Anwendungsoptimiert in Form gebracht

Umformprozesse

Mit den neuesten Erkenntnissen aus Materialwissenschaft und Werkstofftechnik optimieren wir Umformprozesse und Umformwerkzeuge. Mit Hilfe der numerischen Simulation reduzieren wir Versuch-und-Irrtum-Schleifen. Dazu entwickeln wir Modelle, die Werkstoffverhalten beschreiben und bestimmen relevante Werkstoff- und Prozessparameter.

 

Auf dieser Seite:

Leistungen

Themen

Simulation von TWIP-Stählen für die Blechumformung

Simulation von Prozessketten in der Fertigung

Das »virtuelle Labor«

Lehre

Archiv: Zurückliegende Nachrichten und Veranstaltungen zum Thema Umformprozesse

Leistungen

Mit der Kombination vielfältiger experimenteller Untersuchungsmethoden, der langjährigen Erfahrung in der numerischen Simulation sowie der Expertise in der Materialmodellierung, bieten wir eine umfassende Unterstützung in der Umformsimulation an.

Wir finden Schwachstellen im Fertigungsprozess und klären deren physikalische Ursachen auf, um sie bereits in der Auslegungsphase zu vermeiden oder in ihren Auswirkungen zu beherrschen. Auf dieser Grundlage finden wir Optimierungspotenziale im jeweiligen Fertigungsprozess. So können unsere Kunden noch exakter fertigen und gegebenenfalls Ausschuss verringern.

Unsere Schwerpunkte liegen in der Beschreibung des Umformprozesses, der Beurteilung von Umformgrenzen und der Vorhersage der Entwicklung relevanter Werkstoffeigenschaften im Umformprozess.

Wir beschreiben die Wechselwirkung der umzuformenden Bauteile mit den Umformwerkzeugen und bewerten Reibung und Verschleiß.

Mit unserem »virtuellen Labor« verknüpfen wir die Mikrostruktur von Werkstoffen mit den makroskopischen Werkstoffeigenschaften, um Eigenschaftsänderungen während der Fertigung zu simulieren.

Durch die Themenvielfalt am Fraunhofer IWM bearbeiten wir zielgerichtet weitergehende Problemstellungen aus der Blechverarbeitung wie Tribologie, Ermüdung, Fügen oder Crash.

Themen

 

Experimentelle Bestimmung von Kennwerten für die Umformsimulation


Bei der Simulation von Umformprozessen ist die präzise Beschreibung der Werkstoffeigenschaften eine wesentliche Voraussetzung zur Erzielung von belastbaren Simulationsergebnissen. In Abhängigkeit vom betrachteten Prozess müssen die Blechwerkstoffe hinsichtlich Verfestigung, Anisotropie, Temperatur, Dehnrate oder auch Schädigungsverhalten experimentell charakterisiert und in das...

 

Rechnergestützte Bestimmung von Kennwerten für die Umformsimulation: »Virtuelles Labor«


Der polykristalline Aufbau metallischer Werkstoffe hat in Umformprozessen großen Einfluss auf das mechanische Verhalten: Beispielsweise beeinflussen die Kornorientierung (kristallographische Textur) und die Kornmorphologie die plastische Deformation. Zudem aktivieren die thermischen Einflüsse Phasenbildungs- und Rekristallisationsprozesse im Metall...

 

Ermittlung thermophysikalischer Kennwerte und thermomechanischer Eigenschaften


In den thermophysikalischen und thermomechanischen Laboren des Fraunhofer IWM werden mit modernsten Verfahren temperaturabhängige Materialeigenschaften untersucht. Diese Eigenschaften bilden eine unverzichtbare Basis um die Auswirkungen thermischer Belastung von Bauteilen zu bewerten, fundierte Daten für...

