Inhalt des Projektes war eine Machbarkeitsstudie zur Herstellung einer Scharnierverstärkung mittels des Innenhochdruck- Blechumformens (IHB). Dabei sollte im Rahmen einer FEM- Simulation die grundsätzliche Herstellbarkeit geklärt und darüber hinaus der Zuschnitt der Platine optimiert werden. Das Werkzeug wurde für die Ausformung zweier Bauteile konzipiert.
Heutige kommerzielle FEM- Programme sind nur bedingt in der Lage das HBU- Verfahren korrekt abzubilden. Die Schwierigkeit besteht in der Begrenzung des Druckes auf den Druckraum. Bei dem für die Untersuchung eingesetzten Programmpaket PAM- STAMP kann der Druck immer nur auf einen gesamten Materialbereich und nicht auf Teile davon aufgebracht werden. Insofern stellte sich die Frage, ob mit den zur Verfügung stehenden Mitteln überhaupt eine korrekte Simulation erfolgen kann. Zur Diskussion standen die in Bild 1 skizzierten Varianten.
Bei der Variante 1 wird auf die eigentliche Platine noch eine Hilfsmembran eingesetzt. Auf diese Membran wird dann der Druck aufgebracht. Damit hat man zwei Effekte erzielt. Zum einen wird der Druck auf den eigentlichen Druckraum begrenzt und zum anderen kann die Platine unter dem Blech durchlaufen. Während das Blech in den Druckraum nachfließt, werden die aus dem Spalt zwischen Matrize und Niederhalter eintretenden Elemente mit Druck beaufschlagt. Somit handelt es sich um eine fast exakte Abbildung der Realität.
Die Variante 2 berücksichtigt ausschließlich die am Anfang des Prozesses im Druckraum befindlichen Elemente. Damit fehlen unter Umständen für die Ausformung wichtige Bereiche, in denen genau dieser Druck notwendig wäre. Für diese Variante muss die Platine in zwei Materialbereiche unterteilt werden, die an deren Berandung über gemeinsame Knoten zusammenhängen.
Variante 3 kennt dagegen weder eine Hilfsmembran, noch zwei getrennte Materialbereiche. Hier wird der Druck über die gesamte Platine gleichmäßig aufgebracht. Aus diesem Grund addieren sich die Niederhalterkraft und der Innendruck im Flanschbereich. Zur Korrektur wird die Niederhalterkraft verringert.
Mit der Innenhochdruck- Blechumformung ist die Herstellung einer Scharnierverstärkung möglich. Die Vorgehensweise nach Variante 3 ist für die Simulation ausreichend genau. Der aus dem gewählten Ersatzmodell gewonnene Platinenzuschnitt war direkt zur Herstellung des Bauteils verwendbar. Die vollständige Ausformung der sich im Bauteil befindenden kleinen Sicken scheiterte lediglich an der zu geringen Schließkraft. In der Simulation konnte die Ausformung bei realistischen Drücken nachgewiesen werden. Das Ergebnis von Simulation und Experiment zeigt Bild 2.
Mit freundlicher Genehmigung der Volkswagen AG.