />
Bild 45
Anlage zum Gleitziehbiegen<br />
Hydraulikaggregat<br />
Hydraulikzylinder<br />
mit Regelventil<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Platinenführung<br />
Platine<br />
Steuereinheit<br />
Matrizenträger<br />
mit Matrize<br />
Technische Daten:<br />
Länge der herstellbaren Profile: lmax max = 2000 mm<br />
ziehbare Blechdicken: s0 = 0,6 mm; 0,8 mm; 1,0 mm<br />
max. Ziehkraft: FZmax Zmax = 40 kN<br />
max. Ziehgeschwindigkeit: vZmax Zmax = 20 m/min<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
Ziehschlitten<br />
mit Greifer<br />
Gr<strong>und</strong>gestell<br />
© IFUM<br />
Bild 46
Gleitziehbiegen<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 47
Mögliche Anwendungsbeispiele für Gleitziehbiegen<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Quelle: Thyssen Umformtechnik + Guss GmbH<br />
Mögliche Anwendungsgebiete:<br />
• belastungsangepasste Verb<strong>und</strong>profile<br />
• belastungsangepasste Türversteifungen<br />
oder Stoßfängerträger<br />
Quelle:<br />
Thyssen Umformtechnik<br />
+ Guss GmbH<br />
Quelle:<br />
DREISTERN-Werk<br />
Maschinenbau GmbH & Co. KG<br />
Hergestelltes<br />
Verb<strong>und</strong>profil<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 48
Gliederung<br />
Materialien für die Blechumformung<br />
Kennwerte für die Blechumformung - Blechprüfverfahren<br />
Tiefziehen – IHU - Gleitziehbiegen<br />
Prozesskette – Karosserie - Blechformteile<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 49
Zeitlicher Ablauf der Produktfertigung<br />
Arbeitspunkte<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Quelle: Ciba Geigy<br />
Quelle: Schuler<br />
Lastenheft <strong>und</strong> CAD-Daten<br />
Methodenplanung<br />
Bauformen <strong>und</strong><br />
Herstellung<br />
von Serienwerkzeugen<br />
Try-Out<br />
(Einarbeitungspresse)<br />
Arten <strong>und</strong> Herstellung<br />
von Prototypen-Werkzeugen<br />
Produktion / Pressenadaption<br />
Idee SoP<br />
SoP:<br />
Start<br />
of<br />
Production = Start der Produktion<br />
Quelle: Audi<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
Quelle: Allgaier Werke<br />
© IFUM<br />
Bild 50
Prozesskette Karosserie-Blechformteile<br />
Styling Styling / Design<br />
Quelle: Schulte, AUDI AG<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Bauteilentwicklung<br />
Methodenplanung Methode<br />
WZ-Konstruktion<br />
Werkzeugkonstr.<br />
Entwicklung<br />
...<br />
Betriebsmittelerstellung<br />
Werkzeuganfert.<br />
WZ-Fertigung<br />
Presswerk/Rohbau<br />
Preßwerk/Rohbau<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
Try-Out Einarbeit<br />
Produktion<br />
...<br />
© IFUM<br />
Bild 51
Einsatzbereiche der verschiedenen Pressenkonzepte<br />
Mittlere<br />
Teilgrößen<br />
bis 25.000 kN<br />
Stößelkraft<br />
Große<br />
Teilgrößen<br />
bis 50.000 kN<br />
Stößelkraft<br />
Sehr große<br />
Teilgrößen<br />
über 50.000 kN<br />
Stößelkraft<br />
Quelle: Schuler<br />
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens<br />
Transferpresse<br />
Großteil-Transferpresse mit<br />
Greiferschienen-Transfer / Pressenlinie<br />
Großteil-Transferpressen mit Saugerbrücken-Transfer<br />
Institut für Umformtechnik <strong>und</strong> Umformmaschinen<br />
© IFUM<br />
Bild 52
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