SPP 2013:  Gezielte Nutzung umformtechnisch induzierter Eigenspannungen in metallischen Bauteilen

• Fachliche Zuordnung: Maschinenbau und Produktionstechnik ; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
• Förderung: Förderung seit 2017
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 313778369

Die Herstellung von Bauteilen durch Umformung führt zu Eigenspannungen, welche die Bauteileigenschaften nachhaltig beeinflussen. Solche inneren Beanspruchungen können beispielsweise Auswirkungen auf die Herstellbarkeit sowie die Lebensdauer besitzen. In der Regel wird angestrebt, Eigenspannungen zu vermeiden bzw. zu verringern, da ihnen vornehmlich negative Eigenschaften zugewiesen werden. Dabei wird außer Acht gelassen, dass Eigenspannungen auch gezielt eingesetzt werden können, um beispiels-weise die statische und die Betriebs- bzw. Schwingfestigkeit zu verbessern, wenn sie entgegen der Richtung der Betriebsbeanspruchung wirken. Insgesamt wird die Nutzbarkeit von umformtechnisch eingebrachten Eigenspannungen zur Verbesserung der Bauteileigenschaften bislang nicht in Erwägung gezogen bzw. wissenschaftlich nicht eingehend untersucht.Im Rahmen dieses Schwerpunktprogramms sollen daher die wissenschaftlichen Grundlagen erarbeitet werden, um die gezielte Nutzung umformtechnisch induzierter Eigenspannungen in metallischen Bau-teilen beurteilen und ermöglichen zu können. Die Erforschung dieses Themengebiets kann nur durch die inter-disziplinäre Zusammenarbeit der Fachbereiche Produktionstechnik, Werkstofftechnik, Mechanik und Betriebsfestigkeit erfolgen, da die Beurteilung der Entstehung und Stabilität von Eigenspannungen und deren Auswirkungen auf die Lebensdauer eng mit der Herstellung (Verfahren und Werkstoffe), den verfügbaren Nachweismethoden sowie der numerischen Simulation und Vorhersagbarkeit zusammenhängen.Die Ziele des Programms sind es, zum einen den Nachweis der Stabilität von Eigenspannungen zu erbringen und Abhängigkeiten von Prozess- und Materialschwankungen auf die oben genannten Themengebiete aufzuzeigen. Zum anderen sollen mögliche Eigenschaftsverbesserungen umformtechnisch hergestellter Bauteile aufgezeigt und nachgewiesen werden. In der ersten Phase des Schwerpunktprogramms soll dies qualitativ, in der zweiten Phase quantitativ gezeigt werden. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen konzentrieren sich die Arbeiten der dritten Phase auf die Gestaltung und Auslegung notwendiger Prozesse, Anlagen und Werkzeuge. Es sollen hierbei Analyseverfahren verbessert bzw. neu entwickelt werden, um Eigenspannungen und deren Entstehung sowie Auswirkungen auf die Bauteileigenschaften nachzuweisen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme

Projekte

• Charakterisierung und Nutzung prozessinduzierter Eigenspannungen bei der Herstellung von Funktionsflächen durch Near-Net-Shape-Blanking Verfahren (Antragsteller Stahl, Karsten ;  Volk, Wolfram )
• Experimentelle Charakterisierung und numerische Analyse der schwingfestigkeitssteigernden Wirkung von Eigenspannungen in quergewalzten Bauteilen (Antragsteller Brosius, Alexander ;  Kästner, Markus )
• Experimentelle sowie numerische Modellierung und Analyse mikrostruktureller Eigenspannungen von warmmassivumgeformten Bauteilen mit gezielter Abkühlung (Antragsteller Behrens, Bernd-Arno ;  Brands, Dominik ;  Schröder, Jörg )
• Gezielte Eigenspannungsnutzung in Elektroblechen zur Steigerung der Energieeffizienz (Antragsteller Hameyer, Kay ;  Schulz, Michael ;  Volk, Wolfram )
• Gezielte Einbringung von Eigenspannungen durch geeignete Umformprozesse zur Erzeugung bistabiler, metallischer, vollständig geschlossener Rohrprofile (Antragsteller Hirt, Gerhard )
• Gezielte Einstellung von Eigenspannungen während der Kaltmassivumformung (Antragsteller Groche, Peter ;  Oechsner, Matthias )
• Gezielte Erzeugung und Stabilisierung von Eigenspannungen in austenitischen Tellerfedern durch inkrementelle Umformung und integrierte Randzonenbeeinflussung (Antragsteller Buhl, Johannes ;  Walther, Frank )
• Gezielte umformtechnische Erzeugung von Eigenspannungen durch lokales Einprägen von Strukturen in Blechdickenrichtung zur Verbesserung der Bauteileigenschaften (Antragsteller Böhlke, Thomas ;  Gibmeier, Jens ;  Liewald, Mathias )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Volk, Wolfram )
• Steuerung der Bauteileigenschaften beim Rundkneten (Antragsteller Epp, Jérémy ;  Kuhfuß, Bernd )
• Umformtechnische Erzeugung von Druckeigenspannungen beim Drahtziehen für die Herstellung von hochbelastbaren Federn (DruDraZie) (Antragstellerinnen / Antragsteller Bergmann, Markus ;  Kräusel, Verena ;  Reimers, Walter )
• Untersuchung eigenspannungsrelevanter Elementarvorgänge bei fließgepressten Bauteilen in der Herstellungs- und Betriebsphase (Antragstellerinnen / Antragsteller Merklein, Marion ;  Steinmann, Paul )
• Verbesserung des Einsatzverhaltens inkrementell umgeformter Bauteile durch gezielte Eigenspannungsinduktion (Antragsteller Lampke, Thomas ;  Tekkaya, A. Erman )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Wolfram Volk