Verbundkurve
Englisch: compound curve
Eine dreidimensionale Form, in die ein dünnes, flaches Material wie Metall durch Operationen verformt werden kann, die neben dem Biegen auch Streckung oder Stauchung erfordern.
Freiformfläche: Doppelkrümmung, die Dehnung oder Stauchung erfordert
Eine Freiformfläche ist eine dreidimensionale Oberfläche, die sich gleichzeitig in zwei Hauptrichtungen krümmt, wie eine Kugel, ein Sattel oder ein Autotürblech. Im Gegensatz zu einer einfachen zylindrischen Biegung, die nur in einer Ebene verläuft, erfordert eine Freiformfläche, dass das Material während des Umformens nach außen fließt oder sich nach innen staut. Das bedeutet, dass Blech oder Kunststoff nicht durch reines Biegen in eine echte Freiformfläche gebracht werden können; das Material muss sich tatsächlich dehnen, stauen oder fließen, um die Geometrie anzunehmen.
Das klassische Beispiel ist eine Kugel: Jeder Punkt ihrer Oberfläche krümmt sich in alle Richtungen vom Mittelpunkt weg. Ein anderes Beispiel ist eine Sattelform, die sich in einer Richtung nach oben und in einer anderen nach unten krümmt und dabei gleichzeitig negative und positive Krümmung erzeugt. In der Automobilherstellung sind Dachpaneele, Motorhaubenkonturen und Kotflügelverlauf Freiformflächen. Auch flache Freiformflächen, wie ein leicht gewölbtes Blech, zählen dazu: Das Material kann sich nicht ohne Verformung in diese Form falten.
Umformprozesse und Materialverhalten
Da Freiformflächen Materialfluss erfordern, brauchen sie aggressive Umformverfahren. Stanzen oder Tiefziehen, bei denen ein Werkzeug Material unter hohem Druck drückt oder zieht, ist in der Metallverarbeitung das Standardverfahren. Hydroformen und Sprengumformen werden bei stärkeren Krümmungen eingesetzt. Das Material wird beim Dehnen leicht dünner und beim Stauen leicht dicker, was in der Konstruktion berücksichtigt werden muss. Manche Werkstoffe wie Aluminium oder Messing dehnen sich leichter als Stahl; andere wie Gusseisen können auf diese Weise gar nicht umgeformt werden und müssen stattdessen gegossen werden.
Die Unterscheidung von einfachen Krümmungen ist für Werkzeugkosten und Teilfestigkeit wichtig. Eine einfache Biegung benötigt zwei Werkzeuge; eine Freiformfläche braucht oft drei oder mehr, oder ein komplexes Werkzeug mit variabler Geometrie. Außerdem führen Freiformflächen zu Eigenspannungen und richtungsabhängigen Eigenschaften im Metall, die beeinflussen, wie das Teil unter Last reagiert. Die Krümmung begrenzt auch, wie viel Verschnitt aus einem flachen Blech verschachtelt werden kann, was den Materialausbrand zu einem wichtigen Produktionsthema macht.
In der Pressenarbeit und Werkzeugkonstruktion werden Freiformflächen früh gekennzeichnet, da sie Pressentonnage, Werkzeuglebensdauer und Machbarkeit beeinflussen. Flache Freiformflächen lassen sich manchmal durch gestufte oder segmentierte einfache Krümmungen annähern, um das Umformen zu vereinfachen, doch das geht auf Kosten der Designvorgabe. Wo echte Freiformflächen nötig sind, sind Prototypenwerkzeuge und Materialversuche unverzichtbar, um Ausdünnung, Rückfederung und Oberflächenqualität vorherzusagen.