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Projekt
Untersuchung eigenspannungsrelevanter Elementarvorgänge bei fließgepressten Bauteilen in der Herstellungs- und Betriebsphase
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professorin Dr.-Ing. Marion Merklein; Professor Dr.-Ing. Paul Steinmann
Fachliche Zuordnung
Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
Mechanik
Mechanik
Förderung
Förderung seit 2017
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 374688875
Eigenspannungen (ES) beeinflussen maßgeblich das Einsatzverhalten von umgeformten Bauteilen. Es wird daher die übergeordnete Zielsetzung verfolgt, bereits in der Umformung gezielt einen vorteilhaften ES-Zustand im Bauteil zu erzeugen, wobei das Voll-Vorwärts-Fließpressen als Referenzprozess dient. Das Forschungsvorhaben sieht hierzu vor, ein Verständnis der Entstehungs- und Relaxationsmechanismen von ES zu generieren, ES-relevante Prozessfaktoren zu identifizieren und verfahrensseitige Maßnahmen zur Einstellung von Bauteileigenschaften zu ermitteln, um damit eine Verbesserung des Betriebsverhaltens infolge des umforminduzierten ES-Zustands zu erreichen. In der ersten Phase (Beginn: 01/2018) wurde die ES-Entstehung während der Bauteilherstellung untersucht. Dazu wurde der Umformprozess unter Verwendung der Stähle 1.4016 (ferritisch) und 1.4462 (ferritisch-austenitisch) experimentell und numerisch analysiert. Die Untersuchungen zeigten, dass ein reproduzierbares Einbringen von ES und deren Modifikation durch Anpassung von Prozessparametern möglich ist. Die gemessenen und berechneten ES stimmen qualitativ überein. Für numerische ES-Analysen wurden spezielle Subroutinen entwickelt, um den ES-Zustand bereits während der Umformung nachzuverfolgen, beispielsweise durch Inkompatibilitätsdichten als Indikatoren für Eigenverzerrungen. In der zweiten Phase (Beginn: 01/2020) wurden die Messmethoden qualitativ und quantitativ validiert. Die Möglichkeit der Verbesserung des Bauteil-ES-Zustands wurde durch Variation der Umformparameter gezeigt. Hierbei konnten durch Änderung des Schulteröffnungswinkels und des Schmierstoffs Druck-ES in der Bauteiloberfläche induziert werden. Hinsichtlich der Untersuchungen zu Auswirkungen des eingebrachten ES-Zustands wurde ein Prüfstand zur zyklischen mechanischen Belastung der Bauteile entwickelt. Dabei zeigte sich Unterschiede im Ermüdungsverhalten von ES-behafteten und geglühten Bauteilen, welche auf überlagerte Einflüsse von ES und Verfestigung zurückzuführen sind. Zur robusten Prozessauslegung wurden die Einflüsse prozessseitiger Störgrößen auf die resultierenden Bauteileigenschaften untersucht. Im Fokus der dritten Phase stehen die Optimierung und Tolerierung des Umformprozesses sowie das Nutzen der Erkenntnisse und der Ursachen-Wirkzusammenhänge von ES-Entstehung und -Stabilität für die Prozessgestaltung zur gezielten Einstellung der Bauteillebensdauer. Dazu wird die Stabilität der umformtechnisch eingebrachten ES unter festgelegten Einsatzrandbedingungen untersucht. Zur Gestaltung, Auslegung und Optimierung des Umformprozesses sollen an Demonstratorbauteilen ES-relevante Wirkmechanismen und Kausalzusammenhänge identifiziert und allgemeingültige Strategien zur Eigenschaftsverbesserung erarbeitet und auf den Herstellungsprozess eines realitätsnahen Bauteils übertragen werden. Die Sicherstellung der Vorhersagbarkeit der Bauteileigenschaften erfolgt durch in Phase 3 zu optimierende numerische Prognosemodelle.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
