Labor für Umformtechnik



„Konstruktiv umdenken, effizient fertigen,
produktiv umformen“


Lehre

„Konstruktiv umdenken, effizient fertigen, produktiv umformen“ – unter diesem Motto werden im Labor für Umformtechnik die wichtigsten Verfahren der Massivumformung und der Blechbearbeitung  praxisnah vermittelt und deren Anwendungsmöglichkeiten und Grenzen aufgezeigt.

Im laufenden Semester werden verschiedene Laborübungen für MAB-PS-Studierende (6. Sem.) sowie für den Bereich Wahlpflicht (MAB-AM, WIM) angeboten. In den letzten Jahren sind die Anmeldezahlen kontinuierlich gestiegen und liegen aktuell bei etwa 40 Studierenden pro Semester.

Die einzelnen Laborthemen sind:
Fließkurvenermittlung – Mittels Zylinderstauchversuch und Flachzugversuch   werden die materialspezifischen  Fließkurven der eingesetzten Massiv- und Blechwerkstoffe ermittelt.Sie dienen zur Charakterisierung des Umformverhaltens und liefern für die Berechnung von Umformkräften die notwendigen Kennwerte.
Tiefziehen – Kreisrunde Blechzuschnitte (Ronden) werden zu rotationssymmetrischen „Näpfen“ mit und ohne Flansch umgeformt. Die dabei gemessenen Kraft-Weg-Verläufe werden mit den Ergebnissen einer Rechensoftware verglichen, die eine nur aus Material- und Werkzeugdaten theoretisch berechnete Prozesskurve ausgibt.  Zusätzlich wird anhand von Kreisrastermustern über deren Veränderung  durch das Tiefziehen mittels einer Grenzformänderungsanalyse zerstörungsfrei die lokale Blechdickenänderung bzw. der Umformgrad am Ziehteil ermittelt.
Fließpressen – Zylindrische Stahlproben werden zu „Näpfen“ (Hülsen mit Boden) umgeformt, dabei werden die Probenhöhe und die Bodendicke der Fließpressteile variiert. Aus den zugehörigen Kraft-Weg-Kurven lassen sich mit Hilfe der Kennwerte aus den Fließkurven der Arbeitsbedarf sowie der Formänderungswirkungsgrad berechnen. Die ermittelten Versuchsdaten werden mit den Ergebnissen einer FE-gestützten Umformsimulation des Fließpressvorgangs verglichen und bewertet.
Biegen -  Anhand eines Musterteils  (Stapelbox) werden die erforderlichen Fertigungsschritte (Berechnung des Zuschnitts, Festlegung der Biegefolge unter Berücksichtigung der elastischen Rückfederung etc.) ermittelt und mit Unterstützung einer Biegesimulationssoftware verifiziert.
Durchsetzfügen – Blechstreifen unterschiedlicher Dicke aus Stahl und Aluminium werden in unterschiedlichen Paarungen mittels Clinchen verbunden, dabei werden die Anzahl der Clinchpunkte und deren Anordnung variiert sowie die Lage der Blechstreifen (z.B. Stahl stempelseitig - Aluminium matrizenseitig) vertauscht. Die verbundenen Blechstreifen werden anschließend auf der Zugprüfmaschine bis zum Versagen der Clinchpunkte unter Scherbeanspruchung  belastet. Die zugehörigen Kraft-Weg-Kurven ermöglichen definierte Aussagen zur Optimierung von Clinchverbindungen.

 

Arbeitsschwerpunkte

Bis Ende 2014 wurden zahlreiche Forschungsvorhaben zusammen mit Unternehmen, Instituten und Hochschulen durchgeführt. Der Fokus lag  dabei auf dem wirkmedienunterstützten Tiefziehen mit formlos festen Stoffen. Diese in mehrjährigen Drittmittelvorhaben weiterentwickelte Umformtechnologie ermöglicht die Herstellung von Ziehteilen mit komplexer  Form (z.B. auch mit Hinterschnitten) bei reduzierten Werkzeugwechselzeiten (nur eine Werkzeughälfte wird ausgetauscht) und deutlichen Vorteilen gegenüber Tiefziehverfahren mit flüssigen Wirkmedien (keine externen Aggregate und Abdichtungen erforderlich). In den letzten Jahren ist die Vermittlung von Praxiserfahrung in Produkt- und Werkzeugentwicklung von der Auslegung der Bauteile und Werkzeuge, der Konstruktion und der Erprobung bis hin zur Produktion im Bereich der Umformtechnik in den Vordergrund gerückt.
Ziel ist es, die gesamte Prozesskette der industriellen Blechbearbeitung im Labormaßstab nachzubilden und für die Hochschule nutzbar zu machen. Dies umfasst die flexible Fertigung von Blechzuschnitten, die Weiterverarbeitung durch Abkanten oder Tiefziehen und die abschließende Fügeoperation zu fertigen Bauteilen. Zukünftig sollen die Verfahren durch Möglichkeiten der sogenannten inkrementellen Blechumformung (Ziehteilherstellung mittels CNC-gesteuerter schrittweiser Umformung in definierten, von einem „Pin“ abgefahrenen Bahnlinien) erweitert werden.

