Ermittlung umformtechnischer Grenzen bei der Verarbeitung von beschichteten Feinblechen
Hans Bräunlich, Reimund Neugebauer
Eine Möglichkeit, die Kosten des Gesamtfertigungsprozesses zu senken, ist der Einsatz vorbeschichteter Werkstoffe. Der Vorteil liegt nicht nur in der Reduzierung der Anzahl der Arbeitsstufen bei der Herstellung eines Produktes – der Verzicht auf umweltschädigende Hilfsstoffe und -prozesse hat auch ökologische Effekte zur Folge.
Bisher wurden organisch beschichtete Bleche vorwiegend für anspruchslose Umformoperationen, wie z.B. Abkantarbeiten eingesetzt. Die zögerliche Anwendung bei anderen Umformverfahren ist auch auf die fehlende Erfahrung und Unsicherheit im Umgang mit den empfindlichen Werkstoffen zurückzuführen. Das vorliegende Forschungsprojekt hatte deshalb zum Ziel, die Umformeigenschaften einer Vielzahl unterschiedlicher Varianten zu beurteilen und teilweise umformtechnische Grenzen festzulegen. ln die Untersuchungen waren alle wichtigen Verfahrensvarianten, wie Biegen, Tiefziehen, Streckziehen, das Anlegen von Sicken und Falzen einbezogen.
Beginnend mit grundsätzlichen Untersuchungen zur Charakterisierung der Grundwerkstoffe und Beschichtungen, einschließlich der Herstellung realer Werkstücke wurde das Schichtverhalten getestet und analysiert. ln Abhängigkeit von verschiedenen Verfahrensvarianten wurde untersucht, ob und wie das Schichtverhalten bis hin zu den Versagensfällen vorherbestimmt werden kann.
Durch die Erarbeitung eines Klassifikators wurde, unabhängig von Beschichtung oder Umformverfahren, eine einheitliche Bewertungsmöglichkeit für das Schichtverhalten während und nach der Umformung geschaffen. Durch Rauheitsmessungen und durch die Analyse der sich einstellenden Umformgrade in den einzelnen Umformvarianten wurde für jede Beschichtungsvariante eine Funktion ermittelt, wie sich die Oberflächenfeinstruktur und damit auch der Glanzgrad in Abhängigkeit vom vorliegenden Formänderungszustand einstellt. Mit Hilfe dieser Richtlinien können mit relativer Sicherheit die Einsatzchancen der untersuchten Werkstoffe eingeschätzt, das Schichtverhalten für geplante Umformprozesse vorherbestimmt werden.
Weiterer Schwerpunkt des Forschungsprojektes war die Ermittlung umformtechnischer Grenzwerte für verschiedene Verfahrensvarianten. Es wurden Aussagen getroffen bezüglich der Verschiebung des Grenzziehverhältnisses infolge der Anwendung organischer Schichten. Mindestbiegeradien wurden für verschiedene Biegevarianten und das Falzen definiert. Für Tiefziehprozesse bestehen Aussagen zur erreichbaren Ziehtiefe und zu den realisierbaren Eckenradien. Weitere Grenzwerte wurden für das Sicken (erreichbare Sickentiefe in Abhängigkeit von der Sickenform) und für Streckziehoperationen ermittelt. Schließlich werden Erkenntnisse zum Einfluß des Auftreffschlages und zu tribologischen Problemen dargestellt.
Mit den praxiswirksamen Ergebnissen des Forschungsprojektes wird der Anwender in die Lage versetzt, alle üblicherweise angewendeten Umformprozesse entsprechend der Gegebenheiten des speziellen Einsatzmaterials auszulegen.
Eine sichere prognostische Einschätzung der Umformbarkeit beim Einsatz einer bestimmten Oberflächenbeschichtung der Werkstücke führt zu einer größeren Sicherheit in der Projektierungsphase und in der Fertigung, wodurch Probieraufwand und Nacharbeit im Werkzeugbau und in der Fertigung gesenkt werden können. Die beherrschte Umformung ist erste Voraussetzung für eine prognostisch gewünschte Finish-Bearbeitung beschichteter Bleche ohne zusätzliche Lackierungsprozesse.
Schließlich ist mit der sicheren Bearbeitbarkeit neuer Werkstoffvarianten auch eine Gebrauchswertsteigerung des Finalproduktes und eine Erweiterung des Anwendungsgebietes organisch beschichteter Feinbleche verbunden.
