Modellierung und Regelung der Ausformung komplexer Rohrbauteile unter optimierter Nutzung der Martensitbildung bei austenitischen Edelstählen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Christ; Professor Dr.-Ing. Bernd Engel; Professorin Dr.-Ing. Kerstin Weinberg
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 29856112

Primäres Ziel des Projektes ist die durchgehende plastomechanische Abbildung einer Prozesskette mit Hinblick auf die Vorhersage der Produkteigenschaften am Beispiel eines stabilen und eines metastabilen austenitischen Stahls. Die abzubildende Prozesskette besteht aus der diskontinuierlichen Rohrherstellung nach einem modifizierten U-O-Verfahren sowie dem Freiformbiegen des Rohres. Bei diesem Biegeverfahren wird die Umformung nicht durch die Werkzeuggeometrie bestimmt sondern durch die Zustellung von Werkzeugteilen, die Geometrie stellt sich somit unter der Wirkung von Spannungen im Bauteil ein. Hierbei wird eine gezielte Beeinflussung der Festigkeitseigenschaften des verformten Bauteils durch die Bildung verformungsinduzierten Martensits angestrebt. Der Schwerpunkt liegt in der Optimierung des Ermüdungsverhaltens im Bereich sehr hoher Lastspielzahlen (N > 106), dessen Zusammenhang mit den Umformparametern es experimentell zu erfassen gilt. Die Steuerung der Werkzeugzustellung ersetzt das formspeichernde Werkzeug. Daher kommt der Prozesssteuerung und der plastomechanischen Modellierung der Umformung eine besondere Bedeutung zu. Eine derzeit häufig angewandte Methode zur Auslegung von Umformprozessen ist die Simulationen auf Basis der Finiten Elemente. Diese Berechnungen sind meist für eine online-Maschinensteuerung bzw. -Regelung zu langsam. Zudem ist die Abbildung von Prozessketten mit Übergabe der Werkstoffeigenschaften zwischen den Prozessen bisher kaum eingesetzt. Die schnelle Simulation bzw. Prozessabbildung auf plastomechanischer Basis unter Einbeziehung von im Prozess gemessener Daten kann eine gezielte Steuerung des Prozesses ermöglichen. Hierfür wird die detaillierte FE-Analyse schrittweise vereinfacht, um eine schnellere Berechnung der Zustellungen und der Produkteigenschaften (optimale Mikrostruktur an den Stellen der höchsten zyklischen Beanspruchung) zu erhalten. Die vorherzubestimmenden Produkteigenschaften sind einerseits die Geometrie des Rohrbogens und andererseits Festigkeits- und Dauerfestigkeitskenngrößen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1204: Algorithmen zur schnellen, werkstoffgerechten Prozesskettengestaltung und -analyse in der Umformtechnik
• Beteiligte Person: Professor Dr. Franz-Theo Suttmeier