Entwicklung einer plane strain-Prüfmethode von Rohrhalbzeugen für große Dehnratenbereiche

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr.-Ing. Verena Psyk; Professor Dr.-Ing. Martin Franz-Xaver Wagner
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464455227

Die Methodenplanung für Umformprozesse erfolgt oft auf Basis simulationsbasierter Auslegungen, die detaillierte Informationen über das elastisch-plastische Werkstoffverhalten erfordern. Für ebene Blechhalbzeuge bestehen etablierte Grundlagenversuche und Modellierungsansätze für die Finite-Elemente-(FE)-Simulation, die sich aber nur sehr eingeschränkt auf Rohrhalbzeuge übertragen lassen. Bestehende Versuche zur Charakterisierung von Rohrhalbzeugen (z.B. Ringzugversuch, Rohrberstversuch) haben sich in der industriellen Praxis kaum durchgesetzt, sondern es wird überwiegend auf vorhandene Materialkarten basierend auf der Prüfung ebener Blecherzeugnisse zurückgegriffen. Daraus resultiert ein erhebliches Fehlerpotenzial bei der Simulation der folgenden Umformprozesse und das Potenzial einer simulationsbasierten Prozessauslegung wird nicht vollständig ausgeschöpft. Im beantragten Forschungsvorhaben wird deshalb eine neue Methode zur Werkstoffprüfung an Rohrhalbzeugen entwickeln, die die bestehenden Nachteile aktueller Prüfmethoden egalisiert.Die prozessgerechte numerische Abbildung des Werkstoffverhaltens erfordert eine Werkstoffprüfung unter den umformtechnischen Bedingungen, die für das abzubildende Verfahren charakteristisch sind. Im Kontext der Umformung von Rohrhalbzeugen stellt die Innenhochdruck-Umformung (IHU) für Rohrhalbzeuge das dominierende Fertigungsverfahren neben Biege- bzw. Vorformschritten dar. Für diese ist der ebene Dehnungszustand sowie Dehnraten in der Größenordnung von bis zu einigen 10/s besonders relevant. Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung, Erprobung und Validierung einer Prüfstrategie zur Werkstoffcharakterisierung von Rohrhalbzeugen unter diesem Dehnungszustand und bei hohen Dehnraten. Unter Anwendung der vorgestellten Methodik wird gegenüber dem Stand der Technik eine deutlich exaktere Modellierung des Werkstoffverhaltens und so eine genauere numerische Abbildung der Umformung von Rohrhalbzeugen realisiert. Eine umfangreiche lokal aufgelöste Charakterisierung des Rohrhalbzeugs ermöglicht eine Identifizierung der Wirkzusammenhänge zwischen Gittertyp, Textur, Spannungszustand und Dehnratensensitivität. Durch das resultierende tiefere Verständnis der mikromechanischen Vorgänge im Werkstoff ist eine deutliche Verbesserung der Modellqualität zu erwarten. Untersucht wird zunächst exemplarisch die Stahllegierung C45 als einfacher (kubisch-raumzentrierter) Modellwerkstoff, an dem die grundlegenden werkstofftechnischen Wechselwirkungen klar erfasst werden können. Anschließend wird die Prüfmethodik auf einen austenitischen (kubisch-flächenzentrierten) Chrom-Nickel-Stahl (1.4301) übertragen, der im industriellen Kontext im Bereich von Abgasanlagen eingesetzt wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Sebastian Fritsch; Dr.-Ing. Sven Winter