 

Prozess- und Bauteilsimulation


Mit modernsten Simulationsmethoden unterstützen wir unsere Kunden aus der Blech- und Massivumformung sowie der Kalt- und Warmumformung bei der Bewertung und Optimierung ihrer Umformprozesse. Wir finden Schwachstellen in den Fertigungsschritten und klären deren physikalische Ursachen auf, um sie bereits in der Auslegungsphase zu vermeiden oder in ihren Auswirkungen zu beherrschen. Dazu analysieren, bewerten und optimieren wir auf der Basis experimenteller...

 

Auslegung von Steckverbindern und elektrischen Kontaktierungen


Wir analysieren, bewerten und optimieren auf der Basis werkstoffmechanischer Modellierungsansätze und fortschrittlicher Simulationsmethoden die Formgebungs- und Umformprozesse für Steckverbinder einschließlich ihrer Werkzeuge und zugehöriger Fertigungsschritte. Wir finden eventuelle Schwachstellen im Fertigungsprozess und klären ihre physikalischen Ursachen auf. Zusätzlich verknüpfen wir die Mikrostruktur der...

 

Publikationen zum Thema Umformprozesse


Beiträge in Zeitschriften, Büchern und auf Konferenzen sowie Dissertationen und Projektberichte...

© Foto Fraunhofer IWM

Simulation von TWIP-Stählen für die Blechumformung

Mit TWIP-Stählen kann bei einer Zugfestigkeit von 1000 MPa eine Bruchdehnung von 40 % bis 50 % erreicht werden. Das Energieaufnahmevermögen von Bauteilen wird erheblich verbessert und die benötigte Blechdicke kann reduziert werden. Um das Deformationsverhalten von TWIP-Stählen genau zu beschreiben, wurde am Fraunhofer IWM ein geeignetes Werkstoffmodell entwickelt. Wesentliches Merkmal ist die physikalische Beschreibung der Entwicklung des Zwillingsvolumenanteils in Abhängigkeit der Verformung und des Spannungszustands.

Mehr zum Thema Simulation von TWIP-Stählen für die Blechumformung

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© Foto Fraunhofer IWM

Simulation von Prozessketten in der Fertigung

Durch die Kopplung von gleichen oder unterschiedlichen Simulationsmethoden bilden wir ganze Prozessketten virtuell ab. Für die Blechumformung haben wir so Konzepte zur Verknüpfung aufeinanderfolgende Prozessschritte entwickelt: An die Simulation des Kaltwalzens mittels der Finite Elemente Methode und Mikrostrukturmodellen schließt sich die Beschreibung der Wärmebehandlung an. Die Ergebnisse werden wiederum in Mikrostruktursimulationen zur Vorhersage makroskopischer, mechanischer Kennwerte verwendet, die in die Werkstoffmodellierung für Umformsimulationen auf der Bauteilskala einfließen. Auf diese Weise untersuchen wir den Einfluss einzelner Prozessparameter auf die finalen Werkstoffeigenschaften.

Mehr zur durchgängigen rechnerischen Verknüpfung von Fertigungsschritten

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© Foto Fraunhofer IWM

Das »virtuelle Labor«

Mit dem »virtuellen Labor« errechnen wir makroskopische Werkstoffeigenschaften unter Berücksichtigung der Mikrostruktur. Damit erweitern wir die experimentelle Grundcharakterisierung von Werkstoffen. Die aus der virtuellen Kennwertermittlung resultierenden Daten verarbeiten wir in gleicher Weise weiter wie experimentelle Daten und nutzen diese beispielsweise für eine genaue Anpassung von Materialmodellen für die Blechumformsimulation. Besonders hochfeste Blechwerkstoffe fordern komplexe Materialmodelle, deren Anpassung durch zusätzliche virtuelle Daten vereinfacht werden kann.

