Fachartikel

Untersuchungen über optimale Rippenstrukturen von Umformwerkzeugen mit Hilfe der Gießsimulation
von Hartmut Hoffmann, Markus Ostermeier, Rudolf Hautmann, Markus Lutz von Schwerin

Bei umformtechnisch hergestellten Bauteilen in der Automobilindustrie zeichnen sich unter anderem zwei Tendenzen ab. Zum einen werden die Bauteile zunehmend größer, zum anderen werden Werkstoffe mit höheren Festigkeiten verwendet. Dadurch steigen die Anforderungen an die zumeist gegossenen Umformwerkzeuge. Vor allem die steigenden Abmaße und das in Folge steigende Gewicht sind nachteilig für Handhabung und Kosten. Deshalb ist es notwendig, die Struktur von Umformwerkzeugen zu optimieren.

Gegossenes Umformwerkzeug aus Stahl
Bild: Gegossenes Umformwerkzeug aus Stahl G60CrMoV10-7 (W.-Nr. 1.2320) vergütet auf 850 bis 1000 N/mm² (Bild: Dörrenberg)

Untersuchungen der Anforderungen an ein Umformwerkzeug und der sich daraus ergebenden Gestaltungsmöglichkeiten erbrachten, dass meist ohne fundierte Begründung ein konstanter Rippenabstand  sowie  eine  gleiche  Rippenstärke  gewählt werden, obwohl die Werkzeugverrippung einen gravierenden Einfluss auf die Flächenpressung zwischen Blech und Niederhalter beziehungsweise Matrize und somit auf Reißer und Faltenbildung im Ziehteil hat. Um eine gleichmäßige Flächenpressung und damit auch einen geringeren Tuschieraufwand zu erreichen, ist deshalb aus umformtechnischer Sicht ein prismatisch verripptes Umformwerkzeug optimal. Bei den bisherigen Untersuchungen blieben jedoch fertigungstechnische und damit auch gießtechnologische Aspekte unberücksichtigt. Da Umformwerkzeuge  im Vollformgießverfahren hergestellt werden, lässt sich die Form weitgehend frei gestalten. Es müssen jedoch die fertigungstechnischen  Randbedingungen des Gießens wie zum Beispiel Formfüllung, Lunker- und Eigenspannungsbildung und der Verzug berücksichtigt werden. Um den Einfluss unterschiedlicher Verrippungsstrukturen  aufzuzeigen,  wurden  anhand  eines  vereinfachten  Werkzeugmodells und mit Hilfe der Simulation die Auswirkungen unterschiedlicher Verrippungsstrukturen,  Rippenformen,  -höhen und  -breiten  auf  die  Lunker-  und  Eigenspannungsbildung sowie auf den Verzug untersucht.

Autoren: Prof. Dr.-Ing. Hartmut Hoffmann, Dipl.-Ing. Markus Ostermeier, Dipl.-Ing. Rudolf Hautmann, Technischer Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen der TU München, Markus Lutz von Schwerin, BMW AG München.

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