Verbesserte Fließkurvenmodellierung für Biegeprozesse im Bereich der geringen plastischen Dehnung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530544475

Der Einsatz von hochfesten Legierungen ist gängige Praxis bei der Herstellung von Blechformteilen. Aufgrund hoher Verhältnisse von Streckgrenze zu E-Modul, sind ausgeprägte Rückfederungseffekte zu erwarten, die die geometrische Maßhaltigkeit beeinflussen und damit eine wesentliche Herausforderung darstellen. Das Ausmaß der Rückfederung ist dabei abhängig von den Materialeigenschaften des verwendeten Werkstoffes. Der mittlerweile standardmäßige Einsatz numerischer Simulationen zur Abbildung umformtechnischer Prozesse erfordert eine sorgfältige Ermittlung der Materialdaten, um eine realitätsnahe Materialmodellierung und damit eine gute Vorhersagequalität zu gewährleisten. Hierbei zeigt sich, dass bei der Anwendung von Fließgesetzen zur Fließkurvenapproximation gerade im Anfangsbereich, d.h. im Übergangsbereich vom elastischen zum plastischen Materialverhalten, Genauigkeitsverluste auftreten können. Dies kann insbesondere Prozesse beeinflussen, die lediglich zu geringen Dehnungen des Materials führen, wie es bspw. beim Richten oder diversen Biegeoperationen der Fall ist. Bisherige Arbeiten zeigen außerdem den nichtlinearen Charakter der elastischen Ent- und Wiederbelastung, welcher von klassischen linear-elastisch-plastischen Modellen nicht voll umfänglich abgebildet werden kann. Zudem ist eine Abnahme des effektiven E-Moduls feststellbar, der bei Berücksichtigung im FE-Modell zur einer verbesserten Rückfederungsvorhersage führt und daher bereits breite Anwendung in der Simulation von Blechumformprozessen findet. Schließlich zeigen die bisherigen Ergebnisse, dass neben der Beschreibung der Elastizität auch das plastische Formänderungsverhalten einen Einfluss auf die Rückfederung ausübt; hier sind sowohl Fließbeginn als auch die Fließkurve entscheidend. Einzelne Einflussfaktoren und deren Einfluss auf die Rückfederungsvorhersage wurden dabei bereits umfangreich untersucht. Eine vollumfängliche Untersuchung aller relevanten Effekte (elastisches Verhalten, Fließkurve, Fließbeginn) sowie deren gegenseitiger Wechselwirkung, ist dabei nach Prüfung des Standes der Technik bisher jedoch nicht erfolgt. Das übergeordnete Ziel des Vorhabens ist die Verbesserung der Fließkurvenmodellierung für Umformprozesse bei denen geringe Dehnungen auftreten. Als Beispielprozess dient der Dreipunkt-Biegeversuch, um die Auswirkung auftretender Genauigkeitsverluste bei der Fließkurvenapproximation im Bereich geringer Dehnungen und den Einfluss des nichtlinearen Übergangsbereiches einschließlich des variablen E-Moduls auf die Rückfederung bewerten zu können. Dazu wird zunächst eine umfängliche Charakterisierung der ausgewählten Werkstoffe vorgenommen um anschließend mittels FEM die verschiedenen Einflussfaktoren und deren gegenseitige Wechselwirkung zu untersuchen. Darüber hinaus soll ein neues Fließkurvenmodell und eine validierte und praktikable Vorgehensweise entwickelt werden, die es ermöglicht, auftretende Fehler zu minimieren und die Abbildungsgenauigkeit zu erhöhen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen