Beschreibung
P 930 – Erweiterung der Formänderungsgrenzen von höherfesten Stahlwerkstoffen bei Biegeumformprozessen durch innovative Prozessführung und Werkzeuge
Im Zuge der gestiegenen Anforderungen bei gesetzlichen Bestimmungen sowie des Bewusstseins der Kunden hinsichtlich einer ökonomischen und ökologischen Verträglichkeit der Produkte sind zunehmend innovative Leichtbaustrukturen gefragt, die den Einsatz von Leichtbauwerkstoffen erforderlich machen. Zum Einsatz kommen hierbei neben Aluminium, Magnesium11 o der Titan hoch- bis ultrahochfeste Stahlwerkstoffe, wobei sich letztere durch eine hohe gewichtsspezifische Festigkeit und Wirtschaftlichkeit auszeichnen.
Die zunehmende Festigkeit erweist sich aufgrund der damit verbundenen geringeren Duktilität als problematisch, da durch konventionelle Biegeumformverfahren die Verfahrensgrenzen frühzeitig erreicht werden. Vor allem bei dem in der Industrie sehr weit verbreiteten Freibiegeverfahren werden die Verfahrensgrenzen frühzeitig erreicht, sodass kundenspezifische Anforderungen nicht erfüllt werden können. Dies trifft in besonderem Maße auf kleine Biegeradien zu, die oftmals zur Steifigkeitserhöhung vom Kunden gefordert werden. Des Weiteren steigt mit unehmender Festigkeit die in den Werkstoff eingebrachte Energie an, die sich in Form von deutlich größeren Eigenspannungen sowie Rückfederungen äußert, wodurch die Maß und Formgenauigkeit beeinträchtigt wird.
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde daher das Versagensverhalten hochfester Stahlwerkstoffe beim Freibiegen sowie beim Walzprofilieren untersucht. Die daraus abgeleiteten Kenntnisse über das Werkstoffverhalten wurden im Anschluss zur Anpassung konventioneller Biegeumformprozesse aufgegriffen, um die Verfahrensgrenzen sowie die werkstoffspezifischen Formänderungsgrenzen zu beeinflussen. Dabei konnte eine signifikante Erweiterung der Formänderungsgrenzen sowie eine Reduzierung der Rückfederung gezeigt werden. Zur Erweiterung des Prozessverständnisses sind neben experimentellen Untersuchungen auch numerische Untersuchungen durchgeführt worden. Hierfür war es zunächst notwendig, das Werkstoffverhalten durch konventionelle Werkstoffprüfmethoden zu charakterisieren. Zur Abbildung des Schädigungsverhaltens wurden die hier erhaltenen Werkstoffdaten in die Werkstoffmodelle implementiert. Diese bildeten die Basis für die Optimierung der Prozesse sowie zur Generierung des Prozessverständnisses.
Im Anschluss wurde ein ndustrierelevantes Demonstratorbauteil hergestellt. Dabei flossen die in den zuvor durchgeführten numerischen sowie experimentellen Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse ein, sodass das Werkstoffpotenzial sowie das Verfahrenspotenzial ausgeschöpft werden können. Damit wurden die in dem Forschungsvorhaben vorgesehenen Ziele erreicht.
Das IGF-Vorhaben 16585 N der FOSTA – Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das Vorhaben wurde am Institut für Umformtechnik und Leichtbau, Technische Universität Dortmund durchgeführt.
Veröffentlichung:
2016
Autoren:
E. Tekkaya, M. El Budamusi, C. Becker, T. Clausmeyer, L. Chen, J. Gebhard
