Multiskalen-Simulation zur Beschreibung des Anisotropieverhaltens beim Rohrziehen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Heinz Palkowski
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 447086260

Bei der Herstellung von Präzisrohren stellt die Reduzierung der Exzentrizität schon in einer frühen Phase des Prozesses eine Herausforderung dar. Im DFG-Projekt wurde gezeigt, dass sie und die Eigenspannungen in gezogenen Rohren mit der Kippung der Matrize oder einem Versatz zwischen Matrize und Rohr kontrolliert werden kann. Dazu wurden Cu-Rohre diverser Abmessungen untersucht und deren Exzentrizitäts-, Eigenspannungs- und Texturveränderungen experimentell und simulativ analysiert. Zur Beschreibung von Texturänderungen wurde ein 3D FEM Modell entwickelt und eine UMAT Subroutine programmiert. Die für den Chrystal-Plasticity (CP)-Ansatz erforderlichen elastischen und plastischen Verfestigungsparameter zur Beschreibung des Fließverhaltens wurden dabei der Literatur entnommen und in die FEM-Berechnungen importiert. Die Simulationsergebnisse stimmen recht gut mit den experimentellen Daten überein.Ziel des Antrags ist es, den Ansatz durch Modifizierung des vorhandenen CP Finite Element (CPFE) Modells durch eine Multiskalen Simulation zu verbessern. Dazu soll ein Modell entwickelt werden, das auf dem Integrated Computational Materials Engineering (ICME) basiert. Jedoch soll das bestehende Modell zunächst auf seine Tragfähigkeit für andere Werkstoffe – hier Al-Rohre – getestet werden. Die Multiskalenmethode wird zur Gewinnung aller notwendigen Parameter für das endgültige CPFE-Modell angewandt. Damit wird auch ein präziseres und genaueres Prognosewerkzeug zur Analyse der Umformprozesse bereitgestellt, da die Vorhersage der mechanischen Eigenschaften auf Strukturebene hinsichtlich der Wirkung von Merkmalen in kleineren Skalen durchgeführt wird. Darüber hinaus wird mit Hilfe des ICME-Ansatzes ein Rahmen entwickelt, der vier verknüpfte Längenskalen (electronic-atomic-micro-meso) zur Vorhersage des Materialverhaltens während des Rohrziehprozesses abdeckt. Das Fernziel ist, damit ein Instrument zu schaffen, das es ermöglicht, auch andere Parameter - wie unterschiedliche Materialien, Umformgrade und verschiedene Kipp- / Versatzwerte sowie schließlich auch andere Umformprozesse – zu berücksichtigen. Zu diesem Zweck wird die Dislocation Dynamic (DD) verwendet, um die Konstanten der Härtungsregel zu definieren. Danach werden die anisotropen Verfestigungsparameter für Cu und Al durch DD-Simulationen (Mikroskala) berechnet. Ein Input für die DD-Berechnungen wird die Versetzungsmobilität sein, die durch Molekulare Dynamische (MD) -Berechnungen (atomar) ermittelt wird. Anisotrope elastische Konstanten werden mit der Modified Embedded Atomic Method (MEAM) berechnet, um die erforderlichen Potentiale auch für die MD-Berechnungen zu erhalten. Bei der elektronischen Waage wird die Density Functional Theory verwendet, um die Generalisierte Stacking Fault Energie (GSFE) und die Energieänderungen als Funktion des Gitterparameters zu ermitteln. Abschließend wird dieser zu entwickelnde Rahmen mit experimentell gemessenen Ergebnissen validiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen