Tribologische und geometrische Auslegung von additiv hergestellten Werkzeugeinsätzen zur Feinblechumformung

Bickendorf, Philipp; Burggräf, Peter; Schuh, Günther

doi:41924

Tribologische und geometrische Auslegung von additiv hergestellten Werkzeugeinsätzen zur Feinblechumformung = Tribological and geometrical design of additively manufactured tool inserts for sheet metal forming

Bickendorf, Philipp^RWTH*

2022 & 2023

VerantwortlichkeitsangabePhilipp Bickendorf

Ausgabe1. Auflage

ImpressumAachen : Apprimus Verlag 2022

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

ISBN978-3-98555-133-0

ReiheErgebnisse aus der Produktionstechnik ; 42/2022

Dissertation, RWTH Aachen University, 2022

Druckausgabe: 2022. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2023

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Schuh, Günther (Thesis advisor)^RWTH* ; Burggräf, Peter (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2022-10-26

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2022-11301
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/860292/files/860292.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
additive manufacturing (frei) ; additive tooling (frei) ; framework (frei) ; friction and wear investigation (frei) ; production technology (frei) ; sheet metal forming (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die lange Bereitstellungszeit von Umformwerkzeugen in der Serienproduktion ist mit hohen Prozessanforderungen sowie einer aufwendigen Zerspanbarkeit von Werkzeugstählen zu begründen. Durch einen Wechsel zu einem Werkstoff mit besserer Verarbeitbarkeit, wie bspw. Polymere, können Bereitstellungszeit und -kosten reduziert werden. Aufgrund einer hohen Marktdurchdringung von AM (Additive Manufacturing) und insb. des FFF (Fused Filament Fabrication) Verfahrens können Polymere verschiedener Eigenschaften kostengünstig additiv verarbeitet werden. Vorzüge sind dabei geringe Investitionskosten, eine hohe Designflexibilität sowie Möglichkeiten der Funktionsintegration. Damit können Vorteile hinsichtlich Reibung, Verarbeitbarkeit sowie Zeit- und Kosten realisiert werden. Konventionelle starre Materialien wie Werkzeugstahl werden nur im μm-Bereich verformt, wohingegen Polymere ein teils elastisches und plastisches Deformationsverhalten aufweisen. Bisher werden Deformation, Reibung und Verschleiß des Werkzeugs bei der Umformung mittels kunststoffbasierten Werkzeugeinsätzen nicht berücksichtigt. Daher ist eine Analyse der Reibungs- und Verschleißmechanismen notwendig. Polymere weisen eine geringere Abrasionsneigung auf als konventionelle Werkzeugwerkstoffe. Des Weiteren reduzieren nachgiebige Werkzeugsysteme die Flächenpressung auf konturnahe Flächen, wodurch der Aufwand der Werkzeugeinarbeitung reduziert werden kann. Eine Optimierung hinsichtlich Werkzeugdeformation und -verschleiß findet durch gezielte Anpassung der Material/AM-Verfahrenskombination sowie der Slicing-Einstellungen statt. Zum anderen reduzieren Geometrien, welche das Werkzeug nur schwach belasten, weiter Belastung sowie Verschleiß und können anhand parametrisierter Referenzgeometrien (RG) auf weitere Anwendungsfälle übertragen werden. Die Umformung fahrzeugtypischer Feinblechgeometrien wie beispielsweise Sicken oder Fügeflansche in kleinen Stückzahlen steht dabei im Fokus und soll als Ausgangspunkt für die Übertragung auf weitere Geometrien dienen. Aufgrund der u.a. guten Steifigkeitseigenschaften, geringen Kosten und hohen Anlagenflexibilität wird ein Ordnungsrahmen für die Kombination FFF und Polylactic Acid (PLA) anhand von parametrisierten RG aufgestellt.

The long preparation time of forming tools in series production is due to high process requirements and the complex machinability of tool steels. By changing to a material with better processability, such as polymers, the time and cost of tooling can be reduced. Due to the high market penetration of AM (Additive Manufacturing) and especially the FFF (Fused Filament Fabrication) process, polymers with different properties can be additively processed at low cost. The advantages are low investment costs, high design flexibility and the possibility of integrating functions. This allows advantages to be realised in terms of friction, processability, time and costs. Conventional rigid materials such as tool steel are only deformed in the μm range, whereas polymers exhibit partly elastic and plastic deformation behaviour. Until now, deformation, friction and wear of the tool have not been considered during forming using plasticbased tool inserts. Therefore, an analysis of the friction and wear mechanisms is necessary. Polymers have a lower abrasion tendency than conventional tool materials. Furthermore, compliant tool systems reduce the surface pressure on surfaces close to the contour, which can reduce the effort required for tool machining. Optimisation regarding tool deformation and wear takes place through targeted adaptation of the material/AM process combination and the slicing settings. On the other hand, geometries that place only a low load on the tool further reduce stress and wear and can be transferred to other applications using parametric reference geometries (RG). The focus is on the forming of vehicle-typical thin sheet geometries such as beads or joining flanges in small quantities and is intended to serve as a starting point for the transfer to other geometries. Due to the good stiffness properties, low costs and high system flexibility, a framework for the combination of FFF and polylactic acid (PLA) is established using parameterised RG.

OpenAccess:
PDF
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