Zur Herstellung fließgepresster Bauteile werden stangenförmige Halbzeuge eingesetzt, die durch Strang- oder Blockguss und einen sich daran anschließenden Walzprozess gefertigt werden. Infolgedessen weisen die Halbzeuge bereits eine Werkstoffschädigung (z.B. Poren) auf, die sich durch den Kaltfließpressprozess weiterentwickelt. Die mechanischen Eigenschaften fließgepresster Bauteile ergeben sich somit als Folge von Eigenspannungen, Kaltverfestigung und der sich ausbildenden Schädigung entlang der Prozesskette. Diese Eigenschaften werden durch den im Prozess auftretenden Lastpfad (zeitliche Abfolge von Spannung, Dehnung, Temperatur und Dehnrate) beeinflusst. Genaue und allgemeingültige Kenntnisse über den Einfluss einer Lastpfadänderung, z.B. durch eine Variation der Prozessparameter oder eine alternative Prozessroute, auf die Schädigungsentwicklung sind im Stand der Technik bisher nicht hinreichend und systematisch erarbeitet worden. Aus diesem Grund findet die prozesskettenbedingte Schädigungsentwicklung bei der Auslegung von Produkten und Prozessrouten bislang keine Berücksichtigung.

Das Ziel dieses Teilprojekts ist es, die Schädigungsentwicklung beim Kaltfließpressen zu analysieren, vorherzusagen und kontrollierbar zu machen. Die Kontrolle der Schädigung erfordert, aufbauend auf der Analyse der Wirkzusammenhänge zwischen Prozess und Schädigung, die Auslegung modifizierter und ggf. neuartiger Prozessrouten sowie die Entwicklung neuer Fließpresstechnologien, die eine Herstellung von Fließpressbauteilen mit definierter, einsatzangepasster Schädigung ermöglichen.

In der ersten Förderperiode wird anhand von Grundversuchen (Druck-, Zug- und Torsionsversuchen) der Einfluss unterschiedlich aufgebrachter Spannungszustände sowie deren Reihenfolge und Überlagerung auf die Schädigungsentwicklung analysiert. Außerdem soll untersucht werden, inwieweit sich der Lastpfad beim Fließpressen beeinflussen lässt und wie sich die Lastpfadänderung auf die Schädigung auswirkt. Dazu wird anhand des Voll-Vorwärts-Fließpressens der Einfluss geometrischer und prozesstechnischer Parameter (Umformgrad, Schulteröffnungswinkel, Übergangsradien, Reibung) sowie der Einfluss unterschiedlicher Prozessrouten (z.B. mehrstufig und/oder mit Gegendruck) auf den Lastpfad und auf die resultierende Schädigung analysiert. Der Zusammenhang Lastpfad/Schädigung wird zu Beginn der ersten Förderperiode zunächst anhand vorhandener Schädigungsmodelle (Lemaitre und Gurson-Tveergaard-Needleman) qualitativ analysiert und durch Experimente validiert. Im weiteren Projektverlauf werden die Modelle dann durch die im Projektbereich C in Kooperation mit dem S01-Projekt entwickelten Modelle ersetzt.

Darauf aufbauend wird in der zweiten Förderperiode die Übertragbarkeit der gewonnenen Erkenntnisse auf andere Kaltfließpressverfahren untersucht. Im Fokus steht in dieser Phase auch die Technologieentwicklung in Form von neuartigen bzw. modifizierten Kaltfließpressprozessrouten. In der dritten Förderperiode werden thermische Einflüsse auf den Fließpressprozess, z.B. die integrierte lokale Erwärmung, untersucht. Darüber hinaus werden die Kenntnisse aus den vorangegangenen Förderperioden genutzt, um eine schädigungsreduzierte Prozesskette zur Herstellung von industriell fließgepressten Bauteilen abzuleiten.

Projektleitung
Dr.-Ing. Noomane Ben Khalifa
Institut für Umformtechnik und Leichtbau (IUL), TU Dortmund

Projektbearbeitung
Oliver Hering M.Sc.
Institut für Umformtechnik und Leichtbau (IUL), TU Dortmund