Einfluss der Werkstoffmikrostruktur sowie der Geometrie und der Oberfläche auf das Schädigungsverhalten von Kupferinduktoren bei der elektromagnetischen Umformung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Lampke; Dr.-Ing. Verena Psyk
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565494670

Die elektromagnetische Umformung (EMU) nutzt die Energiedichte gepulster Magnetfelder zur berührungslosen Krafteinleitung und Hochgeschwindigkeitsumformung elektrisch gut leitfähiger Werkstücke. Die prozessbedingten hohen Dehnraten führen bei vielen Werkstoffen zu einem erhöhten Umformvermögen, das die Ausformung komplexer geometrischer Details ermöglicht. Weitere technologische Vorteile der EMU gegenüber konventionellen Verfahren sind die Möglichkeit, Trenn- oder Fügeoperationen in den Prozess zu integrieren, eine reduzierte Rückfederung, kurze Prozesszeiten und eine hohe Produktivität. In Summe bietet die Technologie großes Potenzial für industrielle Anwendungen in unterschiedlichen Branchen. Aufgrund der Kombination aus hoher mechanischer Festigkeit und hoher elektrischer Leitfähigkeit werden heutzutage vornehmlich Kupferlegierungen als Induktorwerkstoff, wie CuCrZr, im EMU-Prozess eingesetzt. Die ressourceneffiziente und wirtschaftliche Auslegung des Umformprozesses wird jedoch derzeit durch die stark schwankende Einsatzlebensdauer des Induktors limitiert. Trotz zahlreicher Untersuchungen zur elektromagnetischen Umformung sind die Mechanismen, die teilweise bereits nach wenigen Entladungen zu einer Schädigung des Induktors führen, bis heute nicht eindeutig geklärt. Um den Induktor optimal für den Prozess auszulegen und die Stabilität der Einsatzeigenschaften für hohe Standzeiten zu ermöglichen, ist ein Verständnis der zugrundeliegenden Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen notwendig. Im Rahmen des Vorhabens sollen dafür die Wirkbeziehungen zwischen Werkstoffmikrostruktur des Induktors, die direkt die mechanischen und elektrischen Eigenschaften beeinflusst, dessen Geometrie und Oberflächenzustand sowie zwischen den Prozessparametern und der damit verbundenen elektro-thermo-mechanischen Beanspruchung des Induktors erforscht werden, um ein grundlegendes Verständnis der ablaufenden Schädigungsprozesse und -mechanismen während der EMU zu erhalten. Durch die qualitative und quantitative Bewertung dieser Einflussfaktoren lassen sich Schlussfolgerungen für die perspektivische Erhöhung der Einsatzlebensdauer der Induktoren ziehen, um die ressourceneffiziente und wirtschaftliche Auslegung des Umformprozesses zu gewährleisen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Dr.-Ing. Lisa Winter