Beschreibung
P 1305 – Entwicklung eines lernenden Umwandlungs und Dilatometermodells zur virtuellen Prozessauslegung von Presshärtprozessen
Das Presshärten ultra-hochfester Stahllegierungen ist ein etabliertes Verfahren zur Fertigung sicherheitsrelevanter Karosseriebauteile wie beispielsweise B-Säulen oder Stoßfänger. Neben dem konventionellen Prozess gibt es weitere Varianten des Presshärtens um Bauteile mit maßgeschneiderten Eigenschaften herzustellen. Alle diese Prozessvarianten haben gemein, dass die mechanischen Eigenschaften im Wesentlichen durch die Phasenumwandlungen im Laufe der Prozesskette bestimmt werden.
Zur Auslegung von konventionellen und so genannten partiellen Presshärteprozessen ist daher die genaue Kenntnis der zugrundeliegenden Umwandlungskinetiken erforderlich.
Aus diesem Grund müssen in der Regel aufwendige experimentelle Untersuchungen, beispielsweise an einem Umformdilatometer, durchgeführt werden. In diesem Forschungsprojekt wird daher ein physikalisch-basiertes Modell entwickelt, um den Aufwand zur Auslegung von Presshärteprozessen zu reduzieren. Hierzu wurde zunächst eine umfangreiche Datenbasis geschaffen. In diesem Zusammenhang wurden die beiden Prozessrouten des kontinuierlichen Abschreckens mit variabler Abkühlrate und das isotherme Halten bei unterschiedlichen Temperaturen untersucht. Die Umwandlungskinetik des Stahlwerkstoffs 22MnB5 sowie die resultierenden mechanischen Eigenschaften bilden die Basis für die Modellbildung. Anhand der experimentellen Ergebnisse wurden dann vorhandene Umwandlungsmodelle durch Parametrisierung der Modellvariablen erweitert. Des Weiteren wurde eine Lernfunktion entwickelt, deren Funktionsweise ein künstliches neuronales Netz zugrunde liegt. Die Lernfunktion ermöglicht eine iterative Versuchsplanung um das erweiterte Materialmodell mit möglichst geringem Versuchsaufwand auch für neue Legierungen zu kalibrieren. In Kombination mit einer graphischen Benutzeroberfläche bilden das parametrisierte Materialmodel und die Lernfunktion das virtuelle Dilatometer. Anhand von weiteren, industriell relevanten Prozessrouten konnte zudem eine grundsätzliche Übertragbarkeit der Funktionsweise des virtuellen Dilatometers gezeigt werden. Darüber hinaus wurde durch Abpressen eines Musterbauteils nachgewiesen werden, dass das erweiterte Materialmodell die mechanischen Eigenschaften beim partiellen Presshärten gut prognostizieren kann.
Vor allem für KMU bietet das Stand Alone Tool eine gute Möglichkeit das eigene Produktportfolio zu erweitern und eine gute Wettbewerbsfähigkeit zu gewährleisten, da sowohl der experimentelle Aufwand als auch potentielle finanzielle Hürden reduziert werden.
Veröffentlichung:
März 2022
Autoren:
Dr.-Ing. J. Buhl, M.Sc. T. Hart-Rawung, Prof. Dr.-Ing. habil. M. Bambach, M.Sc. A. Horn, Prof. Dr.-Ing. habil. M. Merklein
