Wirkmedienbasierte Halbwarmumformung von höchstfesten Stahlwerkstoffen mit formlos festen Stoffen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Durch das Projekt konnten umfangreiche Erkenntnisse zum Prozess Halbwarm-Hochdruck-Blechumformung mit formlos festen Stoffen als Wirkmedium gewonnen werden. Basierend auf einem Prozessmodell wurden die relevanten Eingangs-, Ausgangs-, Stör- und Steuergrößen identifiziert und anschließend jeweils genauer untersucht. Die dabei ermittelten Kennwerte dienten zugleich als Eingangsdaten für die Abbildung des Prozesses in der numerischen Simulation. Für die drei Platinenwerkstoffe, den Tiefziehstahl DC04, den Complexphasen-Stahl CP-W 800 sowie den Martensitphasen-Stahl MS-W1200 wurden Fließkurven und Grenzformänderungsdiagramme bei Temperaturen bis zu 600 °C ermittelt. Die drei unterschiedlichen Körnungen des eingesetzten keramischen, kugeligen Strahlmittels wurden in Kompressionsund Scherversuchen untersucht, woraus die benötigten Eingangsdaten für das Drucker-Prager-Kappenmodell in ABAQUS für die numerische Simulation berechnet wurden. Das Werkstoffmodell sowie die Eingangsparameter konnten durch Abbildung von Kompressions- und Scherversuch in der numerischen Simulation und Vergleich mit den Realversuchen validiert werden. Des Weiteren konnten für die drei Kontakte zwischen Platine und Werkzeugkomponenten, Platine und Wirkmedium sowie Wirkmedium und Werkzeug Reibzahlen ermittelt werden. Für den Kontakt zwischen Platine und Werkzeug erfolgte dies durch Napfzugversuche in Kombination mit einer Erweiterung der Formel für die Ziehkraft nach Siebel für Temperaturen von bis zu 600 °C und unter Verwendung verschiedener Trockenschmierstoffe. Untersuchungen zum Leckageverhalten des Wirkmediums zeigen, dass Spalthöhen von bis zu 2 mm abgedichtet werden können, wodurch ein distanzierter Niederhalter bei der Hochdruckblechumformung eingesetzt werden kann. Dabei ist die Prozessgrenze der Leckage durch die aus dem Tiefziehen bekannte Prozessgrenze Faltenbildung zu ersetzen. Untersuchungen zu den thermischen Kennwerten des Wirkmediums zeigten, dass aufgrund des geringen Wärmeübergangskoeffizienten zwischen beheiztem Werkzeug und Wirkmedium sowie der geringen Wärmeleitfähigkeit des Wirkmediums keine temperaturabhängigen Werkstoffkennwerte für die Beschreibung des Wirkmediums nötig sind, falls die Taktzeiten nur wenige Minuten betragen und das Wirkmedium nach jedem Versuch aufbereitet wird. Eine Aufbereitung ist dabei zu empfehlen, um dem steigenden Bruchanteil entgegenzuwirken, wodurch sich die Eigenschaften des Wirkmediums deutlich ändern können. Mit den Eingangsdaten für den Platinenwerkstoff, für das Wirkmedium, für die drei Reibzahlen der drei Kontakte sowie für das elastische Werkzeugverhalten kann das Umformergebnis für die drei eingesetzte Platinenwerkstoffe bei Umformtemperaturen von bis zu 600 °C mit nur geringen Abweichungen prognostiziert werden. Dieses numerische Prozessmodell dient zugleich der Weiterentwicklung des Prozesses, wobei insbesondere in zukünftigen Arbeiten der Fokus auf Maßnahmen zur Vermeidung von Brückenbildung im Wirkmedium, dem begrenzenden Faktor bei der Ausformung der Napfbodenradien, liegen sollte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Comparison of numerical simulation and measurement of shear test and uniaxial compression test to verify material model for granular material used as medium for hydroforming. In: Warsaw University of Technology, Faculty of Production Engineering 2010 (Hrsg.): Proc. 5th International Conference on Advances in Production Engineering, Publishing and Printing House of the Institute for Suitainable Technologies, 2010, 418-426
Grüner, M.; Merklein, M.
- Numerical Simulation of Hydroforming at Elevated Temperatures with Granular Material Used as Medium Compared to the Real Part Geometry. Int J Mater Form 3(2010)1, 279-282
Grüner, M.; Merklein, M.
- Influences on the Molding in Hydroforming Using Granular Material as a Medium. In: Chung, K. (u.a.) (Hrsg.): AIP Conference Proceedings Volume 1383 - The 8th International Conference and Workshop on Numerical Simulation of 3D Sheet Metal Forming Processes (NUMISHEET 2011), American Institute of Physics, 2011, 645-652
Grüner, M.; Merklein, M.
- Enhancing Process Limits of Blank Hydroforming. In: Institut für Umformtechnik (IFU) Universität Stuttgart (Hrsg.): Internationale Konferenz „Hydroumformung von Blechen, Rohren und Profilen“, MAT INFO Werkstoff-Informationsgesellschaft mbH, 2012, 61-80
Merklein, M.; Grüner, M.; Rösel, S.
- Blank hydroforming using granular material as medium - investigations on leakage. Procedia Engineering 81(2014), 1035-1042
Grüner, M.; Gnibl, T.; Merklein, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.10.137) - Determination of friction coefficients in deep drawing by modification of Siebel's formula for calculation of ideal drawing force. Prod. Eng. Res. Devel. 8(2014)5, 577-584
Grüner, M.; Merklein, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11740-014-0551-1)
