Schädigungskontrollierte Umformprozesse, Beeinflussung der Schädigungsentwicklung beim Tiefziehen

 

Bei der Herstellung von Halbzeugen aus Stahl ist es unvermeidbar, dass Schädigung in Form von Werkstoffdiskontinuitäten (Poren, Einschlüsse, Seigerungen) in den Werkstoff eingebracht werden. In angeschlossenen Umformprozessen wird der Werkstoff Spannungszuständen ausgesetzt, durch welche die Schädigungsstellen wachsen sowie neue Schädigungsstellen entstehen können. An diesen Schädigungsstellen können im Einsatz Risse entstehen, wodurch die Lebensdauer der Werkstücke verringert wird.

Das Tiefziehen stellt ein umformendes Fertigungsverfahren dar, in welchem aus Blechen dreidimensionale Werkstücke hergestellt werden. Es wird insbesondere in der Fertigung von Karosserieteilen im Automobilbau eingesetzt. Durch eine angepasste Prozessführung kann der Schädigungszustand im tiefgezogenen Werkstück gezielt verändert und somit die Lebensdauer eines gegebenen Teils erhöht werden. Darüber hinaus ermöglicht die Kenntnis des Schädigungszustands im Werkstück eine Verringerung des benötigten Materials und somit des Fahrzeuggewichts.

Während der ersten Förderphase des SFB TRR 188 werden im Teilprojekt A06 die Grundlagen der Schädigungskontrolle beim Tiefziehen am Beispiel eines DP800-Dualphasenstahls untersucht. Zunächst wird anhand von Analogieversuchen der Einfluss definierter Spannungszustände auf die Schädigungsentwicklung im Blech betrachtet. Daraufhin werden Tiefziehversuche an rotationssymmetrischen Näpfen durchgeführt, bei denen sowohl die Prozessparameter (Stempelgeschwindigkeit, Niederhalterkraft, Ziehringradius, Schmierstoff) als auch die Prozessführung (einfaches Tiefziehen, intermittierendes Tiefziehen, Tiefziehen im Gegenzug, Stülpziehen, Tiefziehen mit Gegendruck) variiert werden. Die so erzeugten Näpfe werden bezüglich der vorliegenden Schädigungszustände analysiert. Parallel werden numerische Simulationen des Tiefziehens mithilfe der Finite-Elemente-Methode durchgeführt, um die zeitliche Entwicklung der Spannungszustände während des Tiefziehens zu bestimmen. Die Verbindung der entstehenden Schädigungszustände mit den Spannungszuständen während des Tiefziehens erlaubt eine gezielte Veränderung des Tiefziehprozesses zur Reduktion der im Werkstück vorhandenen Schädigung.

In der zweiten Phase des SFB werden die Erkenntnisse auf komplexere Geometrien übertragen sowie der Einfluss der Reibung auf die Schädigungsentwicklung untersucht. Ziel der dritten Phase ist die Synthese eines Gestaltungsmodells für Tiefziehprozesse zur Verringerung der Schädigung im Werkstück.