Hier kommen die wesentlichen Informationen: Methoden zur Kontrolle der Rückfederung bei Automobil-Stanzteilen.

Zusammenfassung: Rückfederung ist ein erheblicher Fehler beim Stanzen von Blechen, der die Umformqualität und die Maßhaltigkeit der Stanzteile erheblich beeinträchtigt. Es handelt sich um einen Produktfehler, der während der Herstellung nur schwer effektiv behoben werden kann. Dies verringert nicht nur die Produktqualität und die Produktionseffizienz, sondern behindert auch die Implementierung automatisierter Stanzproduktionslinien, was es zu einem kritischen Problem macht, das in der Technologie zur Herstellung von Automobilkarosserien dringend angegangen werden muss. Dieser Artikel klassifiziert das Rückfederungsproblem, das beim Biegeumformen von Automobil-Stanzteilen auftritt, analysiert die Faktoren, die die Rückfederung beeinflussen, und schlägt verschiedene Maßnahmen zur Kontrolle der Rückfederung vor.

1. Klassifizierung von Rückfederungsfehlern
Häufige Rückfederungsfehler, die sich auf die Karosseriemontage auswirken, werden in den folgenden Kategorien zusammengefasst, wie in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1: Klassifizierung häufiger Rückfederungsfehler

2. Hauptfaktoren, die die Rückfederung beeinflussen

2.1 Materialeigenschaften
Im elastischen Stadium gilt: Je höher die Streckgrenze und je größer der Elastizitätsmodul des Materials, desto schwerwiegender ist das Phänomen der Kaltverfestigung und desto größer ist die Rückfederung durch Biegeverformung. Umgekehrt ist der Rückfederungswert umso kleiner, je stärker der Widerstand gegen elastische Verformung ist.

2.2 Relativer Biegeradius
Je kleiner der relative Biegeradius ist, desto kleiner ist der Rückfederungswert; umgekehrt ist der Rückfederungswert umso größer, je größer der relative Biegeradius ist. Dies erklärt, warum Werkstücke mit großen Krümmungsradien schwer zu biegen und zu formen sind.

2.3 Biegemittelwinkel
Ein größerer Biegezentrumswinkel ( ) weist auf eine längere Verformungszone hin, was zu einer größeren Gesamtrückfederung und einer stärkeren Rückfederung führt. Die Rückfederung des Krümmungsradius wird dadurch jedoch nicht beeinflusst.

2.4 Passung des Formspiels
Zwischen den jeweiligen Arbeitsteilen der Matrize besteht ein Spalt von einer Materialstärke, um das Produkt aufzunehmen. Nach der Formbearbeitung ist eine lokale Anpassung erforderlich, um den Materialfluss besser zu erleichtern. Bei Biegegesenken führt ein größerer Spalt in den Arbeitsteilen zu einer stärkeren Rückfederung; Wenn die Blechdickentoleranz größer ist, ist der Rückfederungswert instabiler, was es schwieriger macht, den geeigneten Matrizenabstand zu bestimmen.

2,5 Teileform
Unterschiedliche Teileformen haben deutlich unterschiedliche Auswirkungen auf die Rückfederung. Beispielsweise ist die Rückfederung eines U--förmigen Teils aufgrund der gegenseitigen Einspannung auf beiden Seiten geringer als die eines V--förmigen Teils. Beim Biegen komplex geformter Teile in einem einzigen Biegevorgang verändern die gegenseitige Beanspruchung zwischen ihren Komponenten und die Reibung zwischen der Oberfläche des Teils und der Matrizenoberfläche den Spannungszustand jedes Teils (was im Allgemeinen die Zugspannung in der Biegeverformungszone erhöht) und wirkt sich somit auf die Rückfederung aus. Durch die Hinzufügung eines zweiten Formgebungsschritts würde sich dies deutlich verbessern.

