Analyse der geometrischen Abweichungen langer Schmiedebauteile unter Berücksichtigung des Einflusses veränderlicher Spannungszustände auf das umwandlungsplastische Dehnverhalten

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 511687873

Das Ziel des geplanten Forschungsvorhabens liegt in der numerischen Analyse des auftretenden Verzuges in mehrstufigen Prozessketten zur Herstellung langer Schmiedebauteile unter Berücksichtigung der mechanischen, thermischen und metallurgischen Materialeigenschaften. Eine Herausforderung in der Prozess- und Bauteilauslegung sind jedoch die auftretenden geometrischen Abweichungen. Insbesondere in mehrstufigen verketteten Warmmassivumformprozessen durchläuft das Werkstück eine Vielzahl an unterschiedlichen und lokal variierenden thermischen und mechanischen Belastungen, die im Zusammenspiel mit den auftretenden Gefügeumwandlungen zu lokal unterschiedlichen Eigenspannungen und letztendlich zum Verzug im fertigen Bauteil führen können. Der Auslegungs- und Designprozess solcher Bauteile erfolgt daher häufig iterativ, was in einem hohen Zeitaufwand sowie Ressourceneinsatz in Form von Versuchswerkzeugen bzw. manuellen Werkzeugüberarbeitungen resultiert. Großes Potential bietet hier der Einsatz der numerischen Simulation. So können mögliche Verzugsursachen schon in der Entwicklungsphase analysiert sowie Verzüge durch eine angepasste Prozessführung kompensiert werden. Voraussetzung für den Einsatz der numerischen Simulation im Hinblick auf eine realitätsnahe Abbildung des Verzuges in der Warmmassivumformung ist jedoch die miteinander in Wechselwirkung stehenden thermischen, mechanischen und metallurgischen Effekte in den verschiedenen Umformstufen mittels geeigneter Materialmodelle zu beschreiben. Hierfür soll das im DFG-Normalvorhaben entwickelte Materialmodell, mit dem die thermisch, mechanisch und metallurgischen Wechselwirkungen abgebildet werden können, auf eine industriell relevante mehrstufige Prozesskette zur Herstellung langer Schmiedebauteile transferiert und erweitert werden. Hierfür wird mit dem Anwendungspartner ein praxisnaher mehrstufiger Demonstratorprozess definiert und im Rahmen der Projektbearbeitung umgesetzt. Zur Berücksichtigung der auftretenden thermischen, mechanischen und metallurgischen Effekte werden das eingesetzte Werkstück- und Werkzeugmaterial umfassend charakterisiert. Für die ganzheitliche Abbildung wird ein verkettetes Simulationsmodell des Demonstratorprozesses aufgebaut und validiert. Abschließend erfolgt anhand des validierten Models die numerische Analyse von Verzugsursachen in mehrstufigen verketteten Warmmassivumformprozessen. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen können somit Handlungsempfehlungen und Maßnahmen für die Prozessstufen abgeleitet werden, um somit den Verzug im Prozess aktiv zu kompensieren und aufwändige Nachbearbeitungen zu minimieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: Schöneweiss & Co GmbH
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Kai Brunotte