Beschreibung
P 1114 – Machbarkeits- und Geometrievorhersage von Blechbauteilen mit Durchsetzungen aus hoch- und höchstfesten Stählen
Die Reduzierung der Herstellkosten ist ein zentraler Faktor zur Erhöhung der Wettbewerbsfähigkeit produzierender Unternehmen. In diesem Kontext bietet das Durchsetzen große Potentiale, da es mit diesem Verfahren möglich ist, Funktionsflächen in nur einem Fertigungsschritt und ohne Nachbearbeitung zu erzeugen. Das Durchsetzen ist in DIN 8587 als ein Schubumformverfahren definiert, bei dem ein Werkstückteil gegenüber einem anderen mit einer geradlinigen Werkzeugbewegung verschoben wird. Die plastische Verformung wird, analog zum Feinschneiden oder
Scherschneiden mit kleinem Schneidspalt, hauptsächlich durch einen Schubspannungszustand hervorgerufen. Ebenso ähneln sich die Werkzeugtechnik und Werkzeugkinematik der Verfahren. Dies lässt den Schluss zu, dass das Durchsetzen weitestgehend einem Schneidprozess ohne Durchschneiden des Werkstücks entspricht.
Zur Gewichtsreduktion von Bauteilen, sowie um auf einen Vergütungsprozess verzichten zu können, wird vermehrt auf Bleche aus hoch- und höchstfestem Stahl zurückgegriffen. In der Konstruktion und Entwicklung sind für diese Güten jedoch kaum Erfahrungswerte vorhanden. Um die Sicherheit des Prozesses bereits in der frühen Entwicklungsphase
gewährleisten zu können, wird der Prozess mit der Finite-Elemente Methode simuliert. Hier ergeben sich besonders in der Materialmodellierung Herausforderungen.
Vom Scherschneiden ist bekannt, dass die Temperatur in der Scherzone auf über 300 °C steigen kann. Weiterhin sind Umformgrade und Dehnraten zu erwarten, die sich mit herkömmlichen Experimenten, wie dem Zugversuch, nicht abbilden lassen. Um den experimentellen Aufwand zu reduzieren wird in diesem Forschungsprojekt eine Methodik vorgestellt und validiert, um dennoch eine effiziente Prognose von Geometrie- und Machbarkeit eines Blechbauteils mit Durchsetzungen zu ermöglichen. Dazu wird die Durchsetzlinie in wiederkehrende Formelemente zerlegt. Die charakteristische Ausformung dieser Durchsetzungen wird experimentell für vier verschiedene Blechwerkstoffe
ermittelt. Eine anschließende Materialmodellierung ausgehend von einem einfachen Prüfverfahren wird als Ausgangspunkt für die Bestimmung des Korrekturmodells herangezogen. Dem folgt eine Anpassung dieses Modells, um die Abweichung zwischen Simulation und Experiment zu minimieren.
Durch Interpolation zwischen den Formelementen ist es möglich, das Materialmodell für komplexe Durchsetzgeometrien lokal anzupassen. Dies ermöglicht es, bereits in der frühen Entwicklungsphase die Machbarkeit und Geometrie von Durchsetzungen aus hoch- und höchstfesten Stählen zu beurteilen.
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. W. Volk, J.-M. Stahl M.Sc.
Veröffentlichung:
März 2020
