FE-basierte Rückfederungsvorhersage von Blechumformprozessen aus Leichtbauwerkstoffen unter Berücksichtigung der anisotropen Verfestigung

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Marion Merklein
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403835472

Die übergeordnete Zielsetzung in der zweiten Projektphase ist die Verbesserung der numerischen Auslegung von Tiefziehprozessen bei erhöhten Temperaturen in Abhängigkeit von der Umformgeschwindigkeit. Nach vorherigen Untersuchungen weisen Aluminiumlegierungen der 7000er Serie sowohl ein Zug-Druck-asymmetrisches als auch dehnratensensitives Materialverhalten auf. Diese Aspekte beeinflussen neben der Temperatur das Verfestigungs- und Rückfederungsverhalten. Aus diesem Grund wird ein phänomenologisches Materialmodell unter Berücksichtigung der anisotropen Verfestigung in Abhängigkeit von der Umformtemperatur und der Umformgeschwindigkeit erarbeitet, um das spezifische Werkstoffverhalten von höchstfesten Aluminiumlegierungen numerisch abbilden zu können. Nach den Erkenntnissen aus der ersten Projektphase ist es mit den gegebenen Prüfaufbauten nur bedingt möglich, das spannungszustandsabhängige Umformverhalten von AA7020-T6 und AA7075-T6 bei Temperaturen über 100 °C zu untersuchen. Deshalb ist es erforderlich, die Prüfaufbauten zu modifizieren, um das Werkstoffverhalten in einen für 7000er Aluminiumlegierungen relevanten Temperaturbereich zu untersuchen. Auf Basis dieser Analyse wird das in der ersten Phase zu entwickelnde Materialmodell um einen Term in Abhängigkeit von der Dehnrate und der Temperatur erweitert. Durch die Modellierung des anisotropen Verfestigungsverhaltens in Korrelation zur Umformgeschwindigkeit und Umformtemperatur ist eine verbesserte Abbildung des Werkstoffverhaltens gegeben. Um das Materialmodell zu validieren, werden Tiefziehversuche mit bei erhöhten Temperaturen und unterschiedlichen Umformgeschwindigkeiten durchgeführt. Die Validierung findet auf Basis der Blechausdünnung und des Kraft-Weg-Verlaufes während des Tiefziehprozesses statt. Zudem soll das Rückfederungsverhalten mit offenen Kreuzprofilen und offenen T-Profilen bestimmt werden. Da die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück den Tiefziehprozess beeinflusst, werden die entsprechenden Reibzahlen im Streifenziehversuch ermittelt. Somit kann nach erfolgreicher Validierung des Materialmodells in Abhängigkeit von der Umformgeschwindigkeit und der Temperatur die numerische Abbildungsgenauigkeit und Prognosegüte von Halbwarm- und Warmumformprozessen hinsichtlich des Rückfederungsverhaltens verbessert werden. Infolgedessen wird Zeit bei der Prozessauslegung eingespart, da aufwändige experimentelle Iterationsschleifen vermieden werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen