Systematische Untersuchung der Druckspannungsüberlagerung in der roboterbasierten inkrementellen Blechumformung

Die inkrementelle Blechumformung stellt einen Verfahrensbereich für die wirtschaftliche Herstellung von Blechbauteilen in kleinen bis mittleren Stückzahlen dar. Verfahren wie das Drücken und Streckdrücken sind für die Herstellung rotationssymmetrischer Bauteile in der Industrie weit verbreitet. Zur Fertigung asymmetrischer Bauteile in kleinen Stückzahlen, wurden in der vergangenen Zeit zahlreiche inkrementelle Blechumformverfahren entwickelt und untersucht. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass für die Umformung kein oder nur ein einfaches geometrieabhängiges Werkzeug notwendig ist. Die Gestalterzeugung erfolgt NCgesteuert. Der Stand der Technik zeigt, dass für einen breiten industriellen Einsatz noch zahlreiche Problemfelder existieren: Die Bauteilgenauigkeit ist im einstu gen Prozess zu gering und die erzielbaren Flankenwinkel sind durch eine starke Blechdickenreduktion begrenzt. Hinzu kommen eine teilweise stark reduzierte Ober ächenqualität und die aufwändige Herstellung von Bauteilen mit Konvex/Konkav-Wechseln.Die in dieser Arbeit untersuchte Verfahrensvariante verwendet zwei NC-gesteuerte, geometrieunabhängige Werkzeuge für die inkrementelle Blechumformung. Dabei stehen sich die Werkzeuge lokal gegenüber und bilden einen Umformspalt aus. Das Gegenhalterwerkzeug überlagert im Prozess eine Druckspannung. Diese Verfahrensvariante bietet ein gro es Potenzial für die beschriebenen Problemfelder, wurde allerdings noch nicht systematisch analysiert. Daher ist es das Ziel dieser Arbeit, den Ein uss der Druckspannungsüberlagerung und der zugehörigen Prozessparameter auf die genannten Problemfelder zu untersuchen.In einem analytischen Modell konnten die bestimmenden Prozessparameter identi ziert und ihr Ein uss auf den hydrostatischen Spannungsanteil und damit das Formänderungsvermögen ermittelt werden. Die Theorie zeigt, dass durch die zusätzliche Druckspannung höhere Formänderungsgrade als z. B. im Tiefziehen oder in anderen inkrementellen Blechumformverfahren möglich sein sollten. Für die praktische Bestätigung dieser Vorhersage sowie die Analyse in Bezug auf die Geometriegenauigkeit, Ober ächenqualität und Konvex/Konkav- Bauteile kam ein Roboforming-Versuchsaufbau mit zwei Industrierobotern zum Einsatz. Erstmalig wurde das Gegenhalterwerkzeug kraftgeregelt, um die Druckspannung zu kontrollieren, und ein sogenannter Nacheilwinkel eingeführt, der die Position der beiden Werkzeuge in der Umformzone zueinander beschreibt. Die Versuche belegen das Potenzial dieser Verfahrensvariante in allen genannten Bereichen. Hervorzuheben ist die erreichte Grenzwinkelsteigerung im Kegelstumpfversuch um bis zu 14 %.