Erweiterte Modellierung des elastischen Werkstoffverhaltens für die Rückfederungssimulation

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Zur Gewichtsreduzierung von Kraftfahrzeugen werden im Karosseriebau zunehmend Leichtbauwerkstoffe eingesetzt. Diese Leichtbauwerkstoffe als Karosseriewerkstoffe erfordern hohe Anstrengungen in Bezug auf die Herstellbarkeit und die geforderte Qualität der betreffenden Umformteile. Beim Einsatz von unterschiedlichen Werkstoffen tritt das Phänomen der Rückfederung aufgrund abweichender mechanischer Eigenschaften in verschiedenen Ausprägungen auf. Es handelt sich dabei um den elastischen Spannungsanteil, der nach dem Entlasten des Bauteils nach dem Umformprozess dafür sorgt, dass sich die Bauteilgeometrie tendenziell in Richtung des Ausgangsbleches hin verändert. Um dennoch die gewünschte Geometrie zu erhalten, wird die Rückfederung in der Werkzeuggeometrie entsprechend vorgehalten. Da für die neuen Leichtbauwerkstoffe noch wenig Erfahrungswissen vorhanden ist und die Umformsimulation noch keine zuverlässigen Aussagen hinsichtlich der Rückfederung zulässt, müssen oft mehrere Iterationsschleifen der zeit- und kostenintensiven Werkzeugkonstruktion, –fertigung und -einarbeit durchlaufen werden. Als Werkzeug für die virtuelle Produktentwicklung wird die Finite Elemente Simulation (FE-Simulation) in vielen Industriebereichen bereits standardisiert eingesetzt, um während der Werkzeugkonstruktion die prinzipielle Herstellbarkeit des Umformteils zu gewährleisten. Die Qualität des Simulationsergebnisses kann durch die genaue Vorhersage der Rückfederung deutlich verbessert werden. In diesem Forschungsprojekt werden die wesentlichen Eigenschaften des E-Moduls sowie der senkrechten Anisotropie in Abhängigkeit vom Umformgrad, der Umformgeschwindigkeit und der Blechwerkstofftemperatur untersucht und für die Blechumformsimulation modelliert. Die beiden Werkstoffkennwerte werden abhängig von Walzrichtung, Temperatur, Umformgrad und Umformgeschwindigkeit in der FE-Simulation für eine bessere Vorhersage der Rückfederung implementiert. Zur Verifikation der Simulationsergebnisse wird in diesem Forschungsprojekt die Rückfederung von zwei Realbauteilen bei Raumtemperatur und bei bis zu = 250 °C in praktischen Versuchen ermittelt und mit den FE-Ergebnissen abgeglichen.