Beschreibung
P 1057 – Leichtbau durch gezielte Einstellung lokaler Bauteileigenschaften mit optimierten Umformund Zerspanprozessen
Das Projekt zielt auf die Schließung der bestehenden Lücke zwischen Anforderungsdefinition lokaler Bauteileigenschaften, insbesondere hinsichtlich Kaltverfestigung, Eigenspannungen und beanspruchungsgerechtem Faserverlauf, und der Sicherstellung dieser Eigenschaften durch optimierte Umform- und Zerspanprozesse ab. Ebenso wird die Entwicklung von Stahlwerkstoffen mit prozessgerechten Eigenschaften (Kaltumformbarkeit, Fließspannung, Verfestigung, Zerspanbarkeit) mit betrachtet. Ein weiteres Ziel dieses Teilprojektes bildete die Eintwicklung einer
effizienten Methodik zur virtuellen Auslegung robuster Umform- und Zerspanprozesse zur Erreichung optimaler lokaler Bauteileigenschaften.
Gewöhnlich wird nur eine homogenisierte Steigerung der Werkstofffestigkeit in Folge der Kaltumformung mit ausreichender Sicherheit angenommen und daraus Leichtbaupotenzial geschöpft. Lokale Festigkeitseigenschaften von kaltmassivumgeformten Werkstücken sowie Eigenspannungen und insbesondere der Faserverlauf werden heutzutage bei der Bauteil- und Umformprozessauslegung und nachfolgenden Zerspanprozessen oftmals nur ungenügend berücksichtigt. In diesem Teilprojekt wurden Leichtbaupotentiale für kaltumgeformte Bauteile durch die gezielte Einstellung lokaler Bauteileigenschaften mit optimierten Umform- und Zerspanprozessen untersucht. Dazu wurde eine Methodik zur effizienten CAE-basierten Auslegung von optimierten und robusten Kaltfließpress- und nachgelagerten Zerspanprozessen zur wirtschaftlichen Herstellung von Leichtbaukomponenten entwickelt. Beim Kaltfließpressen von Stahlbauteilen kann damit eine verbesserte Vorhersage der mechanischen Werkstoffeigenschaften in Folge der Kaltverfestigung und der Eigenspannungen erzielt werden. Aufgrund der genaueren Eigenschaftsbestimmung
bzw. -einstellung können leichtere Bauteile ausgelegt werden. Ähnliche Defizite bestehen bei der Entwicklung von Stahlwerkstoffen.
Der Prozesskette folgend, wurden die lokalen Bauteileigenschaften zunächst während des Kaltfließpressens mittels FEM-Umformsimulationen und anschließend beim nachfolgenden Zerspanen abgebildet. In einer strukturmechanischen FEM-Simulation wurden die vorhergehenden Ergebnisse aufgenommen und die belastungsrichtungsabhängigen Bauteileigenschaften bestimmt. Die Erkenntnisse dieser drei Simulationspakete wurden nachfolgend für die Einbindung in eine CAEbasierte Auslegung von optimierten und robusten Prozessketten verwendet. Zum Nachweis des Leichtbaupotentials wurden anhand dieser Methodik zwei Demonstratorbauteile (Zahnradnabe und Kolbenbolzen) entwickelt. Für die Zahnradnabe wurde ein Werkzeug aufgebaut und ein Zahnrad in Anlehnung an TP2 gefertigt. Mit den erarbeiteten Ergebnissen erfolgten abschließend Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen hinsichtlich der Zerspanung als auch technologische Bauteilprüfungen zur Bestimmung des Leichtbaupotenzials und der Leichtbaukosten.
Veröffentlichung:
Februar 2020
Beteiligte Unternehmen:
CARL BECHEM GmbH, Daimler AG, Deutsche Edelstahlwerke, DYNARDO GmbH, EZM Edelstahlzieherei Mark GmbH, Fastenrath Befestigungstechnik GmbH, Felss Systems GmbH, fischerwerke GmbH & Co. KG, Georgsmarienhütte GmbH, GKN Driveline Trier GmbH, Gühring KG, HAMMERWERK FRIDINGEN GmbH, Hermann Bilz GmbH, Mahle GmbH, Max Aicher Stiftung, Metal Improvement Company Inc. Surface Technologie, Opel Automobile GmbH, Räuchle GmbH + Co. KG, Robert Bosch GmbH, Rohrwerk Maxhütte GmbH, Saarstahl AG, Schaeffler Technologies AG & Co. KG, Seco Tools GmbH, SEISSENSCHMIDT GmbH, Sidenor SA, SMS Group GmbH, Swiss Steel AG, SynOpt GmbH, thyssenkrupp Presta AG, Vestas Nacelles Deutschland GmbH, Volkswagen AG
