Sonderforschungsbereich/TRR 188: Schädigungskontrollierte Umformprozesse

Projektträger: 
Projektnummer:
Sprecher:
Geschäftsführer:
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
TRR 188/1-2018
Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. A. E. Tekkaya
Dr.-Ing. Frauke Maevus

  
 
           
 

 

Der Sonderforschungsbereich TRR 188 beschäftigt sich mit der Erforschung der Schädigungsmechanismen beim Umformen und ihren Auswirkungen auf die Produkteigenschaften. Allgemein bekannt ist, dass jeder metallische Werkstoff Schädigungen, z. B. in Form von Gussporen und nichtmetallischen Einschlüssen, enthält und jede plastische Formänderung zusätzliche Schädigung in Form von z. B. Porenwachstum hervorruft. Nicht bekannt ist bisher, wie die Schädigung im Umformprozess gezielt beeinflusst werden kann und ab welcher kritischen Schädigungsgrenze mit einem Versagen des Bauteils zu rechnen ist. Diese Kenntnis ist jedoch notwendig, um das Potenzial moderner Werkstoffkonzepte und Umformverfahren vollständig ausnutzen und das Bauteilgewicht ohne Sicherheitseinbußen auf ein Minimum reduzieren zu können.
Deshalb besteht das langfristige Ziel des auf zwölf Jahre angelegten TRR 188 in der Entwicklung neuer Methoden und Technologien für die Kontrolle und quantitative Vorhersage der Schädigungsevolution sowie in der gezielten Einstellung der Schädigungszustände im Hinblick auf eine möglichst optimale Bauteilleitungsfähigkeit. Ausgehend von dem Leitgedanken „Schädigung ist kein Versagen“ wird angestrebt, dass die fertigungsbedingten Schädigungen einschließlich ihrer Auswirkungen zukünftig in gleicher Weise wie andere fertigungsinduzierte Eigenschaften als Zielgröße bei der Bauteil- und Prozessauslegung mit berücksichtigt werden. Damit ist es dann erstmals möglich, nicht nur die Herstellbarkeit der Bauteile zu garantieren, sondern auch die Eigenschaften und Funktionssicherheit der Bauteile während der Nutzungsphase.
Gegenstand der ersten, derzeit laufenden Förderperiode ist zunächst die Erarbeitung eines grundlegenden physikalischen Verständnisses der Entstehung und der Entwicklung der Schädigung im Umformprozess über die heute allgemein genutzten Hypothesen hinaus. Dies erfolgt am Beispiel repräsentativer Prozessketten der Massiv- und Blechumformung in drei Projektbereichen mit unterschiedlichen Schwerpunkten.
Prozesskette Massivumformung im TRR 188

Im Projektbereich A „Prozesstechnologie“ werden Umformprozesse und deren Einfluss in Fertigungsprozessketten aus technologischer Sicht betrachtet. Im Mittelpunkt steht die Erforschung der Zusammenhänge zwischen den Fertigungsprozessen, den Lastpfaden und der resultierenden Schädigungsentwicklung. Auf Basis dieser Erkenntnisse erfolgt eine Analyse und Bewertung des Einflusses der Schädigung auf die Bauteileigenschaften. Anschließend werden technologische Ansätze zur gezielten Beeinflussung und Kontrolle der Schädigungsentwicklung abgeleitet, die in der zweiten Förderphase in modifizierte bzw. neu konzipierte Umformverfahren umgesetzt werden sollen.
Der Projektbereich B "Charakterisierung" identifiziert und beurteilt die umforminduzierten Schädigungsmechanismen. Die Charakterisierung findet sukzessive am Ausgangswerkstoff, im Umformprozess und am fertig umgeformten Bauteil statt, um die Schädigungsentwicklung über die komplette Prozesskette verfolgen zu können. Zur messtechnischen Erfassung der Schädigung werden Mess- und Prüfstrategien für eine qualitative und quantitative Beschreibung der Schädigung auf verschiedenen Längenskalen entwickelt. Wichtige Gesichtspunkte sind dabei zum einen die Effizienz der Charakterisierungsmethoden hinsichtlich Zeit und Aufwand und zum anderen eine konsistente Vorgehensweise bei der Anwendung der Methoden, damit die Vergleichbarkeit der Ergebnisse sichergestellt ist.
Prozesskette Blechumformung im TRR 188

Der Projektbereich C „Modellierung“ befasst sich mit grundlegenden Modellansätzen zur Beschreibung der Schädigung im Blech- und Stangenmaterial auf verschiedenen Längenskalen sowie, darauf aufbauend, von Erholungsvorgängen zur Reduktion der materiellen Schädigung. Im Einzelnen sind dies ein anisotropes, makroskopisches Materialmodell, ein gekoppeltes Modell der Ver- bzw. Entfestigung und der Schädigung für die Warmumformung, ein kristallplastizitätsbasierter Modellierungsansatz sowie ein Schädigungsmodell für Betriebslast und ein Ansatz für Optimierungsprobleme. Die Entwicklung und Verifizierung der Ansätze erfolgt in enger Zusammenarbeit mit den Teilprojekten der anderen beiden Projektbereiche. Die Koordination des Austauschs ist Aufgabe des wissenschaftlichen Serviceprojekts „Modellintegration“.
Weitere projekt- und bereichsübergreifende Querschnittsthemen werden in drei Arbeitskreisen behandelt.

Die Teilprojekte werden gemeinschaftlich von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der TU Dortmund (Sprecherhochschule) und der RWTH Aachen bearbeitet. Im Einzelnen sind am Standort Dortmund aus der Fakultät Maschinenbau das Institut für Umformtechnik und Leichtbau (IUL), das Institut für Mechanik (IM) und das Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT) sowie aus der Fakultät Architektur und Bauingenieurwesen der Bereich Numerische Methoden und Informationsverarbeitung beteiligt. An der RWTH Aachen sind dies das Institut für Bildsame Formgebung (IBF), das Institut für Eisenhüttenkunde (IEHK) und das Institut für Metallkunde und Metallphysik (IMM) aus der Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik sowie das Werkzeugmaschinenlabor (WZL) aus der Fakultät für Maschinenwesen und das Gemeinschaftslabor für Elektronenmikroskopie (GFE). Hinzu kommt der Lehrstuhl für Konstruktion und Fertigung der BTU Cottbus-Senftenberg und das außeruniversitäre Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH (MPIE) in Düsseldorf.
Unterstützt wird das interdisziplinäre Konsortium aus Fertigungstechnik, Materialwissenschaften und Werkstoffprüftechnik sowie Mechanik durch einen Industriekreis. Der Industriekreis berät den TRR 188 und diskutiert mit den Forscherinnen und Forschern die aktuellen F&E-Ergebnisse. Durch die Erfahrungen und Anregungen aus der industriellen Praxis erhält der Forschungsverbund wichtige Impulse für die weitere Forschungstätigkeit. Mitglieder des Industriekreises sind Werkstoff- und Halbzeughersteller, Komponentenhersteller, umformtechnische Betriebe der Blech- und Massivumformung, Bauteilanwender sowie Unternehmen aus den Bereichen Software und Messtechnik.
Die ersten Forschungsergebnisse des TRR 188 wurden auf wissenschaftlichen und industrienahen Fachtagungen im nationalen und internationalen Umfeld vorgestellt und diskutiert. Zu nennen sind hier u. a. ICTP, ECCM, IDDRG, ESAFORM, GAMM, MSEC, diverse DVM-Arbeitskreise und nicht zuletzt das vom TRR 188 im November 2018 in Dortmund veranstaltete erste Industriekolloquium.

www.trr188.de