2.6 Umformmethode
Die Biegemethode eines Teils schränkt dessen Rückfederungswert stark ein. Im Allgemeinen führt das korrigierende Biegen zu einer besseren Rückfederung als das freie Biegen. Um den gleichen Effekt am gleichen Teil zu erzielen, ist beim Korrekturbiegen eine viel größere Korrekturkraft erforderlich als beim freien Biegen. Wenn mit beiden Methoden die gleiche Kraft ausgeübt wird, unterscheidet sich der resultierende Spannungs-Dehnungszustand in der Verformungszone von dem der freien Biegung.

Je größer die Korrekturkraft beim Korrekturbiegen ist, desto geringer ist die Rückfederung, da die extrem große Korrekturbiegekraft sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite der Verformungszone eine tangentiale Zugspannung erzwingt, wodurch sich die Fasern auf beiden Seiten verlängern und der gewünschte Umformeffekt erzielt wird. Nach der Entlastung verkürzen sich sowohl die Innen- als auch die Außenseite der Verformungszone aufgrund der elastischen Erholung. Da die Richtung der inneren Rückfederung der äußeren Richtung entgegengesetzt ist, wird die Neigung des Teils zur Rückfederung nach außen abgeschwächt oder in gewissem Maße sogar eliminiert. Wenn beispielsweise bei der Korrektur der Biegung eines V--förmigen Teils der relative Biegeradius weniger als 0,2–0,3 beträgt, kann der Rückfederungsbetrag Δa Null oder negativ sein.

3. Methoden zur Rückfederungskontrolle
Bei allen elastoplastischen Blechbiegeverfahren kommt es in der Biegeverformungszone entlang der Dickenrichtung zu einer ungleichmäßigen Dehnungsverteilung, die zu ungleichmäßigen Spannungen führt. Wenn ein Stanzteil geformt wird, herrscht im Blechvolumen eine Restspannung. Vor dem Entformen werden diese ungleichmäßigen Spannungen durch die Anpresskraft der Form ausgeglichen. Nach der Entformung wird ein neues Kräftegleichgewicht angestrebt und die lokale Eigenspannung wird abgebaut, wodurch es zu einer gewissen Abweichung zwischen den Endabmessungen des Formteils und den Formformabmessungen kommt, d. h. es kommt zu einer Rückfederung, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Um die durch Biegeverformung verursachte Rückfederung zu reduzieren, sollten Materialien mit geringer Streckgrenze so weit wie möglich ausgewählt werden und gleichzeitig die Anforderungen an die Produktfestigkeit erfüllen. Hochfeste Stahlplatten haben eine viel höhere Streckgrenze als gewöhnliche Metallplatten, was zu einer größeren Rückfederung führt. Auch die Dicke der Platte beeinflusst die Biegefederung maßgeblich; Im Allgemeinen führen dickere Platten zu einer geringeren Rückfederung. Auch der Biegeradius des Arbeitsteils hat einen wesentlichen Einfluss auf die Rückfederung; Ein kleinerer Biegeradius führt zu einer geringeren Rückfederung nach dem Umformen und Entladen. Daher sollte der Biegeradius so gering wie möglich gehalten werden, sofern die Formbarkeit der Platte dies zulässt.

3.1 Abrunden der Ecke R des Biegeteils Die Methode zur direkten Verbesserung der Spannung im Biegeteil zur Reduzierung der Rückfederung mithilfe von Formgebungsmethoden wird als Abrundungs- und Formgebungsmethode bezeichnet (Abbildung 2). Durch die Formgebung des Teils können die Spannungsverteilungsbereiche an der Außen- und Innenseite des Biegeteils verändert werden, wodurch der Zugspannungsbereich außerhalb der Biegung verringert wird. Wenn der Wert der abgerundeten Ecken auf ein bestimmtes Niveau eingestellt wird, wird eine plastische Verformung erreicht. Wenn die innere Spannung der Biegung größer ist als die äußere Spannung, kann sogar eine negative Rückfederung auftreten. Im Produktdesign sollte der R-Wert des Biegeteils idealerweise unter 8 mm liegen. Bei der R-Methode mit abgerundeten Ecken sollte der Unterschied zwischen Radius und Biegeradius im Allgemeinen weniger als 3 mm betragen; Andernfalls wird die Genauigkeit der Stanzteile beeinträchtigt. . 3.2 Zweistufiges Biegen in einem Prozess

Der Biegevorgang ist in zwei Phasen unterteilt, um eine Rückfederung zu verhindern.

