Leichtbau und hochfeste Werkstoffe fordern die Umformtechnik heraus

Anbieter zum Thema

Fastems Sales Agent: Gennaro Teta (omnino technology)

Im PAK343 wurde ein neues Verfahren entwickelt, um im Rahmen einer mathematischen Optimierungsrechnung Vordehnung und Ratenabhängigkeit berücksichtigen zu können. Bild 6 zeigt eine sogenannte Grenzformänderungsfläche (Forming-Limit-Surface). Sie setzt sich aus einer Familie von Grenzformänderungskurven zusammen, die für verschiedene Dehnraten im elektromagnetischen Kalibrierschritt ermittelt wurden.

Komplexes Werkstoffverhalten beim Umformen berücksichtigt

Zusätzlich wurde die quasistatische Vordehnung auf dem entsprechenden Lastpfad berücksichtigt. Auf diese Weise kann das komplexe Werkstoffverhalten unter den vorliegenden nichtlinearen, dynamischen Lastpfaden angemessen im Optimierungsverfahren berücksichtigt werden.

Die Forschung im DFG-Projekt PAK343 bestätigt, dass die Formgebungsgrenzen klassischer quasistatischer Verfahren der Umformtechnik durch Kombination mit Hochgeschwindigkeitsprozessen erweitert werden können. So wird die technologische Basis für die Herstellung komplexer Bauteile aus schwerer umformbaren Werkstoffen gelegt. Insbesondere Anforderungen an die Bauteilgeometrie, die aus der Forderung nach Leichtbauelementen resultieren, können durch quasistatisch-elektromagnetisch kombinierte Prozessketten realisiert werden.

Durch Integration der elektromagnetischen Umformung in einen Tiefziehprozess lässt sich besonders bei komplexen Bauteilen die Anzahl der erforderlichen Tiefziehstufen reduzieren. Da die Umformdauer bei der elektromagnetischen Umformung im Bereich von Mikrosekunden liegt, verlängert sie die Prozesszeit der einzelnen Tiefziehstufe, in die sie integriert ist, nicht nennenswert. Dies trägt zur Zeit- und Kostenersparnis bei.

Innovative Prozessketten durch rechnergestützte Optimierung

Ein wichtiges Hilfsmittel beim Werkzeugentwurf und bei der Prozessauslegung ist die rechnergestützte Optimierung der Prozesskette. Dabei geht der hier beschriebene Einsatz eines mathematischen Optimierungsverfahrens über den üblichen, dialogorientierten Einsatz virtueller Designmethoden hinaus, wo der Berechnungsingenieur die Parameter aufgrund der bisher vorliegenden Simulationsresultate variiert, bis er mit dem Ergebnis zufrieden ist.

Durch den Einsatz einer mathematischen Optimierung wird dieser Vorgang objektiviert und kann wesentlich effizienter erfolgen. Die Möglichkeit, schnell die geeigneten Prozess-Designs identifizieren zu können, ist ein wesentlicher Schritt für eine erfolgreiche Umsetzung neuer Produktionsmethoden in einem wachsenden, aber hart umkämpften Markt.

Diese Arbeit basiert auf Resultaten, die im Rahmen der Forschungsarbeiten in den durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekten PAK343/1 und PAK 343/2 erzielt wurden. Die Autoren danken für die Unterstützung. An der wissenschaftlichen Arbeit war jeweils das gesamte Projektteam beteiligt. Namentlich danken die Autoren O. Koray Demir, Farhad Taebi, Verena Psyk und Lukas Kwiatkowski.

* Prof. Dr. Marcus Stiemer, Lehrgebiet: Mathematik für Ingenieure, Hochschule Hamm-Lippstadt, Prof. Dr.-Ing. Erman A. Tekkaya, Institutsleiter – Institut für Umformtechnik und Leichtbau (IUL), Technische Universität Dortmund, und Jun.-Prof. Dr.-Ing. Alexander Brosius, Oberingenieur am selben Institut

(ID:28413360)