Neue Methodik zur numerischen Rückfederungskompensation

Bild 1: Aufsprungverhalten bei Verwendung von Stahlgüten mit unterschiedlichen Festigkeiten

Hochfeste und ultra-hochfeste Stähle bieten im heutigen Karosseriebau Leichtbaupotential für Strukturbauteile. Dabei treten bei der Umformung, bedingt durch die höhere Streckgrenze, starke Rückfederungen in der Bauteilgeometrie auf (Bild 1). Die gewünschte Werkzeuggeometrie kann ohne Kompensation nicht 1:1 abgebildet werden. Dadurch verlängert sich der Werkzeugentwicklungsprozess. Zur Verkürzung der Entwicklungszeiten werden in der Automobil- sowie Zulieferindustrie Softwaretools eingesetzt, die mittels Finite-Elemente-Simulation die Rückfederung des Bauteils vorhersagen. Basierend auf diesen Ergebnissen wird die Werkzeuggeometrie automatisch angepasst, um die Rückfederung zu kompensieren. Aktuelle Programme zur Rückfederungskompensation zeigen hier jedoch noch Defizite.

Im Rahmen des EU-Gemeinschaftsprojektes „Sprincom - An efficient and effective methodology and simulation tools for die design and springback compensation for HSS and UHSS“ wurde in Zusammenarbeit mit der Stahl- und Automobilindustrie sowie Prüfinstituten eine bessere Simulationsmethode zur Rückfederungskompensation entwickelt und validiert.
Die Salzgitter Flachstahl lieferte zwei Werkstoffe (SZBS800 und HCT780XD) für dieses Projekt, zudem brachte sich die Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH mit ihrer Umformtechnikkompetenz ein. So wurden alle Realbauteile mittels der 1000 t Try-Out-Presse hergestellt und anschließend digital vermessen.

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Bild 2: Arbeitsschritte zur Validierung der neuen Simulationsmethodik

Zur Validierung der Vorhersagen aus der numerischen Rückfederungskompensation war es notwendig, geeignete Werkzeuggeometrien auszuwählen, die über eine offene Profilstruktur verfügen, da hier der Rückfederungseffekt am Größten ist. Hierzu wurde das eigene B-Säulenwerkzeug der Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH verwendet, sowie zwei weitere Geometrien (S-Rail und Stoßfänger) entwickelt und werkzeugtechnisch umgesetzt. Bild 2 zeigt am Beispiel des Stoßfängerbauteils die einzelnen Schritte zur erfolgreichen Validierung der neuen Software zur Rückfederungskompensation. Mithilfe des Messsystems ATOS wurden die umgeformten Bauteile und Werkzeuge dreidimensional und hochauflösend digitalisiert und anschließend das Realbauteil mit der Rückfederungssimulation verglichen. Das neu entwickelte Simulationstool lieferte die neue Werkzeugkontur zur Rückfederungskompensation. Nach einer Werkzeugüberarbeitung und erneuter Abpressung sowie Digitalisierung konnten die erzeugten Bauteile vor und nach der Kompensation miteinander verglichen werden. Das Ergebnis zeigte, dass an allen drei Bauteilgeometrien die neue Simulationsmethodik zu einer Verbesserung der Rückfederungskompensation gegenüber etablierter Systeme führte.

Das 3-jährige Gemeinschaftsprojekt wurde Ende Juni dieses Jahres beendet und zeigt die Möglichkeiten und Grenzen der neu entwickelten Simulationsmethodik zur Rückfederungskompensation auf. Der Abschlussbericht wird Anfang nächsten Jahres bei der RFCS (Research Fund for Coal and Steel) veröffentlicht und kann auch dort bezogen werden.