Nutzung unterschiedlicher Fließspannungen beim Umformen inhomogen erwärmter Rohteile

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391204362

Das Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist die Ermittlung des Effektes einer inhomogenen induktiven Erwärmung von Rohteilen auf die nachfolgenden Schritte einer Schmiedeprozesskette. Dabei sollen unterschiedlicher Fließspannungen in gezielt inhomogen erwärmten Rohteilen zur Beeinflussung des Umformverhaltens genutzt werden. Zur Ermittlung des Potentials sollen unterschiedliche Prozesse mit homogener und inhomogener Rohteilerwärmung betrachtet und hinsichtlich verschiedener Kriterien (Gratbildung, Falten, Umformkraft) bewertet werden. Zudem sollen die Verfahrensgrenzen der technischen Umsetzbarkeit einer inhomogenen Erwärmung bestimmt werden. Abgrenzend zu der industriell etablierten, partiellen Erwärmung, bei der nur Teilbereiche der Rohteile erwärmt und auch nur diese umgeformt werden, soll hier das gesamte Rohteil inhomogen erwärmt und umgeformt werden. Die Forschungsergebnisse sollen dazu beitragen, Fertigungs¬prozesse in der Massivumformung hinsichtlich Materialeinsatz und Energieaufwand effizienter zu gestalten sowie Vorformschritte zu vereinfachen. Aus diesem Ziel lassen sich die folgenden drei Teilziele dieses Antrags ableiten.Das erste Teilziel ist die simulative und experimentelle Untersuchung der Einstellbarkeit eines inhomogenen Temperaturfeldes in zylindrischen Rohteilen durch Induktion. Um Skalierungseffekte bewerten zu können, solle Rohteile mit stark unterschiedlichen Abmessungen im Bereich industriell üblicher Dimensionen untersucht werden. Primäres Kriterium der Einstellbarkeit ist der Temperaturausgleich in Abhängigkeit von der Zeit. Es soll ein entsprechendes FEM-Modell gebildet und durch praktische Erwärmungsversuche verifiziert werden. Im Fokus des zweiten Teilziels liegt die Untersuchung des Effektes der inhomogen Erwärmung von Rohteilen auf Schmiedeprozessketten mit Vor- und Fertigformschritten durch FEM-Simulationen. Dazu sind unterschiedliche Prozessketten mit inhomogen erwärmten Rohteilen auszulegen und zu bewerten. Zu Vergleichszwecken sollen außerdem Referenzprozesse mit homogen erwärmten Rohteilen ausgelegt und bewertet werden. Schließlich soll durch die Simulationen für alle Prozessketten ein geeignetes Parameterfeld für experimentelle Versuche identifiziert werden.Das dritte Teilziel liegt in der experimentellen Untersuchung des Effektes inhomogen erwärmter Rohteile auf eine Schmiedeprozesskette mit Vor- und Fertigformschritten. Dazu sind die simulativ betrachteten Referenz- und Alternativprozesse aus dem zweiten Teilziel durch experimentelle Erwärmungs- und Umformversuche nachzubilden. Anschließend erfolgt eine vergleichende Bewertung der Prozessketten nach den etablierten Bewertungskritierien (z. B: Materialeinsatz, Falten, Umformkräfte), um die Potentiale einer inhomogenen Rohteilerwärmung zu ermitteln. Um Aussagen über die Bauteilqualität treffen zu können, sind die in unterschiedlichen Prozessen gefertigten Bauteile hinsichtlich ihrer Maßhaltigkeit und hinsichtlich ihres Gefüges zu analysieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen