Simulation Based Process Design for the Hydroforming of Sheet Metal Pairs

Beim Innenhochdruck-Umformen von Blechpaaren werden zwei Bleche durch einen aufzubringenden Wirkmediendruck in einem Werkzeug umgeformt, so dass ein Hohlraum zwischen den Blechen entsteht. Durch den Einsatz flächiger und in der Form variabler Platinenzuschnitte kann ein breites Spektrum steifer und komplex geformter Bauteile für den Karosseriebau und den Fahrwerksbereich eines Pkws hergestellt werden. Im Rahmen der Arbeit wurde ein an die Geometrie eines Realteils angelehntes Bauteil mit Hilfe der Finite-Elemente-Simulation und mit experimentellen Versuchen ausgelegt, untersucht und hergestellt. Aufgrund der gewählten Geometrie wurden zunächst in der Simulation und in späteren Versuchen verschiedene Bauteilfehler festgestellt. Neben den von anderen Blechumformverfahren bekannten Versagensfällen Bersten und Reißen traten zusätzlich verschiedene Formen der Faltenbildung auf, die teilweise durch eine gewölbte Werkzeugtrennfläche initiiert wurde. Zur Vermeidung dieser verfahrensspezifischen Faltenbildung wurden an Hand eines dreidimensionalen FEM-Modells verschiedene Prozessführungen entwickelt, um ein optimales Umformergebnis zu erzielen. Die gezielte Steuerung der Niederhalterkraft in Abhängigkeit des wirkenden Drucks wurde entsprechend den durchgeführten Simulationen im Versuch umgesetzt, wobei die Ergebnisse bestätigt wurden. Der Einsatz der vorgeschlagenen Strategien führt zu einem verbesserten Umformergebnis des betrachteten und ähnlich gestalteter Bauteile.When hydroforming sheet metal pairs, two initially flat sheets are formed to a hollow body by the means of an acting pressure and a surrounding tooling. The goal of the conducted work is to improve the knowledge for producing a defect-free variety of stiff and complex shaped parts for mainly automotive applications. Features of a complex part include a non flat blankholder surface as wells as a part branch. In order to examine the process specific part defects a complex shaped part was designed, examined and manufactured. Defects like bursting and tearing are well known from other sheet metal forming processes and were also detected when hydroforming sheets. In addition to these defects specific wrinkling can occur depending on the part geometry i.e. the blankholder surface. When using a non flat blankholder, the sheets are pre-formed by closing the tooling. Increasing the pressure can then cause wrinkling due to the pre-form. With the help of numeric simulations and experiments, different process strategies were developed to inhibit the wrinkling. A purposefully optimized blankholder control was applied in the experiments and confirmed the conducted simulations. The results show that optimized process strategies help to avoid process specific defects like wrinkling