Arbeitsfeld 1: Umform- und schneidtechnische Grundlagen zur Herstellung von flächenförmigen Bauteilen
• Festlegung von Probenkörpern und damit verbundenen Werkzeugkonzepten für Umform- und Randbearbeitungsuntersuchungen von strukturierten Blechen
Die umzuformenden Bauteilgeometrien sollen charakteristische kritische Elemente und Bereiche aufweisen, so dass möglichst viele bei der Verarbeitung von strukturierten Materialien auftretende Probleme untersucht werden können. Zunächst werden die Problemstellungen an einfachen Probekörpern in Vorversuchen und anschließend an Referenzbauteilen komplexer Geometrie untersucht. Als erster Werkstoff wurde der Tiefziehstahl DC04 ausgewählt und die anwendungsrelevanten Umformverfahren spezifiziert.
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Die charakteristischen Probekörper für das Tiefziehen setzen sich aus rotationssymmetrischen Napfproben und rechteckigen Bauteilen zusammen. Für runde Probekörper wurde als geeignete Geometrie ein Durchmesser von ca. 400 mm gewählt. Die hierfür verwendeten Werkzeuggeometrien setzen sich aus dem Ziehring, Ziehstempel und dem Niederhalter zusammen. Die Probengeometrie rechteckiger Bauteile orientiert sich ebenfalls an den Abmessungen der Ziehleisten, Ziehecken, dem Stempel und dem Niederhalter. Für das rechteckige Bauteil wurde eine Kantenlänge von ca. 500 mm x 550 mm festgelegt.
Um strukturierte Bleche unter Abkantbedingungen zu untersuchen, wurden für dieses Umformverfahren verschiedene Matrizengeometrien spezifiziert. Mit den Stempeln, U- und V-förmigen Matrizen kann ein breites Spektrum an Abkantversuchen durchgeführt werden. Die Probengeometrie wird hier nur durch die maximale Abkantlänge von 800 mm begrenzt.
• Umformen und Randbearbeitung
Für den Umformvorgang und die Randbearbeitung mit dem Komplettbearbeitungszentrum, das im ersten Projektjahr in Betrieb genommen wurde, konnten bisher folgende Ergebnisse gewonnen werden. Das modifizierte Drückverfahren mit dem Komplettbearbeitungszentrum eignet sich sowohl für runde als auch rechteckige Probekörper. Sie können aus ebenem und strukturiertem Blech bestehen. Die ersten Untersuchungen identifizierten folgende Forschungsschwerpunkte zur Lösung der bestehenden Probleme bei der Bearbeitung von strukturierten Blechen:
• Schneidtechnische Grundlagen
- Plasmaschneiden von strukturierten Blechen
Der mechanische Zuschnitt von strukturierten Blechen wurde mittels Tafelschere untersucht. Als wesentlicher Einflussfaktor stellte sich die Ausrichtung der Waben zu dem beweglichen Schneidwerkzeug heraus. Größere Schädigungen an der Struktur entstehen, wenn die Wölbungen der Strukturelemente in Richtung des Werkzeugs zeigen. Günstiger, d. h. mit geringeren Verformungen, ist die Ausrichtung der Wabenoberseiten auf eine unbewegliche Unterlage während des Schneidvorganges. Der vorhandene Niederhalter wurde nur leicht angedrückt und verhinderte eine eventuelle Durchbiegung des Schneidbereiches. Dennoch lässt sich eine Beeinträchtigung der Struktur nicht vermeiden. Die resultierenden Verformungen äußerten sich an den Schnittkanten ungleichmäßig. Daraus resultierten nicht vermeidbare Spalte zwischen mechanisch geschnittenen Blechzuschnitten für eine spätere fügetechnische Weiterverarbeitung.
Der Blechzuschnitt von strukturierten Blechen mit dem Laserstrahlschneiden ergab, dass Strukturtiefen bis 4 mm mit der vorhandenen 2D-Schneidanlage prinzipiell trennbar sind. Jedoch zeigten sich schon bei diesen flacheren Strukturen unterschiedliche Schnittkantenqualitäten und ein nichtlinearer Schnittverlauf. In den Vertiefungen (Tälern) der Strukturelemente entstehen Riefen, da der verfügbare Schneidkopf vermutlich die Fokuslage des Laserstrahls nicht auf den optimalen Abstand nachregeln kann. Da die Schnittkantenqualität für nachfolgende Fügeverfahren von Bedeutung ist, müssen weitere Strategien zum 3D-Laserstrahlschneiden entwickelt werden. Parallel zum Laserstrahlschneiden wurden die Vorbereitungen für das Plasmaschneiden von strukturierten Blechen getroffen. Dafür erfolgte die Einbindung einer HiFocus-Plasmaschneidanlage von Kjellberg Finsterwalde in ein robotergestütztes 3D-Nahtführungssystem. Die Kopplung der Plasmaschneidanlage mit dem Roboter soll das Schneiden von 3D-Strukturen erlauben.