Simulation von temperaturgestützten Blechumformprozessen

Die temperaturgestützte Umformung von Blechwerkstoffen eröffnet ein weites Spektrum von Werkstoffzuständen und Bauteileigenschaften, die mit der konventionellen, kalten Blechumformung nicht erreichbar sind.

Im Bereich der Stahlwerkstoffe ist das direkte und indirekte Presshärteverfahren bor-mangan-legierter Bleche und Profile industriell etabliert. Durch eine lokal angepasste Temperaturführung (engl.: tailored tempering) lassen sich Bauteilbereiche mit gezielt einstellbarer Festigkeit und Deformationscharakteristik in einem belastungsangepassten Bauteil kombinieren. Die Festigkeitseigenschaften und Deformationsreserven sind dabei von der Gefügeausbildung der presshärtbaren Werkstoffe abhängig und werden über das Temperaturniveau in der Austenitisierungs- und Abschreckphase gesteuert. Besondere Bedeutung kommt dem zeitlichen Verlauf in Form der erreichten Abkühlrate zu.

Für die Beherrschung des temperaturgestützten Umformprozesses sind deshalb ein fundiertes Prozessverständnis und eine detaillierte Abbildung der chronologisch aufeinander folgenden Einzelschritte erforderlich. Das Aufheizen, Handling, Umformen, Abschrecken und Nachbearbeiten der Werkstücke wird mittels der Finite-Elemente-Methode berechnet. Die Effekte Wärmeleitung, Strahlung und Konvektion werden unter den technologiespezifischen Randbedingungen charakterisiert und fließen in die thermomechanisch gekoppelte Simulation ein.

Zur Abbildung der Werkstoffeffekte wird eine temperatur-, dehnraten- und gefügeabhängige Materialmodellierung eingesetzt. Im Rahmen von Sensitivitätsanalysen und im Quervergleich zu Realversuchen und Serienmessungen lassen sich so praxisrelevante Wirkzusammenhänge identifizieren und nutzbringend zur Prozessregelung einsetzen.

Im Bereich der ausscheidungshärtbaren Aluminiumwerkstoffe wird die gezielte Temperierung des Werkstücks über den Werkzeugkontakt ebenfalls zum Umformvergüten (engl.: hot form quench - HFQ) eingesetzt.

Die zur Umformsimulation notwendigen, insbesondere thermischen Randbedingungen und Kennwerte werden im Rahmen einer thermischen Materialcharakterisierung ermittelt und/oder aus dem Simulationsabgleich und einer inversen Parameteridentifikation bestimmt.