Mehr zur rechnerischen Bestimmung von makroskopischen Werkstoffeigenschaften unter Berücksichtigung der Mikrostruktur

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Lehre

Prozesssimulation in der Umformtechnik
Dr. Dirk Helm
am Karlsruher Institut für Technologie KIT

Archiv: Zurückliegende Nachrichten und Veranstaltungen zum Thema Umformprozesse

Neues IGF-Forschungsprojekt ist am 01.05.2016 gestartet

Am Fraunhofer IWM ist in Kooperation mit der TU Bergakademie Freiberg ein neues, von der AiF gefördertes IGF-Forschungsprojekt gestartet mit dem Titel:

Experimentelle Untersuchung und werkstoffgerechte Beschreibung verarbeitungsrelevanter mechanischer Eigenschaften von Walzdraht aus Kaltfließpressstählen in Abhängigkeit von technologischen Parametern des GKZ-Glühens

Leichtbaukonzepte im Bereich des Fahrzeugbaues wirken sich auf die Gestaltung von fließgepressten Bauteilen und auf die Anwendung von Werkstoffen zu deren Fertigung aus. Es werden immer mehr hoch- und höchstfeste Kaltumformteile mit komplexeren Formen verlangt und eingesetzt. Um die dafür geeigneten Werkstoffe kaltumformtechnisch mit ausreichender Werkzeugstandzeit einsetzen zu können, müssen die Werkstoffe als Draht vor der Kaltumformung einer sogenannten GKZ-Glühbehandlung (Glühen auf kugeligen Zementit) unterzogen werden. GKZ-Glühen ist ein Verfahren der Wärmebehandlung von Metallen, bei dem ihre Zerspanbarkeit sowie Kaltverformbarkeit verbessert werden. Allerdings wird der mit hohem Energieaufwand eingestellte Gefügeaufbau aus Sicht der Verarbeitungseigenschaften nicht für jede Bauteilkomponente benötigt. Daher stellt die Schaffung von Basiswissen für die Verbesserung des bestehenden Wärmebehandlungsverfahrens die Hauptmotivation des Forschungsprojekts dar. Außer dem Vorteil einer durchgehenden Verkettung von Technologieschritten besteht der praktische Aspekt in der freien Gestaltung eines auf den Werkstoff und die daraus geformten Komponenten zugeschnittenen Wärmebehandlungszyklus samt einer deutlichen Energie- und Materialeinsparung sowie der Erhöhung der Ofendurchsatzkapazität.

Um den Umfang und die Komplexität der Aufgaben umsetzen zu können, wird eine interdisziplinäre Kooperation vorgesehen: Das Institut für Metallformung der TU Bergakademie Freiberg ist für die numerische Modellierung der Auflösungskinetik, experimentelle Glühuntersuchungen und integrative Beschreibung des variierten Werkstoffzustandes mit entsprechendem Fließverhalten zuständig, und dem IWM obliegt die Mikrostrukturcharakterisierung mit der simulativen Bestimmung des Materialfließverhaltens in unterschiedlichen Glühzuständen samt Parameteridentifikation durch experimentelle Ergebnisse. Durch die Beteiligung der AiF-Forschungsvereinigungen FOSTA (Stahlanwendung) und FSV (Stahlverformung) sowie verschiedener Industriepartner aus beiden Bereichen wird die Interdisziplinarität sichergestellt.

Dr. Maksim Zapara
Telefon +49 761 5142-352
E-Mail senden

M. Sc. Eva Augenstein
Telefon +49 761 5142-381
E-Mail senden

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Am Fraunhofer IWM ist in Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) eine neues, von der AiF gefördertes IGF-Forschungsprojekt gestartet mit dem Titel:

»Virtuelle Kennwertermittlung für die Umformsimulation von Feinblechen – Teil 2«

In der Praxis der Blechumformsimulation besteht für viele Werkstoffe noch Klärungsbedarf, welches Materialmodell erforderlich ist und wie die Modellparameter zu bestimmen sind, um den Werkstoff hinreichend genau abzubilden. Aufgrund der Blechanisotropie spielt neben der Kaltverfestigung die Beschreibung des Fließorts eine zentrale Rolle. Insbesondere bei der Anwendung höher entwickelter Fließortmodelle sind zur präzisen Ermittlung von Modellparameter Versuche erforderlich, die experimentell nur schwer oder gar nicht zugänglich sind.

