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July 6, 2022
Report
Title
Werkstoffmodelle und Kennwertermittlung für die industrielle Anwendung der Umform- und Crash-Simulation unter Berücksichtigung der thermischen Behandlungen beim Lackieren im Prozess bei hochfesten Werkstoffen
Abstract
Die stetig steigenden Anforderungen an die Crash-Sicherheit von Automobilen bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion bedeuten ebenfalls höhere Anforderungen an die Crash-Simulation. Dabei liegt bei der Bauteildimensionierung neben dem Herstellbarkeit der Fokus auch immer stärker auf den Crash-Eigenschaften. Um die Vorhersagekraft der Crash-Simulation zu verbessern, müssen in den Simulationen die einzelnen Prozessschritte gekoppelt werden. Dabei sollen zur Erhöhung der Prognosegüte auch thermische Behandlungen, wie zum Beispiel zum Aushärten des Lackes, berücksichtigt werden. Die hier zu untersuchenden Zusammenhänge der Auswirkungen von Wärmebehandlung und mechanischer Belastung im Kontext einer effektiven numerischen Beschreibung von Bauteilen und Baugruppen, vorwiegend als Schalenelemente, stellen eine kontinuierliche Fortsetzung der der Vorgängerprojekte AiF379 ZN und AiF171ZN dar. Im Projekt wurden mehrere Werkstoffe betrachtet: hochfeste Mehrphasenstähle, ein Presshärtestahl, sowie eine aushärtbare Aluminiumlegierung. Mit verschiedenen Experimenten erfolgten Untersuchungen zum Einfluss der Temperatur, der Behandlungszeit, sowie der vor der Behandlung schon erreichten Vorverformung. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurden vielseitig einsetzbare Modelle zur Transformation der Materialeigenschaften infolge der thermischen Behandlungen unter Berücksichtigung der mechanischen Vorgeschichte für die mechanischen Eigenschaften entwickelt. Diese Modelle wurden in ein Mapping-Tool integriert, wodurch es möglich ist, die lokalen mechanischen Kennwerte zwischen den einzelnen Prozessschritten sowie verschiedenen Softwarepakten übertragen zu können. Die anhand von Experimenten gewonnen Kennwerte zur Transformation sind die Grundlage für die prozess- und softwareübergreifenden Simulationen. Für den Presshärtestahl erfolgten Experimente und vergleichende Simulationen anhand Warmumformen eines Hutprofils, Abschrecken und anschließendem Anlassen, gefolgt von einer 3 bzw. 4-Punktbiegebelastung. Bei den Mehrphasenstählen und dem aushärtbaren Aluminium wurde als Demonstrator das Ziehen eines elliptischen Napfes, Wärmebehandlung und ein Indentorversuch gewählt. Der Vergleich von Simulation mit den Versuchen zeigt, dass die gewonnenen Modelle gut funktionieren, aber gerade bei den höherfesten Stählen und beim Presshärtestahl der Einfluss der Wärmebehandlung auf die Bauteilfestigkeit im Betriebslastfall relativ gering ist. Ursache dafür ist die relativ zur absoluten Fließspannung geringe Änderung der Fließspannung. Lediglich bei der aushärtbaren Aluminiumlegierung ist bei dem Demonstratorversuch ein nennenswerter Unterschied zwischen mit und ohne Wärmebehandlung im Kraft-Wegverlauf der Zweitbelastung erkennbar.
Author(s)
Corporate Author
Project(s)
Werkstoffmodelle und Kennwertermittlung für die industrielle Anwendung der Umform- und Crash-Simulation unter Berücksichtigung der thermischen Behandlungen beim Lackieren im Prozess bei hochfesten Werkstoffe
Funder
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz -BMWK-