Verbesserung der Abbildungsgenauigkeit in der Werkstoffmodellierung durch Berücksichtigung des Fließortes bei ebener Dehnung

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Marion Merklein
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 412137480

In zahlreichen Industriezweigen besteht ein Trend zur Reduktion des Gesamtgewichts des Erzeugnisses durch Leichtbauweise. In der Automobilindustrie wird diese Entwicklung beispielsweise durch gesetzliche Vorgaben zur Reduzierung von CO2-Emissionen weiter forciert. Um dem Folge zu leisten, ist ein zentraler Aspekt die ressourceneffiziente Fertigung. Bauteile aus konventionellen Werkstoffen mit hoher Blechdicke werden durch höherfeste Werkstoffe mit geringerer Dicke oder Werkstoffe mit geringerer spezifischer Dichte und somit geringerem Gewicht substituiert. Herausforderung in diesem Kontext ist das geringere Formänderungsvermögen dieser innovativen Materialien. Gerade das Werkstoffverhalten bei ebener Dehnung ist von entscheidender Bedeutung, da hier das geringste Formänderungsvermögen vorliegt und eine starke Blechausdünnung bereits bei niedrigen Umformgraden auftritt. Dies führt dazu, dass über 80 % der Versagensfälle bei Umformprozessen im Automobilbau auf einen Zustand ebener Dehnung oder nahe der ebenen Dehnung zurückzuführen sind. Daher ist es notwendig die Werkstoffeigenschaften bei dem Zustand der ebenen Dehnung grundlagenwissenschaftlich zu untersuchen. Distorsionsverfestigende Werkstoffe, wie beispielsweise Tiefziehstahl der DC Güte, weisen zusätzlich ein umformgrad- und lastpfadabhängiges Verfestigungsverhalten auf. Für diese Werkstoffe ist es entscheidend, die relevanten umformgradabhängen Werkstoffeigenschaften mit einer ausreichenden Präzision im mathematischen Fließortmodell abzubilden. Konventionelle Materialmodelle, die in kommerziell verfügbarer Software hinterlegt sind, bieten diesen Freiheitsgrad nicht. Das primäre Ziel dieses Forschungsvorhabens liegt daher in der grundlagenorientierten Untersuchung der Werkstoffverfestigung und dem Einfluss der Distorsionsverfestigung auf die Abbildungsgenauigkeit des initial modellierten Fließorts im Kontext der ebenen Dehnung. Anhand von Beispielprozessen werden Indikatoren erarbeitet, die eine optimierte Parameteridentifikation zur Modellierung des Fließortes ermöglichen. Auf Basis der Kennwertermittlung bei unterschiedlichen Dehnungen und unterschiedlichen Lastpfaden werden Fließortkurven identifiziert. Durch Abgleich zwischen modellierter und experimenteller Fließspannung kann ein Fehlerwert berechnet werden, der eine Aussage über die Modellgüte zulässt. Weiterhin wird ein analytischer Indikator erarbeitet, der basierend auf dem Umformprozess einen Umformgrad definiert, bei dem die Parameteridentifikation des Modells zu einem Maximum der Abbildungsgenauigkeit führt. Ergebnis ist ein Erkenntnisgewinn über das Werkstoffverhalten bei ebener Dehnung und daraus abgeleitet, die Qualifizierung einer optimierten Materialmodellierung mit einer möglichst geringen Anzahl an benötigten Kennwerten und somit einer effizienten Werkstoffcharakterisierung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen