Strahlbasierte Strategien zur Herstellung von eigenschaftsoptimierten Tailor Heat Treated Blanks

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Marion Merklein
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 386418429

Zielsetzung des beantragten Forschungsvorhabens ist die Identifizierung und Qualifizierung von Bestrahlungsstrategien für die Herstellung von Tailor Heat Treated Blanks (THTB) aus hochfesten, ausscheidungshärtbaren Aluminiumlegierungen der 7000er Serie. Ausgehend von konventionellen, linear-kontinuierlichen Wärmebehandlungslayouts zur Herstellung von THTB Platinen sollen alternative Bestrahlungskonzepte zur Verbesserung der Homogenität des bestrahlten Bereiches hinsichtlich Verzug und Werkstoffeigenschaften erarbeitet werden. Das Vorgehen basiert auf einer kombiniert experimentell-numerischen Methodik. In diesem Zusammenhang werden in Arbeitspaket (AP) 1 temperaturabhängige Werkstoffkennwerte ermittelt. Dies beinhaltet sowohl die Eingangsgrößen für ein thermo-mechanisch gekoppeltes FE-Modell, die bei erhöhten Temperaturen ermittelt werden, als auch die mechanischen Kennwerte nach einer Kurzzeitwärmebehandlung, um das lokal angepasste Fließverhalten von THTB Platinen zu modellieren, so dass Eingangsgrößen für das FE-Modell vorliegen, welches in AP 2 erarbeitet wird. Die Modellierung basiert auf zwei Stufen. Es sollen die thermomechanischen Effekte der Laserbestrahlung in Bezug auf den resultierenden Platinenverzug sowie ihren Einfluss auf die Eigenschaftsverteilung numerisch abgebildet und ein rein mechanisches Simulationsmodell zur Berechnung von Umformprozessen erarbeitet werden, welches das plastische Werkstoffverhalten in Abhängigkeit der Temperatur und Vordehnung abbildet. Nach der Validierung des FE-Modells der Laserbestrahlung wird in AP 3 eine Variantensimulation durchgeführt, um den Einfluss verschiedener quantitativer und qualitativer Faktoren auf die Zielgrößen Verzug und Homogenität der Wärmebehandlung zu identifizieren. Es werden alternative Bestrahlungsstrategien zur vollständigen Abdeckung charakteristischer Wärmebehandlungslayouts konzipiert und die Ergebnisse experimentell verifiziert. Auf Basis der numerischen und experimentellen Erkenntnisse wird eine Signifikanzanalyse zur Ermittlung der wichtigsten Einflussparameter durchgeführt. In AP 4 wird auf die Validierung der zweiten Stufe des FE-Modells aus AP 2, der Umformsimulation, sowie auf den Einsatz bei der Auslegung prozessangepasster THTB Platinen abgezielt. Basierend auf den numerischen und experimentellen Erkenntnissen wird an einem Demonstratorbauteil eine lokale Laserwärmebehandlung der Platine durchgeführt und diese anschließend abgepresst. Die Digitalisierung der Bauteile ermöglicht die Validierung des FE-Modells sowie die Bewertung verschiedener Bestrahlungskonzepte hinsichtlich der finalen Bauteileigenschaften.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen