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Projekt
Umformtechnische Erzeugung von Druckeigenspannungen beim Drahtziehen für die Herstellung von hochbelastbaren Federn (DruDraZie)
Antragstellerinnen / Antragsteller
Dr.-Ing. Markus Bergmann; Professorin Dr.-Ing. Verena Kräusel; Professor Dr. Walter Reimers
Fachliche Zuordnung
Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
Förderung
Förderung von 2017 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 372788207
Ziel des Vorhabens ist es, Draht als Vormaterial für die Herstellung von Torsionsstabfedern mithilfe gezielt modifizierter Ziehsteingeometrien so zu beeinflussen, dass die sich während der Zugdruckumformung durch Drahtziehen über dem Querschnitt ausbildenden unterschiedlichen Spannungsverteilungen die Umformbarkeit des Drahtes nicht begrenzen und somit durch die verbleibenden Eigenspannungen Biegeradien realisierbar werden, die mit konventionell erzeugten Federdrähten nicht herstellbar sind. Weiterhin soll die Belastbarkeit der Torsionsstabfedern durch die eingestellte Eigenspannungsverteilung des Drahtes verbessert werden. Dazu sind wissenschaftliche Grundlagen zu erarbeiten, sodass durch eine gezielte Auslegung der Innengeometrie des Ziehsteins Druckeigenspannungen im Randbereich des gezogenen Drahtes umformtechnisch induziert werden, die für die Bauteilherstellung und vor allem für das spätere Belastungsverhalten in der Anwendung vorteilhaft sind. In der zweiten Förderperiode werden auf Basis der ermittelten Prozessparameter sowie die Verfahrensgrenzen für das „Gradierziehen“ aus der ersten Phase die Eigenschaftsverbesserungen der Bauteile quantifiziert und die Simulationsmodelle validiert. Mittels umfangreicher Untersuchungen auf dem eigens entwickelten Versuchstand zum Drahtziehen ist geplant, mit neuen Ziehsteingeometrien für den Mehrfachzug die partiell unterschiedlich eingebrachten Makro- und Mikroeigenspannungen an den hergestellten Halbzeugen weiter zu optimieren, unter Berücksichtigung von Umformgeschwindigkeit und Temperatur beim Drahtziehen. Anhand einer Demonstratorfeder erfolgt die Beurteilung der Interaktion von Biegeprozess und Eigenspannungen, um einen für die Anwendung optimierten Eigenspannungszustand einzustellen. Dafür werden die bereits begonnenen Biegeuntersuchungen simulativ und experimentell fortgeführt. Weiterhin sind statische und dynamische Belastungsuntersuchungen an den Halbzeugen und Demonstratorfedern vorgesehen, um die eingestellten Eigenspannungszustände und die dadurch erzielte Eigenschaftsverbesserung bei definierten Schwingspielzahlen (Intervallen) zu bewerten und hinsichtlich der Stabilität der Eigenspannungen zu quantifizieren. Mittels der Weiterentwicklung der Mess- und Auswertungsstrategien zur Analyse der Mikrostruktur und der Makro- und Mikroeigenspannungen in texturbehafteten Werkstoffzuständen sowie deren Validierung lässt sich die Analyse der Eigenspannungsverteilung vertiefen. Die FE Simulationen werden durch die Entwicklung eines Materialmodells, das die Phasenumwandlung des Werkstoffes während der Umformung abbildet, weiter validiert und damit die Eigenschaftsprogosen verbessert. Weitere Schwerpunkte bilden zudem die Analyse und die Bestimmung der Relevanz von Störgrößen und Materialschwankungen. Im Ergebnis wird ein innovatives Werkzeug- und Prozesskonzept für die Herstellung von Torsionsstabfedern vorliegen, die sich durch gezielt umformtechnisch induzierte Eigenspannungen auszeichnen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
