Wirkmedienbasierte Halbwarmumformung von höchstfesten Stahlwerkstoffen mit formlos festen Stoffen

• Applicant: Professorin Dr.-Ing. Marion Merklein
• Subject Area: Primary Shaping and Reshaping Technology, Additive Manufacturing
• Term: from 2007 to 2013
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 33975220

Die gegenwärtig zu verzeichnende Zunahme von Leichtbauwerkstoffen im Karosseriebau wie beispielsweise in Form von höchstfesten Stahlblechen führt zu komplexen fertigungstechnischen Herausforderungen. Die mit der erhöhter Festigkeit meist einhergehende Abnahme der Umformbarkeit lässt den Formgebungsprozess schnell an Grenzen stoßen, die die Bauteilkomplexität einschränken. Die für die Ausformung höchstfester Stahlbleche notwendigen hohen Umformkräfte erfordern eine aufwendigere Werkzeug- und Anlagentechnik als dies bei konventionellen Tiefziehstählen der Fall ist. Durch eine Erhöhung der Umformtemperatur kann der Prozess dahingehend optimiert werden, dass die aufzubringende Fliessspannung des Werkstoffs verringert und gleichzeitig dessen Umformbarkeit erhöht werden kann. Ziel dieses Vorhabens ist daher, die Wechselwirkungen zwischen Werkstoff und Prozessführung bei der Halbwarmumformung grundlegend zu untersuchen. Dabei sollen aus fertigungstechnischer Sicht wichtige Aspekte wie beispielsweise die erreichbare Bauteilgenauigkeit, thermischer Verzug, Eigenspannungen und Rückfederung vertieft untersucht werden. Für die Umformung sollen die Fertigungsverfahren Tiefziehen und Tiefen - jeweils mit formlos festen Stoffen mit kraftgebundener Wirkung - eingesetzt werden. Der Einsatz dieser Stoffe ermöglicht einerseits die Nutzung von Verfahrensvorteilen, wie sie die klassische wirkmedienbasierte Umformung mit flüssigen Medien bietet. Diese sind beispielsweise die gleichmäßige Druckbeaufschlagung des Blechs sowie die Möglichkeit, auf eine der beiden formgebenden Werkzeughälften verzichten zu können. Andererseits können verfahrensspezifische Nachteile, wie übermäßig hohe Klemmkräfte im Niederhalterbereich zur Leckagevermeidung sowie die begrenzte Temperaturbeständigkeit der flüssigen Wirkmedien vermieden werden. Für die Umformung höchstfester Stahlwerkstoffe im Temperaturbereich bis 600 °C sollen als Wirkmedium formlos feste Stoffe in Form von keramischen Strahlmitteln eingesetzt werden. Die Möglichkeit der Erzeugung eines hydrostatischen Drucks auf die Werkstückoberfläche in Abhängigkeit von der Form und Größe des Granulats sowie der ausgewählten werkzeugtechnischen Lösungen muss in Grundlagenversuchen ermittelt werden. Mit dem Umbau eines vorhandenen Werkzeugs können zunächst vergleichende Untersuchungen der Umformung mit flüssigem Wirkmedium und mit formlos festen Stoffen bei Raumtemperatur erfolgen. Schließlich soll bei Temperaturen bis 600°C mit formlos festen Stoffen ein rotationssymmetrischer Napf mit Nebenformelement ausgeformt werden, an dem die Wechselwirkungen zwischen der Prozessführung und den Gebrauchseigenschaften aufgezeigt werden sollen. Parallel zu den experimentellen Untersuchungen zur Charakterisierung des Umformverhaltens der Bleche müssen Finite-Elemente basierte Modelle zur Abbildung des makromechanischen Verhaltens der eingesetzten Schüttgüter aufgebaut werden.

• DFG Programme: Research Grants