Entwicklung einer standardisierten, vereinfachten Prozessführung und Versuchsauswertung jenseits der bisherigen Stabilitätsgrenze von gasbasierten Tiefungsversuchen zur Bestimmung von Warmfließkurven
Zur Gewichtsreduktion werden zunehmend pressgehärtete Bauteile eingesetzt, welche jedoch eine aufwändige Prozessauslegung erfordern. Für die notwendige Materialcharakterisierung von glühenden Blechwerkstoffen sind gegenwärtig keine Prüfstände zur multiaxialen Belastung von Probenkörpern entwickelt worden und ein Messen unter diesen Bedingungen bisher nicht möglich, so dass auf extrapolierte Materialdaten zurückgegriffen werden muss. Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines digital-pneumatischen Hochdrucksystem, welches eine geregelte Werkstoffumformung zulässt und somit die Vermessung des visko-elastischen Werkstoffverhaltens ermöglicht.
| Nutzen | Vorgehen |
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Entwicklung eines multiaxialen Messverfahrens für glühende Blechproben |
Entwicklung und Aufbau des Prüfstandes zur Blechumformung |
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Vermessung der Fließspannung von glühenden Blechproben |
Entwicklung der Ventilbatterie und Ansteuerung |
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Machbarkeitsnachweis digital-pneumatisches Hochdrucksystem aus Serienkomponenten |
Entwicklung der Ventilbatterie und Ansteuerung |
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Entwicklung der Prozessregelung |
Kontakt
Entwicklung eines Prüfstandes zur Umformung glühender Metallproben
Das Presshärten von Stahl ermöglicht der Automobilindustrie die Herstellung von hochfesten Bauteilen mit vergleichsweise komplexen Geometrien. Vor allem crash-relevante Bauteile werden häufig pressgehärtet. Durch Umformsimulationen können Presshärteprozesse schnell und kostengünstig ausgelegt werden, wenn genaue Materialdaten vorliegen. Daher wird im Rahmen des Projekts ein Bulgetest entwickelt, welcher eine Materialprüfung unter den Bedingungen des Presshärtens ermöglicht. Beim Bulgetest wird eine Blechprobe zwischen zwei runden Matrizen eingespannt und eine Seite anschließend mit Druck beaufschalgt. Unter der Last bildet sich eine Beule, der Bulge, welche rotationssymmetrisch ist. Aufgrund der geometrischen Verhältnisse kann mittels Membrangleichung die vorliegende Fließspannung an der Kuppe der Beule berechnet werden. Der Umformprozess muss möglichst kontaktlos erfolgen, um eine Verfälschung der Ergebnisse durch Reibung im Kontakt zu vermeiden. Der Prüfstand erlaubt es Bleche bei Temperaturen von 1000 °C berührungslos umzuformen. Als Druckmedium wird Stickstoff eingesetzt, da dieser Wärmestrahlung nur in geringem Umfang absorbiert. Der Einsatz klassische Medien wie Wasser oder Öl ist aufrgund der hohen Temperaturen ausgeschlossen. Die Blechtemperatur kann vor und während des Umformprozesse variiert und geregelt werden. In das Werkzeug ist eine Abkühlvorrichtung integriert, welche Druckluft auf das Blech leitet. Widerstandsheizung ermöglicht das Aufheizen des Blechs.
Entwicklung eines digital-pneumatischen Antriebssystems
Die sogenannte Digitalhydraulik, welche anstrebt in der Elektrotechnik bewährte Prinzipien in die Fluidtechnik zu übertragen, hat in den letzten beiden Dekaden zunehmend Aufmerksamkeit erhalten. So versucht diese Disziplin primär die prinzipbedingten Verluste der Widerstandssteuerung zu reduzieren, indem sie beispielweise kontinuierliche durch binär schaltende Stellglieder ersetzt. Hiermit wird zusätzlich das in der Industrie weit verbreitete Konzept von Komponentenbaureihen aufgebrochen, da quasi jedes beliebig große Stellglied approximiert werden kann, sofern die Stellglieder ein ausreichend kleines Auflösungsvermögen besitzen. Ein häufig vernachlässigter Aspekt ist, dass es zusätzlich möglich wird, Stellglieder für Anwendungen bereitzustellen, welche gegenwärtig am Markt nicht verfügbar sind. Für fluidtechnische Anwendungen, bei denen die Verwendung von Öl als Medium ausgeschlossen ist, stehen beispielsweise nur sehr begrenzte Komponenten zur Verfügung. Insbesondere proportionale Stellglieder mit hoher Bandbreite sind kaum oder gar nicht verfügbar. Dieser Mangel lässt sich prinzipiell durch die Anwendung der Prinzipien der Digitalhydraulik umgehen, erfordert jedoch ein Abweichen von in der Fluidtechnik weit bekannten Regelungskonzepte. Das pneumatische System des Bulgetests nutzt Stickstoff als Medium und benötigt Systemdrücke von bis zu 300 bar. Da susreichend schnelle Proportionalventile am Markt nicht verfügbar sind, wurde eine Kaskade aus Schaltventilen mit binär gestaffelten Leitwerten entwickelt, welche mittels Pulse Code Modulations Verfahren angesteuert wird.
Das Pneumatiksystem ermöglicht es die Geschwindigkeit des Umformprozesses einzuregeln, bis der Prozess die kritische Dehnung erreicht und instabil wird.
Danksagung
Das IGF-Vorhaben 19229 N 1 der Forschungsvereinigung Stahlanwendnungen e.V. wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und –entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert.