Thermomechanische Wechselwirkung in der Scherschneideinflusszone

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Wolfram Volk
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 360148869

Das Scherschneiden ist ein wichtiges Verfahren zum spanlosen Trennen metallischer Materialien. Eine besondere Rolle für die Qualitätsbewertung des Prozesses spielt die Ausbildung der Schnittfläche. Viele bisherige Arbeiten beschäftigen sich daher mit dem Einfluss unterschiedlicher Prozessparameter, wie der Schneidkantengeometrie, der Schnittgeschwindigkeit sowie dem Schneidspalt, auf die Ausbildung der Schnittfläche. Das Materialversagen tritt in der Scherzone bei Erreichen der Schubbruchgrenze auf, welche abhängig vom Deformations- sowie vom Spannungszustand ist. Das Materialverhalten wird dabei maßgebliche durch die Dehnung, die Dehnrate sowie die Temperatur bestimmt. Diese Größen treten in der Scherschneideinflusszone während des Schneidvorgangs in Wechselwirkung. Eine ganzheitliche Beschreibung dieses komplexen Wirkzusammenhangs ist bisher nicht möglich. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es daher, eine Mess- und Auswertemethodik entwickelt, die eine synchrone Untersuchung der Dehnung, Dehnrate und Temperatur in der Scherzone ermöglicht. Das Werkstoffverhalten wird durch die Messung der Prozessgrößen quantitativ unter Berücksichtigung der drei Prozessparameter, dem Schneidspalt, der Schneidkantengeometrie der Aktivelemente und der Schneidgeschwindigkeit bewertet. Hierzu wird ein Scherschneidwerkzeug aufgebaut, das erstmals eine In-situ hochaufgelöste Messung der auftretenden lokalen Dehnungen, Dehnraten und Temperaturen des Werkstoffs in der Schneideinflusszone in Abhängigkeit der Schneidstempelgeschwindigkeit und Schneidstempeleindringtiefe erlaubt. Die Interpretation der Messverläufe zusammen mit einer integrierten Schneidkraft - Weg - Messung ermöglicht eine erweiterte Beschreibung des Materialverhaltens beim Scherschneiden bis zum Rissbeginn. Daraus werden die Spezifikationen einer Materialkarte für die Scherschneidsimulation abgeleitet. Die Entwicklung und Erprobung der Mess- und Auswertemethodik bildet einen wichtigen Meilenstein und die Basis für die Erstellung eines Metamodells zur Vorhersage der Schnittflächenausbildung.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Roland Golle