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

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Christ; Professor Dr.-Ing. Bernd Engel; Professorin Dr.-Ing. Kerstin Weinberg
• Subject Area: Primary Shaping and Reshaping Technology, Additive Manufacturing ; Mechanical Properties of Metallic Materials and their Microstructural Origins
• Term: from 2006 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 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 Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1204: Algorythms for Fast, Material Specific Process-Chain Design and Analysis in Metal Forming
• Participating Person: Professor Dr. Franz-Theo Suttmeier