Erweiterung des Grenzziehverhältnisses bei der temperierten Titanblechumformung mit gleichzeitiger Energieeinsparung durch Widerstandserwärmung

• Antragsteller: Dr.-Ing. Sven Hübner; Professor Dr.-Ing. Günter Klawitter
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573674130

Für schwer bei Raumtemperaturen umformbare Titanlegierungen sind für das Tiefziehen erhöhte Umformtemperaturen einzusetzen, um eine Verbesserung der Formgebungsgrenzen zu erreichen. Bei korrosions- und verschleißbeständigen Bauteilen ist die Entstehung von Zunder zu vermeiden, da die nachträgliche Entfernung mit einer Verschlechterung der Bauteilqualität verbunden ist. Daher sollte im Hinblick auf die Oberfläche nur unterhalb der Zunderbildungsgrenze erwärmt werden. Diese liegt bei einer Erwärmung im Kammerofen bei ca. 650 °C. Zunderbildung ist zeitabhängig, daher ist bei einer Schnellerwärmung eine Verschiebung der Zundergrenze um ca. 150 °C hin zu höheren Temperaturen zu erwarten. Mittels schneller Widerstandserwärmung lassen sich prognostisch 92 % der Energie einsparen, sofern diese für die Titanblechumformung einsatzfähig wäre. Für das vorgesehene Widerstandserwärmungsprinzip sind virtualisierte Modelle und eine modellbasierte Regelung notwendig, die die komplexen thermomechanischen Interaktionen vollständig abzubilden. Arbeitshypothese: Da Zunderbildung von der Temperatur und Zeit abhängt, ist durch eine sekundenschnelle Widerstandserwärmung im Vergleich zur deutlich langsameren Ofenerwärmung ein höheres Temperaturniveau zunderfrei erreichbar, welches zu höheren erzielbaren Umformgraden im Bauteil führt. Die Zunderentstehungshistorie lässt sich beschreiben und folgt bei der Widerstandserwärmung einem anderen Temperatur-Zeit-Regime. Durch die Widerstandserwärmung lässt sich im Vergleich zur aktuell eingesetzten Erwärmung im Kammerofen signifikant Energie einsparen und zugleich die zunderfreie Umformbarkeit steigern. Mittels thermodynamischer Modellierung lässt sich die Erweiterung von Umformbarkeit und Zunderbildungsgrenze beschreiben. Das Ziel ist der Beweis der Arbeitshypothese mit dem Aufbau eines neuen prozessangepassten Prinzips zur Widerstandserwärmung von Blechronden und Formzuschnitten, bei denen keine kalten Streifen mehr am Blech verbleiben (Elektrodeneinfluss). Insbesondere soll die zeit- und temperaturabhängige Zunderentstehung bei der sekundenschnellen Widerstandserwärmung grundlagenwissenschaftlich erforscht werden hinsichtlich der Entstehung von Anlaufschicht – schützende Zunderschicht – lamellarer Zunder nebst zeitlicher Beschreibung. Mit diesem Wissen soll eine bauteilrelevante Zunderbildungsgrenze definiert werden, um für den Übergang von Schutz zu Schaden bei der Widerstandserwärmung erstmalig anhand übertragbarer Kriterien zu definieren. So sollen bei höherer Umformtemperatur zunderfreie Bauteile größerer Umformgrade hergestellt werden können. Mit diesem Erwärmungsprinzip soll Energie und Material (Zunder = Materialverlust) eingespart werden. Die Erweiterung des Umformvermögens soll in einem thermodynamisch dominierten Modell wissenschaftlich beschrieben werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens