P 1152 – Ansatz zur numerischen Bestimmung der Härteevolution in der Werkzeugrandschicht aufgrund von thermischen Belastungen beim Formhärten

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ISBN: 978-3-96780-037-1 Artikelnummer: 420a1e2e242b Kategorien: ,

Beschreibung

P 1152 – Ansatz zur numerischen Bestimmung der Härteevolution in der Werkzeugrandschicht aufgrund von thermischen Belastungen beim Formhärten

Beim Tailored Tempering handelt es sich, angelehnt an das Formhärten, um ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mit maßgeschneiderten Eigenschaften. Durch den Einsatz von partiell vorerwärmten Werkzeugen (ca. 500 °C) wird lokal die kritische Abkühlrate des Platinenwerkstoffes 22MnB5 gezielt unterschritten und somit die  Martensitbildung im Bauteil unterdrückt. Die erhöhte Werkzeugtemperatur und die auftretenden Pressenkräfte führen zu einer hohen thermischen Belastung der Werkzeuggravur und letztlich zu Verschleißerscheinungen, die abhängig von der Härteevolution und  auftretenden Anlasseffekten sind. Dies beeinflusst die Maßhaltigkeit der Bauteile und die Werkzeuge müssen kosten- und zeitintensiv überarbeitet oder sogar erneuert werden. Genauere Kenntnisse der Vorgänge in der Werkzeugoberfläche und deren Berücksichtigung in der numerischen Prozessauslegung tragen zu einer deutlichen Erhöhung des Prozessverständnisses bei. In diesem Zusammenhang ist der Wärmeübergang zwischen Werkstück und -zeug ist ein weiterer wichtiger Aspekt, der zur Berechnung der vorherrschenden Oberflächentemperaturen des Werkzeuges benötigt wird.
Durch die genaue Berechnung der Oberflächentemperaturen lassen sich Eigenschaftsveränderungen wie z.B. Härteabnahmen durch Anlasseffekte in der Werkzeugrandschicht vorhersagen, die wichtig für die Standzeitabschätzung des Werkzeuges insgesamt sind. Durch die Kenntnis der Einflüsse auf die Verschleißeigenschaften der  Werkzeugwerkstoffe können Maßnahmen getroffen werden, wodurch sich signifikante Kosteneinsparungen für KMU realisieren lassen. Der Umfang für aufwändige Werkzeuginstandsetzungen kann reduziert und Standzeiten verbessert werden. Ziel des Forschungsvorhabens ist es die Härteevolution des Werkzeugwerkstoffs in Abhängigkeit der Anzahl thermischer Zyklen bei der Verschleißberechnung zu betrachten und damit die Ergebnisgüte der simulativen Vorauslegung zu steigern. Hierzu wurde unter Verwendung der ermittelten Temperaturverläufe in der Werkzeugoberfläche während eines Modellversuchs die Härteentwicklung metallographisch bestimmt. Auf Basis dieser Daten wurde ein analytischer Ansatz entwickelt und in ein kommerzielles FE-Programm implementiert, der eine Berechnung der lokalen Werkzeughärte in Abhängigkeit der Umformzyklen und der vorliegenden Werkzeugtemperatur ermöglicht. Abschließend erfolgte eine Validierung im Rahmen eines selbst konzipierten und aufgebauten Modellversuches zur Herstellung von Bauteilen mit lokal gesteuerter Härteverteilung. Mit der im Vorhaben entwickelten Implementierung konnte dabei die Härteabnahme im Werkzeug realitätsnah vorhergesagt werden, wodurch das Ziel des Forschungsvorhabens erreicht wurde.

Veröffentlichung:
2021

Autoren:
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens