Fachkreis Produktionstechnik dickwandig

Forschungsziel:

Die Entstehung und Entwicklung von Eigenspannungen einer mechanischen Komponente, die mittels Warm- und Kaltumformverfahren hergestellt wird, stehen in enger Beziehung zu der Prozesskette ihrer Herstellung. Die Eigenspannungen beeinflussen sowohl die statische als auch die dynamische Lebensdauer und das Verhalten der Komponenten. Obschon grundlegende Erkenntnisse zur Entstehung von Eigenspannungen existieren, sind derzeit noch zahlreiche Wissenslücken über die mögliche gezielte Beeinflussung der Spannungsverteilung offen. Aufgrund der ungleichmäßigen plastischen Dehnungsverteilung der mittels Massivumformprozessen hergestellten Bauteile ist eine Vorhersage der Eigenspannungen hierbei nur bedingt möglich. Darüber hinaus sind auch die Auswirkungen der Arten von Eigenspannungen auf die Leistungsfähigkeit komplex beanspruchter Bauteile noch nicht vollständig geklärt.

Der Fachkreis „Produktionstechnik dickwandig“ umfasst die unten genannten sieben Projekte des SPP2013-Programms. Der Schwerpunkt dieser Projekte liegt auf der Untersuchung von Massivumformverfahren, bei denen während der Herstellung von Bauteilen Eigenspannungen durch einen dreidimensionalen Spannungs- und Dehnungszustand entstehen.

bisherige Ergebnisse

In der 1. Förderperiode haben die Mitglieder der Gruppe gemeinsam die Grundlagen für eine wissenschaftliche Untersuchung der gezielten Spannungsmanipulation bei der Massivumformung geschaffen. Durch die Durchführung von Ringversuchen mit verschiedenen Werkstoffen wurden viele Aspekte analysiert, von der Sicherstellung eines zuverlässigen und standardisierten Ausgangszustandes der Proben bis hin zur abschließenden Messung der Eigenspannungen an den umgeformten Bauteilen.

In der 2. Förderphase konzentrierte sich die Gruppe zum einen auf die Kategorisierung von Strategien zur gezielten Einstellung von Eigenspannungen während der Massivumformprozesse. Durch die Kombination der Kompetenzen der teilnehmenden Projekte wurde ein tiefer Einblick in die Eigenspannungsverhältnisse von Kalt- als auch Warmumformungsprozessen gewonnen. Die Zusammenarbeit führte zur Veröffentlichung des Papers „Strategies for the adjustment of residual stress in bulk forming processes“ in der Zeitschrift „Archive of Applied Mechanics“. Ein zweites Projekt innerhalb der Arbeitsgruppe befasst sich mit dem Thema des Abbaus von Eigenspannungen durch thermische Lasten. In Rahmen des Projekts sollen die Grenzen der thermischen Stabilität an unterschiedlichen Materialen und Umformverfahren untersucht und beschrieben werden.

Ziele der 3. Förderphase

Für die dritte Förderphase einigten sich die Teilnehmer auf das gemeinsame Ziel, Anwendungs- und Gestaltungsrichtlinien für einen bewussten Einsatz von Eigenspannungen in der Massivumformung zu erarbeiten. Daher wird das Thema Eigenspannungseinleitung, das Gegenstand der zweiten Förderphase war, auf die Anwendungsfälle ausgeweitet. Wie in den vorangegangenen Arbeiten wird es durch die Zusammenarbeit der beteiligten Institute möglich sein, das Thema viel breiter zu behandeln, als es durch die Einzelprojekte möglich ist.

Veröffentlichung

A. Franceschi, J. Stahl, C. Kock, R. Selbmann, S. Ortmann-Ishkina, A. Jobst, M. Merklein, B. Kuhfuß, M. Bergmann, B.-A. Behrens, W. Volk & P. Groche, Strategies for residual stress adjustment in bulk metal forming. Arch Appl Mech (2021). https://doi.org/10.1007/s00419-021-01903-7

Leitung

Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Peter Groche