mit optimierten Umform- und Zerspanprozessen (P 1057 / IGF-Nr. 18225 N) IFU, IUL, ISF

Das Teilprojekt 3 des Forschungsvorhabens „massiverLEICHTBAU“ wird als Verbundprojekt von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) und dem Bundes­ministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert und unter der Leitung des Instituts für Umformtechnik (IFU) der Universität Stuttgart in Kooperation mit dem  Institut für Umformtechnik und Leichtbau (IUL) sowie dem Institut für Spanende Fertigung (ISF) der Technischen Universität Dortmund bearbeitet. In dem Teilprojekt werden Leichtbaupotentiale durch die gezielte Einstellung lokaler Bauteileigenschaften mit optimierten Umform- und Zerspanprozessen untersucht. Dazu wird 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 wird eine Verbesserung der mechanischen Werk­stoff­eigenschaften in Folge der Kalt­verfes­ti­gung erzielt. Aufgrund dieser Festig­keits­steigerung können leichtere Bauteile ausgelegt werden. Gewöhnlich wird nur eine globale Steigerung der Werkstofffestig­keit durch die Um­for­mung 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. Ähnliche Defizite bestehen bei der Entwicklung von Stahl­werk­stoffen.

Die bestehende Lücke zwischen Anforderungsdefinition lokaler Bauteileigenschaften, insbesondere hinsichtlich Kaltverfestigung, Eigenspannungen und beanspruchungsgerechtem Faserverlauf, und der Sicherstellung dieser Eigenschaften durch optimierte Umform- und Zerspanprozesse sowie durch die Entwicklung von Stahlwerkstoffen mit prozessgerechten Eigenschaften (Kaltumformbarkeit, Fließspannung, Verfestigung, Zerspanbarkeit) soll mit diesem Teilprojekt geschlossen werden. Weiterhin soll eine effiziente Methodik zur virtuellen Auslegung robuster Umform- und Zerspanprozesse unter Berücksichtigung optimaler lokaler Bauteil­eigenschaften entwickelt werden.

Der Prozesskette folgend werden die lokalen Bauteileigenschaften zunächst während des Kaltfließpressens mittels FEM-Umformsimulationen (IUL) und anschließend beim nachfolgenden Zerspanen (ISF) abgebildet. In einer strukturmechanischen FEM-Simulation werden die vorhergehenden Ergebnisse aufgenommen und die belastungsrichtungsabhängigen Bauteileigenschaften (IFU) bestimmt. Die Erkenntnisse dieser drei Simulationspakete werden nachfolgend für die Einbindung in eine CAE-basierte Auslegung von optimierten und robusten Prozessketten verwendet. Zum Nachweis des Leichtbaupotentials werden anhand dieser Methodik zwei Demonstratorbauteile (Zahnradnabe und Kolbenbolzen) entwickelt (IFU). Für die Zahnradnabe wird ein Werkzeug aufgebaut und ein gefügtes Zahnrad in Anlehnung an TP2 gefertigt (IFU). Mit den erarbeiteten Ergebnissen werden abschließend Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen hinsichtlich der Zerspanung (ISF) als auch technologische Bauteilprüfungen zur Bestimmung des Leichtbaupotenzials und der ­‑kosten durchgeführt (IFU).