Beschreibung
P 1379 – Ermittlung von Grenzformänderungskurven bei erhöhten Temperaturen
Das Hauptziel des Projektes bestand darin, eine neue Methode zur reibungsfreien Ermittlung von Grenzformänderungskurven für Warmumformprozesse zu entwickeln. Auf der Basis eine umfangreiche Patent- und Literaturrecherche wurden Prüfkonzepte und mögliche Probengeometrien ermittelt. Unter Nutzung einer vorhandenen Biachszugprüfmaschine sollten neue Probenformen, die mit der uniachsialen Zugbelastung, der plane strain Belastung und der äquibiachsialen Zugbelastung die drei wesentlichen Punkte der FLC widerspiegeln, mit Hilfe numerischer Simulationen erarbeitet werden. Für die Untersuchungen ausgewählt wurden zwei Mangan-BohrStähle, der Standardwerkstoff 22MnB5 und der neue Werkstoff 34MnB5. Zunächst wurde das Materialverhalten temperatur- und dehnratenabhängig im Hochgeschwindigkeitszugversuch ermittelt und in Materialkarten für LS-DYNA überführt. Darauf aufbauend erfolgten parallel die numerische Auslegung des Prüfprozesses und der Probenformen für die uniachsialen Zugbelastung, die plane strain Belastung und die äquibiachsiale Zugbelastung. In die Biachszugprüfmaschine wurden neue Spannbacken und die induktive Erwärmung der Proben integriert. Das Messkonzept aus optischer lokaler Dehnungsmessung und Temperaturmessung wurde überprüft und validiert. Anschließend erfolgten die experimentellen Untersuchungen zu Bestimmung reibungsfreier temperaturabhängiger Grenzformänderungskuren im Temperaturbereich von 550°C – 800°C und deren Validierung im Stempelgebunden Nakazima-Test bei 500 °C Werkzeugtemperatur. Die Ergebnisse der Versuche zeigen, dass eine reibungsfreie Bestimmung der Grenzformänderungskurve bei verschiedenen Temperaturen möglich ist. Abschließend wurden die Ergebnisse am Demonstratorbauteil „B-Säulenfuß“ experimentell und numerisch verifiziert.
Der Nutzen der Forschungsergebnisse für die Stahlanwendung betrifft besonders auf Unternehmen des Werkzeugbaus, des Automobilbaus und dessen Zulieferern zu. Diese werden durch exaktere Kennwerte für presshärtbare Stähle für die numerischen Auslegung von Blechwarmumformprozesse direkt unterstütz. Automobilhersteller und deren Zulieferer wird es möglich mit den exakten Kennwerten die Bauteilauslegung und anschließend die Prozessauslegung in einem kürzeren Zeitraum und mit einem robusteren Prozessfenster durchzuführen, was dementsprechend zu geringeren Herstellkosten führt und somit die Marktposition dieser Unternehmen sichert.
Werkzeugbauunternehmen profitieren ebenso von der Kenntnis des exakten Versagensverhaltens der presshärtbaren Stähle. Damit lassen sich robustere und kostengünstigere Werkzeugtechnologien für die Verarbeitung dieser Werkstoffe realisieren, wodurch sich der Aufwand beim Einrichten und Anpassen der Warmumformwerkzeuge reduziert. Zudem bedeutet eine größere Prozesssicherheit geringere Kosten-, Termin- und Qualitätsprobleme.
Veröffentlichung:
Juni 2022
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. M. Dix, Dr.-Ing. R. Müller
