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Ansatz zur numerischen Bestimmung der Härteevolution in der Werkzeugrandschicht aufgrund von thermischen Belastungen beim Formhärten

Ansatz zur numerischen Bestimmung der Härteevolution in der Werkzeugrandschicht aufgrund von thermischen Belastungen beim Formhärten

Email:  fem@ifum.uni-hannover.de
Year:  2018
Sponsors:  Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. (FOSTA) Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) – Fördernummer 19518 N
Lifespan:  2 Jahre

Ein Verfahren zur Herstellung von Bauteilen mit maßgeschneiderten Eigenschaften (Tailored Properties) ist, angelehnt an das Formhärten das sogenannte Tailored Tempering mit stark erwärmten Werkzeugen. Dabei wird die kritische Abkühlrate gezielt unterschritten und die Martensitbildung im Bauteil unterdrückt. Die erhöhte Werkzeugtemperatur und die auftretenden Pressenkräfte führen zu einer höheren thermischen Belastung der Werkzeuggravur und letztlich zu Verschleißerscheinungen, die  abhängig von der Härteevolution und auftretenden Anlasseffekten sind. Dies beeinflusst die Maßhaltigkeit der Bauteile und die Werkzeuge müssen kosten- und zeitintensiv überarbeitet oder sogar erneuert werden. Genauere Kenntnisse der Vorgänge in der Werkzeugoberfläche und deren Berücksichtigung in der numerischen Prozessauslegung tragen zu einer deutlichen Erhöhung des Prozessverständnisses bei. Der Wärmeübergang zwischen Werkstück und Werkzeug ist ein weiterer wichtiger Aspekt. Durch die Kenntnis der Einflüsse auf die Lebensdauer der Werkzeugwerkstoffe können Maßnahmen getroffen werden, wodurch sich signifikante Kosteneinsparungen für KMU realisieren lassen. Aufwendige Werkzeuginstandsetzungen können vermieden und Standzeiten verbessert werden. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Härteevolution des Werkzeugwerkstoffs in Abhängigkeit der Anzahl thermischer Zyklen bei der Verschleißberechnung zu betrachten und damit die Ergebnisgüte der simulativen Vorauslegung zu steigern. Hierzu soll unter Verwendung der ermittelten Temperaturverläufe in der Werkzeugoberfläche während eines Modellversuchs des Formhärteprozesses die Härteentwicklung metallographisch bestimmt werden. Auf Basis dieser Daten soll ein  analytischer Ansatz entwickelt und in ein kommerzielles FE-Programm implementiert werden, der eine Berechnung der lokalen Werkzeughärte in Abhängigkeit der Umformzyklen und der vorliegenden Werkzeugtemperatur ermöglicht. Anschließend erfolgt eine Validierung mit industriellen Daten.