Beschreibung
Optimierte Fertigung von Bauteilfamilien mit einem geometrisch flexiblen Tiefziehwerkzeug
Im Rahmen des Forschungsvorhabens „Optimierte Fertigung von Bauteilfamilien mit einem geometrisch flexiblen Tiefziehwerkzeug“ wurden die Möglichkeiten und Grenzen des geometrisch flexiblen Tiefziehens im Vergleich zum Biegen und Fügen für die Herstellung von Stahlmöbeln erarbeitet. Der Verfahrensvergleich erfolgte in Hinblick auf die
Werkstückqualität sowie den wirtschaftlichen Einsatz des geometrisch flexiblen Tiefziehens. Bei diesem Verfahren wird die formgebende Kontur des Ober- und Unterwerkzeugs aus mehreren Werkzeuggrundelementen in einem Werkzeugsystem gebildet. Die Abmaße von Stahlmöbelkomponenten basieren auf Normreihen und bilden so genannte
Bauteilfamilien. Daher besitzt das Fertigungsverfahren geometrisch flexibles Tiefziehen sowohl Potenzial zur Senkung der Werkzeugkosten als auch zur Reduzierung der Anzahl an Sekundäroperationen. Die Werkzeugkosten können gesenkt werden, da mehrere Bauteilgeometrien mit einem Werkzeugsystem realisierbar sind. Darüber hinaus besteht weiterhin die Möglichkeit, Nebenformelemente wie z.B. Ablaufrinnen bei Thekenelemente oder Mulden für Türgriffe in einen Prozess einzubringen.
Gleichzeitig erhält der Anwender prozessintegriert neue Optionen für die Produktgestaltung. Unter Berücksichtigung der Anforderungen der Möbelindustrie wurde im Rahmen des Forschungsvorhaben ein geometrisch flexibles Tiefziehwerkzeug entwickelt, gefertigt und erprobt. Designstudien eines Projektpartners dienten der Auslegung der verwirklichten Bauteilgeometrie. Beim zurzeit realisierten Grad der Automatisierung des Tiefziehwerkzeugs liegen die wirtschaftlichen Grenzen je nach Werkstückgeometrie bei Losgrößen oberhalb von 85 Stück, bei einem Jahresvolumen von 3000 Stück. Die Bauteilqualität wird durch den unvermeidbaren Segmentverschleiß beeinflusst, wobei dünnere Blechwerkstoffe besonders sensibel auf Segmentübergänge reagieren. Die Grenze zu Ausschussteilen ist eng mit dem jeweiligen Anwendungsfall verbunden. Durch die Lackierung der produzierten Blechformteile konnten etwaige Oberflächenfehler komplett eliminiert werden.
Die Untersuchungen bezüglich der Bauteileigenschaften haben beim Einsatz des Tiefziehens eine Erhöhung der Beulsteifigkeit im Vergleich zu gebogenen und gefügten Bauteilen ergeben. Sie wird durch eine Verfestigung des Blechwerkstoffs als Folge der Beanspruchungen im Tiefziehprozess erzeugt. Der Beulwiderstand tiefgezogener Blechformteile wird jedoch zum Teil durch das Durchschlagen des Bodenbereiches beeinflusst. Der Durchschlageffekt tritt geometrieabhängig auf, wobei die Blechdicke und Werkstofffestigkeit maßgebliche Einflussgrößen für das Auftreten des Durchschlageffektes darstellen.
Das vorgestellte Werkzeugprinzip steht nach Ende den Forschungsvorhabens den blechverarbeitenden Unternehmen für die Serienfertigung zur Verfügung. Blechformteile mit hohen Ansprüchen an die Anmutung der Blechformteile können mit dem geometrisch flexiblen Tiefziehen produziert werden. Entsprechend den Anforderungen an das zu fertigende Bauteil kann der potenzielle Anwender seine Verfahrensauswahl treffen, wobei insbesondere das Jahresvolumen ein Schlüsselkriterium darstellt. Die Technologie des geometrisch flexiblen Tiefziehens wird bereits bei einem Projektpartner mit Erfolg eingesetzt. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens haben direkten Eingang in die Bauteilkonstruktion und die Werkzeugauslegung der beteiligten Unternehmen gefunden. Da werden insbesondere die Untersuchungen zur Bewertung der Bauteilqualität berücksichtigt.
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. E. Doege, Dipl.-Ing. St. Kulp
Veröffentlichung:
2003
