Thermisch unterstütztes inkrementelles Umformen von rohr- und blechförmigen Werkstücken mit prozessintegrierter Wärmeerzeugung

Förderinstitution:

Deutsche Forschungsgemeinschaft, Sonderforschungsbereich Transregio 30

Beschreibung:

 Die Motivation des Forschungsvorhabens ist die Erweiterung der Formgebungsgrenzen durch die Integration lokal wirkender thermo-mechanischer Teilprozesse in den Ablauf von Drückverfahren Durch eine prozessintegrierte partielle Erwärmung, die weitgehend ohne externe Wärmequellen (selbstinduziert) erfolgen kann, sollen Ablauf und Ergebnis von Drückprozessen verbessert und deren Anwendungsspektrum erweitert werden. Das Ziel ist dabei die Herstellung von hohlen metallischen Werkstücken mit anforderungsangepassten, lokal unterschiedlichen Eigenschaften, die bisher nicht oder nur schwer herstellbar waren. Hierzu kommt das sog. Reibdrücken zum Einsatz, bei dem Prozesselemente aus dem Bereich des Drückens und des Reibschweißens synergetisch kombiniert werden (Bild 1).

Die Gestalt- und Gradierungserzeugung erfolgt dabei durch ein entsprechendes Verfahren von Reib- und Umformwerkzeugen, wobei die Beschränkung der Verfahrbewegung auf einfache Bahnkurven aus der ersten Förderperiode im weiteren Projektverlauf schrittweise aufgegeben werden soll. Die Identifikation und Wahl der Prozessparameter soll bei den grundlegenden technologischen Untersuchungen auch weiterhin zielgerichtet durch Anwendung der bisher innerhalb des Vorhabens entwickelten speziellen statistischen Methoden erfolgen. Im Rahmen der prozess- orientierten technologischen Untersuchungen sollen die Erkenntnisse zur Härtegradierung (Härte, Härtegradient etc.) von der Rohrendenbearbeitung auf die Bearbeitung der Mantellinienkontur übertragen und vertieft werden. Darüber hinaus sind vielversprechende Gradierungsoptionen hinsichtlich Gefügeeinstellung, Einbringung von Eigenspannungen und bei Stahlwerkstoffen auch die Einstellung bestimmter Phasenverteilungen zu untersuchen. Neben der Erzeugung der unterschiedlichen Gradierungsarten wird die Einstellung definierter Gradierungsübergänge (Ausdehnung bzw. Schärfe der Gradierung) ein wichtiger Bestandteil der Untersuchungen sein. Beginnend mit gängigen hoch- und höherfesten Aluminiumlegierungen aus dem 5000er-, 6000er- und 7000er-Bereich rücken im Laufe des Projektfortschritts Stahlwerkstoffe (z.B. S235JRG2; 20MnB5) in den Fokus der Betrachtung. Neben den vielfältigen Untersuchungsansätzen zur Erzeugung unterschiedlicher Gradierungen ist die Entwicklung neuartiger Einzelwerkzeuge und Werkzeugsysteme zur Formgebung ein essenzieller Bestandteil dieses Teilprojektes. Aufbauend auf den vielversprechenden Ergebnissen bei der Herstellung einzelner Geometrieelemente (vgl. Bild 2), sollen nach Durchlauf eines schrittweisen Entwicklungsprozesses zusammengesetzte, komplexere Geometrien herstellbar werden.

Für die Herstellung dieser Bauteile sollen dazu ferner robuste Prozessführungsstrategien/Parameterräume festgelegt werden, mit denen geforderte Gradierungen und Geometrien und damit anforderungsangepasste Bauteile für unterschiedliche Werkstoffe hergestellt werden können.