Projekt im Forschungsbereich
Numerische Modellierung und Prozessdesign

 

SFB TRR 188: Beeinflussung der Schädigungsentwicklung beim Tiefziehen - Teilprojekt A06

Die Fertigung von dreidimensionalen Bauteilen mittels Tiefziehen erfolgt mithilfe von ebenen Platinen, die aus kontinuierlichen Blechbändern gewonnen werden. Bedingt durch den Herstellprozess werden in der Blechplatine lokale Materialeigenschaften in Form von mikrostrukturellen Effekten (z. B. Anisotropie, Eigenspannungen, Kaltverfestigung, Poren, Gitterfehler, …) eingebracht. Diese Eigenschaften, insbesondere Poren und Gitterfehler, können die Bauteileigenschaften im darauffolgenden Umformprozess (in diesem Fall Tiefziehen) in Form von Schädigung zusätzlich beeinflussen. Je nach Prozessroute können im Herstellprozess unterschiedliche Lastpfade eingestellt werden, die zu einer unterschiedlichen Schädigungsentwicklung führen. Die vom Lastpfad jedes Materialpunktes abhängige Schädigung kann heute mithilfe unterschiedlicher Kriterien und Modellen abgebildet werden. Deren Ergebnisse sind bislang jedoch noch unsicher sowohl in Bezug des Orts der maximalen Schädigung als auch in Bezug des Betrags der Schädigung. Des Weiteren sind die Wechselwirkungen zwischen der durch die Umformhistorie eingebrachten (Vor-)Schädigung und der beim nachgelagerten Tiefziehprozess induzierten Schädigungsentwicklung unbekannt.

Die übergeordnete Zielsetzung dieses Teilprojektes ist demnach, die quantitative Beschreibung und Vorhersage der Wechselwirkungen zwischen der durch die Umformhistorie induzierten (Vor-)Schädigung und den Prozessparametern beim Tiefziehen sowie die Kontrolle einer weiteren Schädigungsentwicklung durch eine maßgeschneiderte Prozessroute. Dem Forschungsprojekt liegt die Arbeitshypothese zu Grunde, dass durch eine mehrstufige Prozessroute bei gleicher Platinenanfangs- und Bauteilendgeometrie wie beim einstufigen Tiefziehprozess verschiedene Lastpfade im Werkstoff induziert werden können, die einen schädigungskontrollierten Blechumformprozess ermöglichen. Die Vorgehensweise basiert auf drei Arbeitsschritten: In einem ersten Schritt wird hierfür der Einfluss der konventionellen Prozessparameter beim Tiefziehen (u. a. Ziehverhältnis, Stempelgeschwindigkeit, Niederhaltekraft, Reibung, Ziehradius…) auf den Lastpfad analysiert. Die charakteristischen Materialorte werden dem unteren Zargenbereich, dem mittleren Zargenbereich, dem Flanschbereich und dem Übergangsbereich zwischen Flansch-Zarge und Zarge-Boden zugeordnet. Diese Orte sind Indizien für Bereiche mit kritischen Lastpfaden, deren Wechselwirkungen mit einer (Vor)-Schädigung verstanden werden muss. Anschließend wird im zweiten Schritt untersucht, wie durch eine mehrstufige Prozessroute (durch Reversierung, im Weiterzug und durch Stülpziehen) sowie beim Tiefziehen mit Gegendruck durch veränderte Spannungszustände die Lastpfade an diesen charakteristischen Materialorten beeinflusst werden können. Im dritten Schritt wird der Einfluss unterschiedlicher Umformhistorien auf den Lastpfad untersucht. Die experimentellen Untersuchungen werden durch numerische Analysen unterstützt, um die zugehörigen Lastpfade genauer bestimmen und bewerten zu können.

Die Erkenntnisse des Forschungsvorhabens ermöglichen es, in Abhängigkeit definiert eingestellter Lastpfade die Schädigung in Bauteilen zu reduzieren. Die Reduktion der Schädigung kann einerseits als Sicherheitsreserve dienen und andererseits zur Reduktion der Bauteilmasse beitragen, was wiederum den Megatrend des Leichtbaus fördert.

Die Projektpartner danken der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) für die Förderung des vorgestellten Forschungsprojekts Beeinflussung der Schädigungsentwicklung beim Tiefziehen im Rahmen des SFB-TRR 188.





 

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Ansprechpartner(in):
Rafael Hild, M.Sc. RWTH
 
Cluster Produktionstechnik 3A 332
Tel.: +49 241 80-28213
Fax: +49 241 80-22293
Mail: R.Hild@wzl.rwth-aachen.de

 

Matthias Nick, M.Sc. RWTH
 
Cluster Produktionstechnik 3A 332
Tel.: +49 241 80-24978
Fax: +49 241 80-628213
Mail: M.Nick@wzl.rwth-aachen.de