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Simulationsgestützte Optimierung des Scherschneidverfahrens zur Schädigungsminimierung an Schnittkanten von Feinblechen aus Dualphasen- und Complexphasenstählen

Laufzeit:01.2013 – 06.2015
Förderung:BMWi/FOSTA
Kontakt:femifum.uni-hannover.de

Das Projektziel bestand darin, auf Basis numerischer Simulationen das konventionelle Scherschneidverfahren zur Erhöhung der Kantenumformbarkeit von Feinblechen aus hoch- und höherfesten DP und CP-Stählen zu optimieren. Zum Erreichen dieses Zeils musste die durch das Scherschneiden hervorgerufene Schädigung im Schnittkantenbereich des Schnittteils minimiert werden. Basierend auf Grundsätzen der Schädigungsmechanik sollte eine Schädigungsminimierung im Projekt mithilfe der folgenden zwei Effekte erreicht werden: 1). Durch eine Vorverfestigung des Schnittkantenbereichs des Schnittteils mittels einer Druckbeanspruchung vor dem Schneidvorgang, 2). Durch eine Überlagerung von Druckspannungen im Schnittkantenbereich des Schnittteils während des Schneidvorgangs. Die im Projektantrag angestrebte Unterdrückung der im Rasterelektronenmikroskop sichtbaren Schädigung im Schnittkantenbereich in Form von Poren an Ferrit-Martensit-Grenzflächen wurde mithilfe des optimierten Scherschneidprozesses erreicht (s. Abbildung 1). Das Formänderungsvermögen der schergeschnittenen Kante scheint jedoch nicht ausschließlich durch das Ausmaß dieser Schädigung bestimmt zu werden. Das Formänderungsvermögen der Scherschnittkante wird auch im optimierten Scherschneidprozess mit sehr geringen Niederhalterabsatzhöhen von nur 50 μm ausgeschöpft und fällt trotz der unterdrückten sichtbaren Schädigung im Vergleich zum konventionellen Scherschneidprozess um ca. 18 % geringer aus (Abbildung 2). Die deutliche Reduktion der Streuung der Kantenstreckung vom konventionellen Scherschneiden (Differenz zwischen der maximalen und minimalen technischen Kantenstreckung bis zum Versagen ca. 12 %) zum optimierten Scherschneiden (Differenz zwischen der maximalen und minimalen technischen Kantenstreckung bis zum Versagen ca. 7 %) kann jedoch als Vorteil des vorgeschlagenen optimierten Scherschneidprozesses betrachtet werden (Abbildung 2).

 

Abbildung  1: Mikrostrukturen des Schnittkantenbereichs von HCT600XD nach dem konventionellen Scherschneiden mit einem relativen Schneidspalt von 16,1 % und einer Stempelgeschwindigkeit von 100 mm/s (oben) und nach dem optimierten Scherschneiden mit einem relativen Schneidspalt von 16,1 %, einer Stempelgeschwindigkeit von 1 mm/s und einer Niederhalterabsatzhöhe von 170 µm (unten)

 

Abbildung 2: Werkzeuggeometrie des konventionellen und optimierten Scherschneidprozesses (oben); Kantenstreckung bis zum Versagen von HCT600XD 1,4 mm nach dem konventionellen Scherschneidverfahren und drei Varianten des optimierten Scherschneidverfahrens (unten)

 

In Zukunft erscheint es sinnvoll, den Einfluss der Stempelgeschwindigkeit auf die Porenbildung zwischen Ferrit und Martensit im Schnittkantenbereich zu untersuchen. Sinnvoll wäre ebenfalls eine Untersuchung des Einflusses der Materialporosität im Schnittkantenbereich auf die Dauerfestigkeit der Schnerschnittkante. Damit könnte ein weiterer Vorteil des vorgeschlagenen optimierten Scherschneidprozess gezeigt werden. Im Allgemeinen sollte versucht werden, die Ausschöpfung des Formänderungsvermögens aufgrund plastischer Deformationen bei verschiedenen Spannungszuständen in Relation zu Materialveränderungen auf der Mikrostrukturebene zu bringen, um ein besseres Verständnis von Schädigungsmechanismen, das Voraussetzung für ihre genauere mathematische Modellierung ist, zu gewinnen. Zwecks einer besseren Abbildung des Scherschneidens mithilfe numerischer Simulationen bedarf es in der Zukunft einer genauen Ermittlung der Dehnraten- und Temperaturabhängigkeit des Materialverhaltens bei annährend adiabatischen Bedingungen.

Bei Bedarf wird der vollständige Schlussbericht des Forschungsprojektes der interessierten Öffentlichkeit der Bundesrepublik Deutschland durch die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (AiF) oder die Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. (FOSTA) zur Verfügung gestellt.

Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben „Simulationsgestützte Optimierung des Scherschneidverfahrens zur Schädigungsminimierung an Schnittkanten von Feinblechen aus Dualphasen- und Complexphasenstählen“, IGF-Projekt Nr. 17587 N, der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. (FOSTA), Sohnstraße 65, 40237 Düsseldorf wurde über die AiF im  Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

 

 

 

 

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