Die Vision des Sonderforschungsbereichs Transregio 73 ist es, eine neue Fertigungstechnologie, die Blechmassivumformung, zu entwickeln. Sie soll die Vorzüge und Gestaltungsmöglichkeiten der Blech- und Massivumformung zusammenführen und damit weit über die bestehenden Grenzen beider Fertigungsverfahren hinausgehen.
Dezember 2017 – Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat zum 01. Januar 2017 die dritte Phase des Sonderforschungsbereich Transregio 73 (SFB/TR 73) „Umformtechnische Herstellung von komplexen Funktionsbauteilen mit Nebenformelementen aus Feinblechen – Blechmassivumformung“ bewilligt und den SFB um weitere vier Jahre verlängert. Gemeinsam können Wissenschaftler aus unterschiedlichen Ingenieursdisziplinen, wie der Umformtechnik, Zerspanung, Mechanik, Konstruktion und Messtechnik, weiter an der Blechmassivumformung forschen und diese reif für eine Anwendung in der Industrie machen. Hierfür haben sich Wissenschaftler aus der Universität Erlangen-Nürnberg (LFT, LTM, FMT, KTmfK), der TU Dortmund (IUL, ISF, IM, LWT) und der Leibniz-Universität Hannover (IFUM, IFW, IKM, IMR, IW) zusammengetan.
Die Fertigung wird effizienter – Bauteile werden komplexer
Unter Blechmassivumformung wird die Anwendung von Massivumformverfahren auf Blechhalbzeuge unter einer gezielten Ausnutzung zwei- und dreidimensionaler Spannungs- und Formänderungszustände verstanden. Durch die Kombination der beiden Verfahrensklassen Blech- und Massivumformung können Bauteile mit Funktionselementen wie beispielsweise Verzahnungen oder Mitnehmern effizient realisiert werden. Insbesondere für dickwandige Funktionselemente wurden im Rahmen des Sonderforschungsbereiches Methoden zur gezielten Stoffflusssteuerung entwickelt und qualifiziert. Maßgeschneiderte Halbzeuge (Tailored Blanks), aus denen als einer Blechplatine mit lokal angepassten Blechdicken etwa durch Tiefziehen das gewünschte Bauteil geformt wird, erlauben eine dem jeweiligen Prozess angepasste Materialvorverteilung. Dadurch wird das Material genau in den Bereichen zu Verfügung gestellt, in denen es benötigt wird.
Werkzeug für die Herstellung verzahnter Blechmassivbauteile | Quelle: SFB/TR 73, LFT
Die gezielte Einstellung von Werkzeug- und Werkstückoberflächeneigenschaften (Tailored Surfaces) ermöglichen darüber hinaus eine genaue Kontrolle des Stoffflusses. Auf diese Weise kann der Stofffluss lokal begünstigt werden, um eine hohe Formfüllung und damit komplexere Formen der Funktionselemente zu gewährleisten. Dieser Effekt lässt sich verstärken, indem der Stofffluss in andere Bereiche durch entsprechende Strukturen zusätzlich gehemmt wird. Der Einsatz solcher maßgeschneiderten Halbzeuge und Reibsysteme ermöglicht es anschließend, Funktionsbauteile aus Stahlblech energieeffizient herzustellen. Hierzu werden zum Beispiel ein Fließpressprozess oder eine einstufige Verfahrenskombination aus Tiefziehen und Stauchen eingesetzt. Die Verkürzung von Prozessketten und damit die Einsparung von Produktionsschritten steigert die Material- und Energieeffizienz und somit die Wirtschaftlichkeit der Produktion. Das innovative Verfahren zeichnet sich darüber hinaus durch gesteigerte Bauteilkomplexität bei mechanischen Systemen aus. Es bietet damit der Industrie neue Möglichkeiten, variantenflexible Produkte auch bei geringen Stückzahlen wirtschaftlich zu produzieren.
Konkrete industrielle Herausforderungen im Fokus
Die Forschungsschwerpunkte in den nächsten vier Jahren liegen in einer gezielten Weiterentwicklung der Bauteilgeometrien bei einer gleichzeitigen Steigerung der geometrischen Komplexität von prozessangepassten Halbzeugen. Neben den untersuchten Modellgeometrien sollen, insbesondere im Bereich der Verzahnungen, Geo-metrien hergestellt und untersucht werden, welche auch im industriellen Sektor breite Anwendung finden. Die Forschungsarbeit wird ergänzend zum Bereich „Prozesse“ auch in den Projektbereichen „Systeme“ und „Werkstoffe“ systematisch weitergeführt. In miteinander vernetzten Arbeitskreisen werden zu den Themenbereichen „Modellierung und Simulation“, „Qualitätssicherung/-management“, „Bauteileigenschaften und Funktion“, „Werkzeuge“ und „Werkstoffcharakterisierung“ maßgeschneiderte Lösungen für die Blechmassivumformung erarbeitet. Durch diesen ganzheitlichen Ansatz soll das aufgebaute Prozessverständnis so weit vertieft werden, dass die Prozesse zu einem seriennahen Einsatz kommen können. Zu diesem Zweck sollen in der nun laufenden dritten Förderphase zusätzlich DFG-Transferprojekte beantragt werden, in welchen industrielle Herausforderungen wie z.B. die Lebensdauer der Werkzeuge aufgegriffen werden. Basierend auf den grundlagenwissenschaftlichen Erkenntnissen aus diesen Transferprojekten sollen Lösungen für derlei Fragestellungen abgeleitet werden.
Beitragsbild: Blechmassivumgeformter Demonstrator des Sonderforschungsbereichs TR73 | Quelle: SFB/TR 73, LFT
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Förderer
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Ansprechpartner
Lehrstuhl für Fertigungstechnologie LFT, Universität Erlangen-Nürnberg
Prof. Marion Merklein
Tel.: +49 9131 85 27140
E-Mail: merklein@lft.uni-erlangen.de
Institut für Umformtechnik und Leichtbau IUL, TU Dortmund
Prof. Erman Tekkaya
Tel.: +49 231 755 2681
E-Mail: erman.tekkaya@iul.tu-dortmund.de
Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen IFUM, Universität Hannover
Prof. Bernd-Arno Behrens
Tel.: +49 511 762 2164
E-Mail: behrens@ifum.uni-hannover.de