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Verbesserte FE-Simulation des temperierten Tiefziehens von Magnesiumblechwerkstoffen durch eine realitätsnahe Modellierung ihres Formänderungsvermögens unter prozessrelevanten Bedingungen

Laufzeit:2 Jahre
Förderung:DFG
Kontakt:femifum.uni-hannover.de

Motivation

Magnesiumlegierungen erfahren in den letzten Jahren eine hohe Beachtung bei der Umsetzung von Leichtbaukonzepten im Automobilbau. Der Einsatz von Magnesiumlegierungen in Blechbauteilen stellt jedoch große Herausforderungen für die Produktionstechnik, bspw. aufgrund ihres begrenzten Umformvermögens und der nötigen Temperierung der Prozesse, dar. Zur sicheren Auslegung von Umformprozessen werden daher numerische Methoden eingesetzt, die eine genaue Materialmodellierung erfordern. Im ersten Projektzeitraum wurde ein Modell zur Beschreibung des temperaturabhängigen Ver- und Entfestigungsverhaltens zur Erhöhung der FE-Simulationsgenauigkeit von temperierten Tiefziehprozessen mit Magnesiumblechwerkstoffen ermittelt und anhand von experimentellen und numerischen Untersuchungen eines Tiefziehprozesses von Rechtecknäpfen validiert. Jedoch wurde festgestellt, dass vorherrschendes Versagen im Bereich der tiefgezogenen Zarge mit einer Grenzformänderungskurve (FLC) nicht erfasst werden kann, da die Formänderung des Materials an dieser Stelle außerhalb des Gültigkeitsbereichs einer FLC liegt.

Abbildung 1: Tiefziehversuch mit AZ31, dazugehörige Dehnpfade versagenskritischer Elemente und FLC (200 °C), Versagen außerhalb des Gültigkeitsbereichs von FLCs

Zielsetzung

Im zweiten Projektzeitraum ist die Zielsetzung ein spannungsbasiertes Versagensmodell in Abhängigkeit von den Parametern Spannungsdreiachsigkeit und Lode-Winkel für unterschiedliche Prozesstemperaturen zu ermitteln. Somit kann ein auftretendes Versagen im gesamten relevanten Spannungsbereich von Blechumformprozessen beschrieben werden. Derartige Versagensdaten für Magnesiumlegierungen sind bisher im internationalen Forschungsbereich ein Novum. Die Kalibrierungsweise spannungsbasierter Modelle ist ebenfalls entscheidend für die Genauigkeit der Versagensvorhersage. Daher werden zur Kalibrierung des Modells eigens am IFUM entwickelte Scherzugproben verwendet, die eine Versagenscharakterisierung in einem konstanten Spannungsbereich ermöglichen und an den Werkstoff Magnesium angepasst werden sollen. Während des Projektes muss die Versuchsvorrichtung um eine Temperierungslösung erweitert werden. Außerdem wird der Einsatz von komplexeren Fließbedingungen zur numerischen Abbildung der Materialeigenschaften von Magnesiumlegierungen untersucht. Abschließend wird das Potential der Methodik gegenüber dem konventionellen Einsatz einer FLC in der Simulation von temperierten Tiefziehprozessen mit Magnesiumblechwerkstoffen bewertet. Mit den Projektergebnissen wird eine Verbesserung der Werkstoffmodellierung von Magnesiumblechwerkstoffen für Umformsimulationen sowie eine Erweiterung der Grenzen ihrer umformtechnischen Verarbeitung angestrebt.

Übersicht