Erforschung der thermomechanischen Wechselwirkungen in der Scherzone beim Feinschneiden von höherfesten erwärmten Blechwerkstoffen (HotFib)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Forschungsprojekt wurde das Feinschneiden von Stahlblechen mit induktiver Blecherwärmung untersucht. Das Potenzial abnehmender Fließspannungen bei erhöhter Blechtemperatur ist seit langem bekannt. Jedoch lag bislang keine umfassende Erforschung der beim Feinschneiden wirkenden Effekte vor. Hier konnte das vorliegende Projekt nun erstmalig die wirkenden Effekte beschreiben und Erklärungsansätze für diese Wissenslücke in der Feinschneidtechnik liefern. Zunächst wurde anhand von Feinschneidversuchen an induktiv erwärmten 16MnCr5-Blechen gezeigt, dass eine Abhängigkeit der Stempelkraft von der Blechtemperatur und der Schneidgeschwindigkeit besteht. Die Temperaturabhängigkeit der Stempelkraft erwies sich als nichtlinear. Nach einem Kraftabfall kam es zu einem Wiederanstieg der Kraftwerte mit lokalem Maximum vor einer erneuten Abnahme der Stempelkraft bei weiter erhöhter Blechtemperatur. Dieser Verlauf konnte mit dem Effekt der dynamischen Reckalterung erklärt werden. Die Anpassung eines Fließmodells mit Parametrierung anhand von Schichtstauchversuchen ermöglichte die Überführung der Erkenntnisse in die Simulation. Die Untersuchung der Qualitätsmerkmale der Feinschnittteile zeigte einen gleichbleibend hohen Glattschnittanteil von 100 %. Die makrogeometrische thermische Schrumpfung der Teile zeigte einen linearen Zusammenhang und ließ sich mithilfe von formelmäßigen Zusammenhängen gut erklären. Der Kanteneinzug zeigte ein der Stempelkraft analoges Verhalten und stieg nach Erreichen eines lokalen Optimums mit zunehmender Blechtemperatur wieder an. Um die Erklärung der Beobachtungen mittels dynamischer Reckalterung zu überprüfen, wurden weitere Stahlklassen experimentell untersucht, deren Reckalterungsneigung geringer ausgeprägt ist. Insbesondere der auf geringe Versprödung optimierte mikrolegierte Feinkornstahl S700MC zeigte einen rein linearen Zusammenhang zwischen Blechtemperatur und Stempelkraft. Weitere Stahlklassen, insbesondere der Vergütungsstahl 42CrMo4 und der hochlegierte Stahl X5CrNi18-10, zeigten ihrer Reckalterungsneigung entsprechende Ergebnisse. Die Korrelation der zuvor erforschten Aspekte sollte im Rahmen eines Fortsetzungsantrages vom Einzel- auf den Dauerhub erweitert und um die Erforschung des Werkzeugverschleißes beim Feinschneiden von erwärmtem Stahl ergänzt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Feinschneidbarkeit von Mangan-Bor-Stahl. In: Tagungsband 16. Erlanger Workshop Warmblechumformung, ISBN 978-3-00- 070594-6, S. 69-82
Weiser, I.F.; Herrig, T. & Bergs, T.
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An analytical approach for the determination of the temperature distribution in the cross section of a sheet metal caused by inductive heating. Procedia Manufacturing, 29(2019), 353-360.
Weiser, Ingo Felix; Mannens, Robby; Feuerhack, Andreas; Trauth, Daniel & Bergs, Thomas
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Experimental Investigation of Oxide Layer Formation Depending on Temperature Holding Time during Inductive Heating of Annealed 16MnCr5. Procedia Manufacturing, 47(2020), 1328-1333.
Weiser, Ingo Felix; Hild, Rafael; Feuerhack, Andreas; Trauth, Daniel & Bergs, Thomas
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Experimental Investigation of Process Forces and Part Quality for Fine Blanking of Stainless Steel with Inductive Heating. ESAFORM 2021.
Weiser, Ingo Felix; Mannens, Robby; Feuerhack, Andreas & Bergs, Thomas
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Investigation of the Micro Hardness at the Cut Surface of Fine Blanked Parts with Variation of Sheet Material and Cutting Temperature. Key Engineering Materials, 883, 269-276.
Weiser, Ingo Felix; Feuerhack, Andreas & Bergs, Thomas
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Fine Blanking Limits of Manganese-Boron-Steel in Fine Blanking Compared to Tempered Steel with Variation of Sheet Metal Temperature. Key Engineering Materials, 926, 1122-1130.
Weiser, Ingo Felix; Herrig, Tim & Bergs, Thomas
