P8: Gezielte Einbringung von Eigenspannungen durch geeignete Umformprozesse zur Erzeugung bistabiler, metallischer, vollständig geschlossener Rohrprofile

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Auslegung eines Herstellungsprozesses zur gezielten Einbringung von Eigenspannungen während der kontinuierlichen Umformung hochfester Bandwerkstoffe, um metallische, bistabile, vollständig geschlossene Rohrprofile zu erzeugen. Die so erzeugten Produkte besitzen zwei stabile Geometrien und können im Vergleich zu monostabilen Strukturen auf eine Einhausung verzichten und somit das Transportgewicht reduzieren. Darüber hinaus weisen sie als vollständig geschlossenes Rohrprofil eine erhöhte Steifigkeit gegenüber aktuell verfügbaren, nur leicht gekrümmten Profilen auf.

Zusammenfassung Phase 1

Die erste Phase hat erstmals gezeigt, dass für metallische Bänder Bistabilität kombiniert mit einem vollkommen geschlossenen Rohrprofil, durch die gezielte Einstellung von Eigenspannungen, möglich ist (Video 1). Darüber hinaus sind die verantwortlichen Eigenspannungen und die resultierenden Eigenschaften (Bistabilität, Profilradien) auch bei mehreren Zustandswechseln stabil. Damit wurde eine gänzlich neue Eigenschaftskombination für die hergestellten Produkte, durch Ausnutzung von Eigenspannungen, geschaffen. Zur Vorherbestimmung und Abschätzung der sich einstellenden Eigenspannungen konnten in der ersten Phase bereits Simulationsmodelle (FEM, Bild 1) und schnelle, semi-analytische Modelle (Bild 2) entwickelt werden. Ein Nachweis der Eigenspannungen erfolgte durch Eigenspannungsmessungen am Ausgangsmaterial und an unterschiedlich umgeformten repräsentativen Bauteilen. Die Messungen wurden durch die ebenfalls im SPP vertretenen Partner IWT (Bremen) und IAM-WK (Karlsruhe) durchgeführt. Zusätzlich wurde ein Konzept zur kontinuierlichen Herstellung von bistabilen Bändern entwickelt und die notwendigen FE-Modelle zur detaillierten Auslegung der Werkzeuge und Prozesskinematik implementiert.

Ziele Phase 2

In der zweiten Förderphase wird, neben der Einstellung der Bistabilität durch das Einbringen von Eigenspannungen, der Durchmesser des erzeugten Profils genauer untersucht. Aufbauend auf den bisherigen Ergebnissen werden in der zweiten Förderphase die folgenden Teilziele adressiert, die sich im Arbeitsprogramm entsprechend widerspiegeln:

  • Detaillierte Materialcharakterisierung zur Erhöhung der Genauigkeit der Materialbeschreibung.
  • Aufbau einer kontinuierlichen Prozesskette zur reproduzierbaren Herstellung von bistabilen, vollständig geschlossenen Rohrprofilen.
  • Erweiterung und Validierung der Modelle um die Berücksichtigung von Eigenspannungen im Ausgangsmaterial und ein kombiniert isotrop-kinematisches Verfestigungsmodell zur genaueren Berechnung von Eigenspannungen und Bistabilität. •
  • Sensitivitätsanalyse des Herstellungsprozesses im Hinblick auf Schwankungen im Ausgangsmaterial und in den Prozessparametern.
  • Vertiefte Validierung der Modelle zur Eigenschaftsvorhersage mittels Eigenspannungsmessungen über die Blechdicke.

Ansprechpartner

Institut für Bildsame Formgebung der RWTH Aachen University

Projektleitung P8
Prof. Dr.-Ing. Gerhard Hirt

Projektbearbeiter
Pavlo Pavliuchenko, M.Sc.