In der ersten Biegestufe wird ein großer Spalt verwendet (im Allgemeinen das 1,15- bis 1,3-fache der Materialstärke). Aufgrund des großen Spalts neigt sich das Blechmaterial und der Biegeradius der Matrize ist ebenfalls groß, was zu einem grob gebogenen Blech führt. Die zweite Biegestufe formt den großen Biegeradius der ersten Stufe in einen kleineren Biegeradius um (wie in Abbildung 3 dargestellt).

Der Spalt in der ersten Verformungsstufe sollte ausgehend von einem anfänglich kleinen Spalt angepasst und basierend auf dem Effekt der Rückfederungskontrolle in der zweiten Stufe schrittweise vergrößert werden. In der zweiten Phase der Biegeverformung kann es durch den kleinen Spalt leicht zu Gesenkverschleiß kommen, der zu einer Aufrauung des Werkstücks führt. Um das Aufrauen zu verhindern, muss der Formhohlraum einer Oberflächenhärtungsbehandlung unterzogen werden.

3.3 Inneneckenhärtung
Durch die Härtung der Innenecken wird der gebogene Bereich von innen komprimiert, um eine Rückfederung zu verhindern. Aufgrund der symmetrischen Biegung auf beiden Seiten ist diese Methode besonders effektiv beim U--förmigen Biegen von Blechen. Beim Biegen von Blech in eine L--Form lässt der Druck auf den horizontalen Teil des Materials nach, was zu Dimensionsänderungen im Produkt führt. Der Form nach zu urteilen ist der Druck an der Biegestelle schwach. Für Formteile, die sowohl Festigkeit als auch Elastizität erfordern, ist diese Methode nicht geeignet.

Darüber hinaus kann die Rückfederung durch Variation des Maßes von S (Dickenänderung an der Kehle) angepasst werden (wie in Abbildung 4 dargestellt). Häufig führt die Kompression der Hohlkehle zu einer geringfügigen Änderung der Flanschlänge. Bei Produkten mit kleinen Flanschhöhentoleranzen ist manchmal ein Ausgleich der ungefalteten Länge erforderlich.

3.4 Formhärten
Die Methode, bei der sich die Seitenwände des Biegewerkzeugs verziehen und dabei Härtungsspuren auf der Stahlplatte hinterlassen (wie in Abbildung 5 dargestellt), wird als Formhärtungsbearbeitung bezeichnet. Härterippen können das Produkt zerkratzen, daher ist eine sorgfältige Auswahl auf der Grundlage der Produkteigenschaften erforderlich. Verhärtungsspuren werden im Allgemeinen auf nicht-verdünnenden Oberflächen verwendet. Diese Methode zur Unterdrückung der Rückfederung ist bei dickeren Blechen wirksamer.

3.5 Zwei-Schrittformung zur Kontrolle der Rückfederung
Die Methode zur Beseitigung von Spannungen auf der Innen- und Außenseite des Blechs durch zweistufiges Umformen ist in Abbildung 6 dargestellt. Die nach zwei Prozessen geformten Stanzteile weisen geringe innere Spannungen und eine stabile Qualität auf. Dieses Verfahren erhöht jedoch die Anzahl der Formprozesse und die Herstellungskosten.

3.6 Beseitigung von Restspannungen
Die Methode zur Eliminierung von Restspannungen besteht darin, der Oberfläche des Werkzeugs während des Ziehens lokale konvexe Formen hinzuzufügen und die hinzugefügten Formen dann in nachfolgenden Prozessen zu entfernen (wie in Abbildung 7 dargestellt). Dadurch verändert sich das Gleichgewicht der Eigenspannungen im Material, wodurch eine Rückfederung verhindert wird.

3.7 Hinzufügen von Anti-Springback-Rippen
Ohne die ursprüngliche Produktfunktion zu verändern, verändert das Hinzufügen von Anti--Rückfederungsrippen die Produktform und verbessert die Festigkeit der gebogenen Teile (wie in Abbildung 8 dargestellt), wodurch die Rückfederung kontrolliert und verbessert wird.

