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Projekt
TP6: Hochgeschwindigkeitsscherschneiden mit elektromagnetisch beschleunigten Werkzeugen für die Herstellung von Funktionsflächen bei sehr hohen Dehnraten
Antragstellerinnen / Antragsteller
Dr.-Ing. Verena Psyk; Dr.-Ing. Sven Winter
Fachliche Zuordnung
Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
Fügetechnik und Trenntechnik
Fügetechnik und Trenntechnik
Förderung
Förderung seit 2022
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460484491
Die FOR betrachtet beim Hochgeschwindigkeitsscherschneiden (HGSS) die Einflüsse relevanter Prozessparameter auf die resultierenden adiabatischen Scherbänder (ASB) und ihre Eigenschaften in einem großen Geschwindigkeitsbereich. In TP6 untersucht das Fraunhofer IWU die höchsten Schnittgeschwindigkeiten (≥10 m/s) und Dehnraten (bis 10⁵ s⁻¹). Dadurch sollen besonders schmale ASB in den Schnittflächen erzeugt und erstmals ASB auch in gut wärmeleitenden Werkstoffen initiiert, für die Produktionstechnik nutzbar gemacht und durch die FOR werkstoffwissenschaftlich charakterisiert werden. Für die Untersuchungen wird das IWU einen Versuchsstand mit einem flexibel einsetzbaren elektromagnetisch beschleunigten Schneidwerkzeug und umfangreicher Messtechnik entwickeln und validieren. Der elektromagnetische Antrieb wird so gestaltet, dass er einen Schlagkörper auf Maximalgeschwindigkeiten von 10–25 m/s beschleunigen kann. Dann wird eine umfassende Prozessanalyse für die in der FOR im Fokus stehenden Werkstoffe durchgeführt. Dabei wird der Einfluss verschiedener Parameter auf den Schneidprozess und die resultierenden Schnittflächeneigenschaften charakterisiert. Um mit komplementären experimentellen und numerischen Ansätzen ein tiefes Verständnis der Wirkzusammenhänge zu schaffen, werden die Einflussfaktoren (z. B. Schlagmasse, Geschwindigkeit) sorgfältig voneinander separiert. Bei der Analyse wird der Gesamtprozess in ein elektromagnetisches und ein mechanisches Teilsystem gegliedert. Das elektromagnetische Teilsystem umfasst die Kondensatorentladung über das Induktorsystem und den Aufbau von Magnetfeld und Lorentzkraft. Das mechanische Teilsystem beschreibt die Dynamik von Schlagkörper und Stempel, die mechanischen Spannungen, die elasto-plastische Deformation des Werkstückes und schließlich den Bruch. Die Schnittstelle zwischen den Teilsystemen bildet der Schlagkörper. Bei der Analyse des elektromagnetischen Teilsystems werden die Einflüsse relevanter Parameter (z. B. Induktorvarianten, Kondensatorladespannung) auf die Lorentzkräfte und die resultierende Schlagkörperbewegung identifiziert und quantifiziert. Bei der Analyse des mechanischen Teilsystems wird der Einfluss wesentlicher Werkzeug- und Werkstückparameter (z. B. Schneidspalt, Blechdicke) auf den Spannungszustand und die Umformung des Bauteils bis zum Bruch erforscht. Basierend darauf wird der Einfluss der Schlagkörperbewegung und des Spannungszustandes auf das Schneidergebnis untersucht. Die technologischen Untersuchungen werden durch eine numerisch gestützte und das komplette Forschungsvorhaben begleitende Energiebilanzierung ergänzt.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