Die Gruppe »Umformprozesse« bearbeitet nun ab dem 1.12.2015 in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IWU ein neues, von der AiF gefördertes IGF-Projekt (18810BG).

In dem Vorgängerprojekt (AIF-Nr.: 17469BG) wurden die Grundlagen erarbeitet, um mit Hilfe von »virtuellen Versuchen« das Werkstoffverhalten für beliebige Belastungszustände aus Mikrostruktur-Simulationsmodellen vorherzusagen. Die daraus ermittelten makroskopischen Größen sollen in diesem Forschungsvorhaben zusätzlich zu experimentellen Daten für eine genauere Auswahl und Anpassung der Fließortmodelle in der Umformsimulation verwendet werden. Das Ziel dieses Vorhabens besteht darin, die in dem Vorgängerprojekt erarbeiteten Methoden der virtuellen Kennwertermittlung auf praxisrelevante Beispiele aus der Blechumformung anzuwenden. Insbesondere wird der Mehrwert der »virtuellen Kennwertermittlung« bzgl. der Vorhersagegenauigkeit von Umformsimulationen im Vergleich zu den Standardverfahren anhand von Bauteilversuchen überprüft und bewertet.

Dr. Alexander Butz
Telefon +49 761 5142-369
E-Mail senden

Maria Baiker
Telefon +49 761 5142-349
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Am Fraunhofer IWM startet in Kooperation mit dem Forschungsinstitut für Edelmetalle und Metallchemie (FEM) eine neues, von der AiF gefördertes IGF-Forschungsprojekt mit dem Titel:

»Standardisierung der mechanischen Charakterisierung und Quantifizierung von Materialkennwerten zur Modellierung des zeitabhängigen Verformungsverhaltens von Halbzeugen aus hochleitfähigen Cu-Legierungen».

Die Spannungsrelaxation hat einen sehr großen Einfluss auf die Zuverlässigkeit von Cu-Komponenten und -Systeme. Sie ist daher nicht nur interessant für die Werkstoffforschung sondern hat auch große Bedeutung für die Wettbewerbsfähigkeit von Cu-verarbeitenden Unternehmen.

Die Gruppe »Umformprozesse« bearbeitet nun ab dem 1.12.2015 ein neues, von der AiF gefördertes IGF-Projekt. Dessen Ziel ist es, die in Zusammenarbeit von Fraunhofer IWM und dem Forschungsinstitut für Edelmetalle und Metallchemie (FEM) erarbeiteten Erfahrungen und Kompetenzen bezüglich der mechanischen Charakterisierung und Modellierung der Spannungsrelaxation von Cu-Werkstoffen in eine neue Prüfrichtlinie für Cu-Werkstoffe zu überführen.

Mit dem neuen Richtlinienentwurf haben die beteiligten Projektpartner der Halbzeughersteller und -verbraucher eine fundierte Diskussionsgrundlage, von der eine allgemein gültige und verbindliche Prüfvorschrift zur einheitlichen Charakterisierung von Cu-Werkstoffen abgeleitet werden soll. Die Prüfvorschrift  liefert Herstellern und potentiellen Anwendern von Cu-Werkstoffen Hinweise zur Ermittlung von experimentellen Daten, die zur Relaxationsbeschreibung bzw. –modellierung in allen gängigen FE-Simulationsprogrammen geeignet ist.

Hierdurch können die betreffenden Unternehmen ihre Cu-Bauteile und –Produkte mit FE-Simulationen effizient auslegen, kritische Bereiche identifizieren oder optimieren und somit die Zuverlässigkeit ihrer Cu-Komponenten und -Systeme in naher Zukunft bei zugleich steigendem Zeit- oder Konkurrenzdruck weiter verbessern.

Ansprechpartner:

Dr. Matthias Weber
Telefon +49 761 5142-272
E-Mail senden

Dr. Dirk Helm
Telefon +49 761 5142-158
E-Mail senden

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