Erweiterung der Formänderungsgrenzen bei der Innenhochdruck-Warmumformung durch eine isotherme Prozessführung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553625186

In diesem Forschungsvorhaben sollen bei dem kürzlich entwickelten Isothermen-Hochtemperatur-Pneumoformverfahren offene Fragestellungen bezüglich der thermischen Entfestigung der verwendeten Werkstoffe, der geometrieabhängigen Temperaturverteilung während der Umformung sowie den Anforderungen zur Geometrieflexibilisierung untersucht werden. Innovationen, basierend auf der Verwendung von rohrförmigen Halbzeugen, existieren aktuell nur im geringen Umfang. Daher wurde das genannte Verfahren entwickelt, um die Vorteile des Presshärtens auf geschlossene Profile bei isothermen Bedingungen übertragen zu können. Dabei werden rohrförmige Halbzeuge konduktiv erwärmt und mittels Innendruck umgeformt. Die Widerstandserwärmung wird während der Formgebung aufrechterhalten, sodass ein Temperaturverlust minimiert wird. Die Abschreckung der Werkstücke im Werkzeug erfolgt durch erzwungene Konvektion. Dafür wird das Bauteil nach der Umformung mit einem definierten Volumenstrom des Druckmediums durchströmt. Die Umsetzbarkeit konnte bereits experimentell bewiesen werden, wobei lediglich doppelt symmetrische Querschnitte bei einer Temperatur von 1000 °C untersucht werden konnten. In diesem Vorhaben werden quantitative Untersuchungen der Isothermen-Hochtemperatur-Pneumoumformung hinsichtlich der Folgenden Aspekte vorgenommen: 1) Die thermische Entfestigung während der Ausformung wird werkstofftechnisch charakterisiert und in die numerische Prozessmodellierung eingebunden. Dabei wird eine potentielle formänderungsbedingte Verfestigung berücksichtigt. 2) Die parameter- und geometriespezifische Temperaturverteilung wird numerisch prognostiziert. Dabei werden sowohl inhomogene Erwärmungsleistungen als auch Interaktionen zwischen Werkstück und Werkzeug modelliert. Das Ziel ist, quantitative Zusammenhänge zwischen den ausgeformten Querschnittsabmessungen (symmetrisch und unsymmetrisch) und resultierenden Temperaturdifferenzen festzustellen. Dies ermöglicht die Ableitung von Prozessfenstern. 3) Es wird eine Steigerung der Geometrieflexibilität durch die Verwendung von aktiv umformenden Werkzeugsegmenten angestrebt. Durch die zusätzliche Wirkachse können z. B. Stempel in den Prozess eingebunden werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Heinrich Traphöner