Beschreibung
P 972 – Simulationsgestützte Optimierung des Scherschneidverfahrens zur Schädigungsminimierung an Schnittkanten von Feinblechen aus Dualphasen- und Complexphasenstählen
Das Projektziel bestand darin, auf Basis numerischer Simulationen das konventionelle Scherschneidverfahren zur Erhöhung der Kantenumformbarkeit von Feinblechen aus hoch- und höherfesten DP- und CP-Stählen zu optimieren. Zur Erreichung des Ziels musste die durch das Scherschneiden hervorgerufene Schädigung im Schnittkantenbereich des Schnittteils minimiert werden. Basierend auf den Grundsätzen der Schädigungsmechanik sollte eine Schädigungsminimierung mithilfe folgender zweier Effekte erreicht wer-den: 1.) Durch eine Vorverfestigung des Schnittkantenbereichs des Schnittteils mittels einer Druckbeanspruchung vor dem Schneidvorgang, um eine Schädigung zu unterdrücken, 2.) durch eine Überlagerung von Druckspannungen im Schnittkantenbereich des Schnittteils während des Schneidvorgangs. Die im Projektantrag geplante Unterdrückung der im Rasterelektronenmikroskop sichtbaren Schädigung im Schnittkantenbereich in Form von Poren an Ferrit-Martensit-Grenzflächen wurde mithilfe des optimierten Scherschneidprozesses erreicht.
Das Formänderungsvermögen der schergeschnittenen Kante scheint jedoch nicht ausschließlich durch das Ausmaß dieser Schädigung bestimmt zu werden. Das Formänderungsvermögen der Scherschnittkante wird auch im optimierten Scherschneidprozess mit sehr geringen Niederhalterabsatzhöhen von nur 50 μm ausgeschöpft und fällt trotz der unterdrückten sichtbaren Schädigung im Vergleich zum konventionellen Scherschneidprozess um ca. 18 % geringer aus. Die deutliche Reduktion der Streuung der Kantenstreckung vom konventionellen Scherschneiden (Differenz zwischen der maximalen und minimalen technischen Kantenstreckung bis zum Versagen ca. 12 %) zum optimierten Scherschneiden (Differenz zwischen der maximalen und minimalen technischen Kantenstreckung bis zum Versagen ca. 7 %) kann jedoch als Vorteil des optimierten Scherschneidprozesses betrachtet werden.
In der Zukunft erscheint es sinnvoll, den Einfluss der Stempelgeschwindigkeit auf die Porenbildung zwischen Ferrit und Martensit im Schnittkantenbereich zu untersuchen. Sinnvoll wäre ebenfalls eine Untersuchung des Einflusses der Materialporosität im Schnittkantenbereich auf die Dauerfestigkeit der Scherschnittkante. Hierdurch könnte ein weiterer Vorteil des optimierten Scherschneidprozesses herausgestellt werden. In der Versagenscharakterisierung sollte die Natur der Schädigungsakkumulation bei negativen Spannungsdreiachsigkeiten untersucht werden, die mit ihrer höheren Rate im Bereich niedriger Umformgrade und niedrigen Rate im Bereich hoher Umformgrade im Widerspruch zur aktuellen Vorstellung steht. Weiterhin sollte im Allgemeinen versucht werden, die Ausschöpfung des Formänderungsvermögens aufgrund plastischer Deformationen bei verschiedenen Spannungszuständen in Relation zu Materialveränderungen auf der Mikrostrukturebene zu bringen, um ein besseres Verständnis von Schädigungsmechanismen zu gewinnen, das die Voraussetzung für ihre genauere mathematische Modellierung ist. Zwecks einer besseren Abbildung des Scherschneidens mithilfe numerischer Simulationen bedarf es in der Zukunft einer genauen Ermittlung der Dehnraten- und Temperaturabhängikeit des Materialverhaltens bei annährend adiabatischen Bedingungen. Im Bereich der Versagensvorhersage in numerischen Simulationen auf der Mikrostrukturebene sind Verbesserungen bzgl. der Rechnungsstabilität bei hohen Umformgraden erforderlich.
Das IGF-Vorhaben 17587 N des 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 an der Gottfried Wilhelm-Leibniz-Universität Hannover, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen durchgeführt.
Autoren:
B.-A. Behrens, A. Bouguecha, I. Peshekhodov
Veröffentlichung:
2018
