TP5: Einstellung der Eigenschaften nicht-rotationssymmetrischer Blechbauteile durch Hochgeschwindigkeitsscherschneiden

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Till Clausmeyer; Professor Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Fügetechnik und Trenntechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460484491

Ziel des Vorhabens ist, den Einfluss der Prozessparameter beim Hochgeschwindigkeitsscherschneiden (HGSS) auf die Eigenschaften nicht-rotationssymmetrischer Blechteile zu beschreiben. Methoden zur gezielten Beeinflussung der Bauteileigenschaften über Änderungen des Spannungszustandes unter Berücksichtigung der Werkstoffeigenschaften werden entwickelt. Besondere Bedeutung kommt dabei den Eigenschaften der Schnittfläche zu. Die Schnittfläche wird durch den Schneidprozess erzeugt. Bei geeigneter Wahl der Prozessparameter und des Werkstückwerkstoffs entstehen adiabatische Scherbänder (ASB). Im Bereich der entstandenen Scherbänder unterscheidet sich die Mikrostruktur vom Grundwerkstoff des Werkstücks und führt zu anderen Eigenschaften bezüglich Härte, Eigenspannungen und veränderten Korrosionseigenschaften. Die Forschung in diesem Teilprojekt ermöglicht es, die Schnittflächen allgemein asymmetrischer, zunächst nicht-rotationssymmetrischer, Bauteile als Funktionsflächen zu nutzen. Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass die Qualität der Schnittflächen beim Scherschneiden durch Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit verbessert werden kann. Die Verbesserungen betreffen die Geradheit, die Rauheit und die Härteverteilung in der Schnittfläche. Positive Eigenschaften zeigten sich besonders bei den HGSS-Prozessen mit ASB. Die Scherbandbildung hängt von den Werkstoffeigenschaften, dem Spannungszustand und den thermo-mechanischen Randbedingungen (Dehnrate, Temperatur) ab. Beim HGSS werden die aufgeprägten thermo-mechanischen Randbedingungen durch die Prozessparameter (Geometrie von Werkstück und Werkzeug, Energie, Stempelgeschwindigkeit) und den Spannungszustand maßgeblich bestimmt. Bisherige Untersuchungen stellten im Wesentlichen Zusammenhänge zwischen Schneidspalt und Schnittflächenkenngrößen für rotationssymmetrische Bauteile (Lode-Parameter gleich Null) her. Im Fokus des TP steht die Beeinflussung des Spannungszustands beim HGSS zur Einstellung der Eigenschaften nicht-rotationssymmetrischer (Lode-Parameter ungleich Null) Bauteile. Dazu werden Bauteile mit steigendem Grad der Asymmetrie, z. B. mit wechselnden Krümmungsradien durch HGSS (Schnittgeschwindigkeiten bis 10 m/s) gefertigt, die Schnittflächeneigenschaften in Zusammenarbeit mit den anderen TP ermittelt und mit dem Spannungszustand korreliert. Der Spannungszustand wird dabei über Finite-Elemente-Simulationen ermittelt, die über Dehnungsmessungen an der Schnittfläche validiert werden. Auf Basis dieser Ergebnisse werden die Werkzeuge modifiziert (Anschrägen des Stempels, Einbringen eines Prägeschritts, Elastomerkissen unter dem Bauteil), um Druck-Scherspannungen zu überlagern, die die Bildung von ASB begünstigen. Untersuchungswerkstoffe sind 22MnB5, EN AW-5754 und C60. Die relevanten Eigenschaften der Funktionsfläche sind Härte, Eigenspannungen, Korrosionseigenschaften und Lebensdauer. Der Einfluss der Prozessparameter auf die Werkzeuglebensdauer wird in Vorbereitung einer 2. Förderperiode bestimmt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5380: Funktionsflächen durch adiabatische Hochgeschwindigkeitsprozesse: Mikrostruktur, Mechanismen und Modellentwicklung – FUNDAM³ENT