Anisotropes Versagenskriterium zur Beurteilung beginnender lokaler Einschnürung von Blechwerkstoffen nach nicht-linearer Verformungshistorie

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfram Volk
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280205402

Die Vorhersage der Umformbarkeit ist eine der wichtigsten Aufgaben der Blechumformsimulation. Das am weitesten in der Industrie verbreitete Kriterium ist die Grenzformänderungskurve, auch Forming Limit Curve (FLC) genannt. Ein großer Vorteil der FLC ist die einfache Interpretation der Simulationsergebnisse oder Messdaten. Weiterhin erfolgt die Bestimmung anhand eines einheitlich festgelegten Standards, der ISO 12004-2. Allerdings ist die FLC nur für Umformoperationen mit linearen und kontinuierlichen Dehnpfaden anwendbar. Nicht-lineare Dehnpfade wie sie in komplexen unregelmäßig geformten Blechbauteilen oder häufig bei Blechbauteilen, welche durch mehrstufige Umformoperationen hergestellt werden, auftreten, können nicht mit der linearen Grenzformänderungskurve bewertet werden. Eines der Hauptziele der Blechumformsimulation ist die Machbarkeitsvorhersage komplexer Blechbauteile hinsichtlich lokaler Einschnürung beziehungsweise Instabilität oder unerwünschter Faltenbildung. Die berechneten wahren Dehnungen werden mit theoretisch oder experimentell ermittelten Grenzformänderungskurven abgeglichen. Erreichen die berechneten Werte die FLC beginnt die lokale Einschnürung des Werkstoffes, wodurch die geforderten Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften nicht mehr gegeben sind und somit das Bauteil in der gewünschten Geometrie nicht machbar ist. Im Fokus des Forschungsvorhabens steht die experimentelle Charakterisierung der Grenzformänderung in Abhängigkeit der Walzrichtung (Anisotropie) und die Beschreibung des Formänderungsvermögens für lineare und nicht-lineare Umformprozesse durch die Erweiterung eines phänomenologischen Ansatzes um den Aspekt der Anisotropie. Die wesentlichen Arbeitsinhalte des Forschungsprojektes umfassen dabei die experimentelle Bestimmung der Restformänderung in Abhängigkeit der Walzrichtung mit Hilfe der lehrstuhleigenen Blechprüfmaschine BUP 1000, welche durch bewilligte Mittel der DFG im Rahmen des Großgeräteantrages INST 95/1268-1 angeschafft wurde. Die experimentelle Datenbasis dient zur Identifikation des Wirkzusammenhangs zwischen anisotropen Materialverhaltens und Grenzformänderung. Anschließend erfolgen eine Parametrisierung der Dehnpfade und die Erweiterung eines Metamodells um die Dimension der Walzrichtung. Abschließend erfolgt die Identifikation des Werkstoffeinflusses auf die entwickelte Vorgehensweise und Ableitung eines Skalierungsansatzes innerhalb von Werkstoffklassen. Mit den angestrebten Forschungsergebnissen wird die Bewertung von nicht-linearen Dehnpfaden, wie sie beispielsweise in mehrstufigen Umformoperationen auftreten, unter Berücksichtigung der Anisotropie ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Roland Golle