Werkstoff- und Versagenskennwerte für das Hochgeschwindigkeitsumformen und -trennen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Brosius; Dr.-Ing. Verena Psyk
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 316056392

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Methode zur Ermittlung von Werkstoff- und Versagenskennwerten für Prozesse mit hohen Umformgeschwindigkeiten. Damit kann die numerische Analyse und Auslegung von Fertigungsprozessen mit hohen Umformgeschwindigkeiten gegenüber dem Stand der Technik signifikant verbessert und ein entscheidender Beitrag zur Nutzbarmachung bekannter verfahrensspezifischen Vorteile in der industriellen Fertigung geleistet werden. In der ersten Förderperiode wurde hierzu ein kombinierter numerisch experimenteller Ansatz realisiert und grundlegend erforscht. Dabei wurde nachgewiesen, dass mit den entwickelten Versuchsaufbauten und einer inversen Parameteridentifikation Werkstoffkennwerte für Umformgeschwindigkeiten von bis zu 5∙104/s ermittelt werden können. Die Kennwerte zeigen deutliche Unterschiede für verschiedene Spannungszustände, ein Effekt, der bei quasistatischer Belastung nicht auftritt.Der Ansatz soll nun um die Betrachtung des Einflusses der adiabaten Erwärmung und der damit einhergehenden lokalen Fließspannungsverringerung erweitert werden. So ist insbesondere zu klären, inwieweit sich Unterschiede auf eine unterschiedliche Erwärmung des Werkstoffes während des Versuches zurückführen lassen. Dazu wird ein kombinierter numerisch experimenteller Ansatz verfolgt. Im Detail wird das Materialmodell in der Simulation um eine Temperaturabhängigkeit erweitert und dann zur inversen Ermittlung der rein umformgeschwindigkeitsabhängigen Werkstoffkennwerte eingesetzt. Dies ermöglicht eine Separation der überlagerten und entgegengesetzt wirkenden Einflüsse von Umformgeschwindigkeit und Temperatur auf das Werkstoffverhalten.Die so erweiterte Methode zur Kennwertermittlung wird umfassend validiert. Dabei erfolgen zunächst am IWU unterschiedlich temperierte Versuche an einer hydraulisch angetriebenen Hochgeschwindigkeitsprüfmaschine. Darauf aufbauend erfolgt die weitere Verifikation anhand technologischer Versuche mit unterschiedlichen Spannungszuständen. Dabei wird am FF ein Hochgeschwindigkeitstiefziehprozess betrachtet, während am IWU der Fokus auf das Hochgeschwindigkeitsscherschneiden (HGSS) gelegt wird. Abschließend werden die Daten in einem Syntheseschritt konsolidiert und derart aufbereitet, dass sie im Sinne eines Open-Data-Ansatzes verfügbar gemacht werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Matthias Nestler