 

Interessante Techniken im Labor für Umformtechnik

Nass geschnitten

Das Labor verfügt über eine Hochdruckwasserstrahlschneidanlage, die das „kalte“ Trennen unterschiedlichster Materialien und die Herstellung von Teilen mit komplexer Schnittkontur ermöglicht. Mit bis zu 3600 bar Strahldruck und beigemengtem Abrasivsand zur Verstärkung der Trennwirkung lassen sich Stahl- und Aluminiumbleche, Werkzeugstahlplatten, aber auch Kunststoffe sowie Verbundwerkstoffe und sogar keramische Werkstoffe präzise und mit hohen Verfahrgeschwindigkeiten schneiden. Die Anlage wird laufend im Rahmen von laborübergreifenden Projektarbeiten und auch ergänzend von der Betriebswerkstatt genutzt, darüber hinaus sind bereits einige Komponenten für das Formula Student Team (z.B. Lenkrad, Verkleidungsteile, Bremsscheibensegmente) darauf erfolgreich gefertigt worden.

Kalt geclincht

Clinchen ist die Bezeichnung für ein umformendes Fügeverfahren zur kraft- und formschlüssigen Verbindung von Blechen ohne zusätzliche Elemente (wie z.B. beim Stanznieten) und ohne Wärmeeinfluss (wie beim Schweißen). Somit können Blechwerkstoffe unterschiedlicher Art (z.B. Stahl und Aluminium) und Materialdicke bzw. auch beschichtete Bleche effizient gefügt werden. Die laboreigene Durchsetzfügepresse ermöglicht damit die Herstellung fertiger Blechteile.

Frisch gepresst

Die Hydraulische 100t-Presse ist universell einsetzbar. Mit den im Labor verfügbaren Werkzeugen lassen sich massive Rohteile stauchen oder kaltfließpressen, Bleche können durch Tiefziehen, Prägen oder Stanzen weiterverarbeitet werden. Mittels spezieller Software, Wegmesssystemen und eingebauten Kraftmessdosen können jeweils zugehörige Kraft-Weg-Kurven aufgezeichnet werden. Die Presse ist mit einer hydraulischen Gegenhaltereinrichtung (Ziehkissen) ausgerüstet, die ein gleichmäßiges Tiefziehen bei großen Ziehtiefen, rechteckigen Ziehteilformen oder auch schwieriger umformbaren Werkstoffen wie z.B. Edelstahl gestatten.

Ausstattung

 Trennen

  • OMAX Wasserstrahlschneidanlage MAXIEM 0707 (Arbeitsbereich: 700mm x 700mm)
  • SCHRÖDER-FASTI Technologie GmbH Schwingschnittschere (Schnittleistung: 1000mm x 5mm Stahl)

 Prüfen / Messen

  • Zwick/Roell Zug- Druck- Prüfmaschine (Prüfkraft in Zug-/Druckrichtung: 50kN)
  • Krautkramer MIC 20 Härteprüfgerät (Prüfverfahren: UCI)
  • Feinprüf Perthen GmbH Rauheitsmessgerät
  • Peekel Instruments AUTOLOG 3000 Messverstärker mit Messdatenerfassung (Anschlussmöglichkeit:
    12x DMS Vollbrücke, Potentiometrische Aufnehmer, Thermoelemente Typ E, J,K, T, R und S, PT100, Spannungen +- 10V, Stromsignale +-50mA, Sensorspeisespannung: 2,5V
    6x induktive Wegaufnehmer in Voll- und Halbbrückenschaltung, Messbereich: +-100mV/V, +-500mV/V, Trägerfrequenz: 5kHz, Sensorspeisespannung: 4V)

 Umformen

  • Schuler AG Hydraulische Zieh- und Stanzpresse 1000 kN
  • Eckold-C-Bügel-Ständermaschine Typ DFG 500/150 „Clinchpresse bzw. Durchsetzfügepresse“ (Presskraft 150kN)
  • CoastOne Oy Servoelektrische Abkantpresse mit Spindelantrieb (Presskraft 440kN, maximale Biegelänge 1300mm)
  • Sickenmaschine „Bördelmaschine“ RAS EasyFormer 12.35-2 (Blechdicke max. 1,75mm bei Festigkeiten bis zu 400 N/mm², Walzenmittenabstand 63mm)

Simulieren

  • DEFORM-3D (FEM-Simulationssoftware zur Simulation von mehrstufigen Massivumformprozessen)
  • Metalix MBend (Software zur Programmierung und Simulation von CNC- gesteuerten Biegeprozessen)

Impressionen

Das Team

Laboringenieur