3.8 Negative Rückfederung
Durch eine spezielle Behandlung der Bearbeitungswerkzeugoberfläche wird eine negative Rückfederung im Blech erzeugt. Nachdem die obere Matrize zurückgekehrt ist, springt das Teil zurück und die negative Rückfederung und Rückfederung erreichen die erforderliche Produktform (wie in Abbildung 9 dargestellt).

3,9 C-förmige Rücken-Pressung
Bei der Umformung von „U“--förmigen hoch-Stahlplatten kann die C-förmige Rückseite-pressmethode das Ausmaß der Rückfederung effektiv reduzieren. Nach der ersten Formung beträgt die Höhe der „几“-förmigen Platte C und die Breite J; Nach der zweiten Umformung beträgt die Höhe der „几“-förmigen Platte Q und die Breite S. Der Rückfluss ist gleich 1 - a2o. Bei der zweiten Umformung handelt es sich um einen Backflush- und Bördelprozess. Nach der zweiten Umformung wird die Verformung der Vertikal- und Flanschflächen des „几“-förmigen Teils erheblich reduziert, wodurch die Genauigkeit der wichtigsten überlappenden Teile der Teile gesteuert wird, um die Montageanforderungen der Baugruppe zu erfüllen (wie in Abbildung 10 dargestellt). Diese Methode wird üblicherweise in Formen von Servomotor-Stanzmaschinen verwendet.

4. Fallstudie
Im Folgenden wird der Prozess der Verwendung von Kaltprägen zur Lösung des Rückfederungsproblems für ein bestimmtes Modell des Antikollisionsbalkens des Unternehmens beschrieben.

Abbildung 10 C-förmige Oberflächenrückspülung

4.1 Teil
Wie in Abbildung 11 dargestellt, besteht die Innenplatte des Antikollisionsbalkens aus einer hochfesten DOCOL 860-Platte, die hohe Installationsanforderungen stellt und die Rückfederung des Teils schwer zu kontrollieren ist.

4.2 Schema des Stempelprozesses
After analyzing the shape characteristics and material of the part, it was decided to use a drawing process with the process scheme as the first step, using a total of 4 processes to complete the stamping process, namely OP10 DRt OP20 TR/PI^OP30 FURST->OP40 PI/CPI/CUTo Abbildung 12 zeigt den Werkzeugkörper für den Zeichenprozess.

Abbildung 10 C-förmiger Oberflächen-Rückholstempel

4.3 Bestehende Probleme
Das Teil weist eine starke Rückfederung auf, mit einer maximalen Rückfederung von 15 mm in Höhenrichtung und 7 mm in Breitenrichtung, wie in Abbildung 13 dargestellt.

4.4 Ursachen
Das Material für dieses Teil wird aus Schweden importiert, D. COL 860, mit einer Zugfestigkeit von mehr als 800 MPa. Während des Stanzens wurde eine Rückfederungskompensation gemäß dem Standardteildesign durchgeführt, während der Herstellung wurde jedoch keine Rückfederungskontrollmethode angewendet, was zu einer starken Rückfederung aufgrund einer unzureichenden Rückfederungskompensation führte.

4.5 Lösungen
Mithilfe einer CAE-Analyse wurde die tatsächliche Rückfederungssituation des Teils verglichen. Eine Simulationsanalyse ergab, dass die Rückfederungskompensation 15 mm in Längsrichtung und 7 mm in Breitenrichtung betrug (wie in Abbildung 14 dargestellt). Gleichzeitig wurde der Matrizenabstand durch eine Anpassungsmethode verbessert und der Stempel/Winkel in Breitenrichtung während des Umformprozesses entsprechend reduziert.

4.6 Wirkungsüberprüfung
Nach der Modifizierung der Matrize mithilfe der Rückfederungskompensationsmethode betrug der Rückfederungsbetrag nur 2 mm (wie in Abbildung 15 dargestellt). Nach weiteren Anpassungen wurden die Designvorgaben erfüllt. Die tatsächliche Montageüberprüfung ergab, dass alle Abmessungen den Nutzungsanforderungen entsprachen.