Rückfederungsverhalten beim Umformen von Feinblechen
Wolfgang Heidl, Friedhelm Lierath, Reimund Neugebauer, Claudia Reitmeier
Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden umfangreiche experimentelle Untersuchungen zum Rückfederungsverhalten von Feinblechen durchgeführt. An 5 typischen Blechwerkstoffen (Stähle und Aluminium) im Blechdickenbereich von 0,7 bis 1,5 mm wurden deformierte Tiefzieh und Streckziehversuche vorgenommen und anschließend die rückfederungsbedingten geometrischen Abweichungen ermittelt (Ausmessung auf einer 3D-Koordinatenmeßmaschine).
Die Versuche wurden durch eine FEM-Simulation mit den Programmen LS-DYNA3D (Umformvorgang) und LS-NIKE3D (Rückfederungsvorgang) begleitet.
Nach der Charakterisierung der Werkstoffeigenschaften durch eine Vielzahl von Kennwerten wurde deren Einfluß auf Art und Größe der Rückfederungserscheinungen an Tiefzieh- und Streckziehteilen ermittelt. Dominierende Werkstoffkenngrößen für das Rückfederungsergebnis sind die Streckgrenze, der n-Wert, die Anisotropie und der E-Modul. Letzterer ist auch verformungsabhängig, wie gezeigt werden konnte, so daß diese Abhängigkeit bei neuen Software Programmen zur Vorausberechnung der Rückfederung berücksichtigt werden sollte.
Eine Wichtung zum Anteil der gesamten Werkstoffkennwerte am Rückfederungsergebnis zeigt in etwa eine gleichmäßige Verteilung, wobei auch werkstoffspezifische Unterschiede erkennbar sind. So prägt bei Aluminium vor allem der Elastizitätsmodul das Rückfederungsverhalten, während bei den Stahlwerkstoffen die Streckgrenze und der Verfestigungsexponent hervorzuheben sind.
Auf die Rückfederung hat weiterhin die Werkstückgeometrie Einfluß. Unterschiedliche Probenbreiten, Blechdicken und deren Verteilung nach der Umformung sowie verschiedenartige Formänderungszustände (bei unterschiedlichen Ziehtiefen bzw. Beulhöhen) führen zu einer großen Breite von Rückfederungserscheinungen (spezifische Winkel-, Höhen- und Radienabweichungen an Tiefzieh- und Streckziehteilen).
Es wurde gezeigt, daß Proben quer zur Walzrichtung die höchsten rückfederungsbedingten geometrischen Abweichungen aufweisen und daß bei Verwendung von Teflonfolie als Schmiermittel die Rückfederungswerte kleiner werden.
Erhöhte Niederhalterkräfte führen beim Tiefziehen zu genauer ausgeformten Teilen.
Niederhalterkräfte, mittels denen eine kombinierte Tiefzieh- und Streckziehbeanspruchung realisiert wurde, führen zu höheren Rückfederungswerten im Vergleich mit dem reinen Streckziehen.
Die theoretische Vorhersage der Rückfederung beim Tief- und Streckziehen mittels numerischer Simulation zeigt zum Teil gute Übereinstimmungen, aber auch noch größere Abweichungen.
Deshalb wurden Anforderungen und Weiterentwicklungen der FEM-Simulation von Tief zieh- und Streckzieh-Umformvorgängen mit Rückfederung abgeleitet Schließlich wurden grundsätzliche Maßnahmen zur Reduzierung der Rückfederung, beim Tief und Streckziehen, Schlußfolgerungen für die Bewertung und Einordnung von Rückfederungserscheinungen und Ansatzpunkte für dringend erforderliche weitern Forschungsarbeiten aufgezeigt.
