FE-Simulation des Scherschneidens von Aluminiumstangen durch Berücksichtigung der spannungs- und temperaturabhängigen Effekte in der Plastizitäts- und Schädigungsmodellierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538263864

In diesem Projekt wird das Ziel verfolgt, das Scherschneiden von Aluminiumstangen durch umfassende Elastizitäts-, Plastizitäts- und Schädigungsmodellierung in FE-Simulationen abzubilden. Auf diese Weise sollen tiefgründige Erkenntnisse über die Wirkzusammenhänge zwischen Prozessparametern und der resultierenden Schnittflächenqualität gewonnen werden. Die Herausforderung besteht darin, dass dreidimensionale Einflüsse in der Simulation des Trennvorganges vom Stangenmaterial nicht wie bei der Blechumformung vernachlässigt werden dürfen. Wie die Voruntersuchungen gezeigt haben, ergeben sich beim Trennvorgang komplexe dreidimensionale Spannungszustände, welche die Schädigungsakkumulation maßgeblich beeinflussen. Die auftretenden Einflüsse aus den Spannungszuständen werden zudem überlagert durch einen Temperaturgradienten, der sich von der Scherzone ausgehend, bedingt durch Wärmefreisetzung einstellt. Dies wiederum zieht eine signifikante Beeinflussung der mechanischen Schädigungseigenschaften im Aluminiummaterial nach sich. Zum Erreichen der Ziele ist eine umfassende Charakterisierung vorgesehen. Hierbei sollen die Legierungen EN AW-6082-T6 und EN AW-7075-T6 untersucht werden, welche häufig im Automobilkarosseriebau eingesetzt werden. Basierend auf der Materialcharakterisierung wird ein thermo-mechanisches Materialmodell für die numerische Abbildung von Trennvorgängen in Massivteilen entwickelt. Dieses beinhaltet ein spannungsbasiertes Schädigungsmodell. Das Materialmodell wird anhand experimenteller Scherschneidversuche validiert und zur tiefgreifenden Prozessanalyse herangezogen. Die Vision der Antragsteller liegt in der durch simulationsgestützte Analysen ermöglichten technologischen Einführung des Scherschneidens zum Ablängen von Aluminiumstangen als zeitsparendes, kosten- sowie ressourceneffizientes Verfahren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Kai Brunotte