SFB/Transregio 188 – Schädigungskontrollierte Umformprozesse

Projektträger: 
Projektnummer:
Sprecher:
Geschäftsführer:
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
TRR 188/1-2020
Prof. Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya
Dr.-Ing. Frauke Maevus

  
 
           
 

 

Die Forschungshypothese des SFB/Transregio 188 lautet, dass die durch die Umformung verursachte Schädigung kontrolliert werden kann und dass die Schädigung die Leistungsfähigkeit der Bauteile maßgeblich beeinflusst. Dementsprechend ist das übergeordnete Gesamtziel des TRR 188, die Mechanismen der Werkstoffschädigung bei der Umformung zu verstehen, die Schädigungsevolution quantitativ vorherzusagen und Schädigungszustände im Hinblick auf die Bauteilleistungsfähigkeit gezielt einzustellen. Der Leitgedanke des TRR 188 „Schädigung ist kein Versagen“ bedeutet, dass die duktile Schädigung in der Umformtechnik nicht nur ein Maß für den Abstand von der Versagensgrenze („formability“) ist, sondern die Leistungsfähigkeit in der Anwendung („usability“) maßgeblich beeinflusst. Damit ist die Schädigung eine Produkteigenschaft, die durch die umformtechnische Bauteilfertigung beeinflusst wird.

Die erste Phase des im Jahr 2017 begonnenen Sonderforschungsbereichs TRR 188 endet in diesem Jahr. Daher geht der Blick einerseits zurück auf ergebnis- und ereignisreiche Jahre und gleichzeitig richtet er sich erwartungsvoll auf die Zukunft des Projektes. Der Fortsetzungsantrag zur Bewilligung der zweiten Phase mit einer erneuten Laufzeit von vier Jahren wurde im Juli eingereicht. Darauf folgte im September die erste virtuelle Begehung eines Transregios überhaupt mit Beteiligung des IUL. Die DFG hat beschlossen, die Förderung des SFB/TRR 188 fortzusetzen. Somit kann die Forschung zum Paradigmenwechsel in der Umformtechnik bis einschließlich 2024 fortgesetzt werden.

Die Bearbeitung der Teilprojekte erfolgt durch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der TU Dortmund (Sprecherhochschule) und der RWTH Aachen. Am Standort Dortmund beteiligen sich aus der Fakultät Maschinenbau das Institut für Umformtechnik und Leichtbau (IUL), das Institut für Mechanik (IM) und das Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT) sowie aus der Fakultät Architektur und Bauingenieurwesen der Lehrstuhl Baumechanik (BM). An der RWTH Aachen sind dies das Institut für Bildsame Formgebung (IBF), das Institut für Eisenhüttenkunde (IEHK) und das Institut für Metallkunde und Metallphysik (IMM) aus der Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik sowie das Werkzeugmaschinenlabor (WZL) aus der Fakultät für Maschinenwesen und das Gemeinschaftslabor für Elektronenmikroskopie (GFE). Auch der Lehrstuhl für Konstruktion und Fertigung der BTU Cottbus-Senftenberg und das außeruniversitäre Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH (MPIE) in Düsseldorf sind am TRR 188 beteiligt.

In der ersten Förderperiode wurden grundlegende Umformprozesse hinsichtlich der Schädigungsentwicklung und der resultierenden Leistungsfähigkeit untersucht. Hierzu wurde ein interdisziplinäres Konsortium gebildet, welches in die Projektbereiche Charakterisierung, Technologie und Modellierung eingeteilt ist (vgl. Bild).

Projektbereiche des SFB/TRR 188

Im Projektbereich A (Technologie) konnte durch Einstellung des hydrostatischen Drucks über Prozessparameter und -modifikationen die Schädigung im Umformprozess kontrolliert werden. Ferner wurde gezeigt, dass die Schädigung maßgeblich die Leistungsfähigkeit beeinflusst. Im Projektbereich B (Charakterisierung) wurden effiziente Methoden zur Quantifizierung der Schädigung und der wirkenden Mechanismen anhand von Proben aus dem Projektbereich A entwickelt. Im Projektbereich C (Modellierung) wurden Schädigungsmodellierungsansätze von der Mikro- bis zur Makroskala entwickelt und anhand experimenteller Daten aus den Projektbereichen A und B validiert. Das wissenschaftliche Serviceprojekt bereitete die entwickelten Schädigungsmodelle zur Finite-Elemente-Simulation (FE-Simulation) in kommerziellen Programmen auf und stellte Softwarewerkzeuge für die Prozesssimulation und Parameteridentifikation bereit.

Innerhalb dieses Transregios ist ein interdisziplinäres Team zusammengewachsen, welches gelernt hat, eine gemeinsame Sprache zu sprechen. Dazu trug neben den regelmäßigen Treffen auch die Bearbeitung von zentralen Querschnittsthemen in den vier Arbeitskreisen „Effiziente Schädigungscharakterisierung“, „Leistungsfähigkeit“, „Validierung“ und „Schädigungsdefinition“ bei.

Trotz dieser Erfolge bleiben einige schon im Erstantrag genannte, aber auch neue offene Fragen für die mögliche zweite Förderperiode. So gehören zu den möglichen Themen die Betrachtung komplexerer Bauteilgeometrien und Prozessfolgen, die Variation des Lode-Winkel-Parameters und die temperaturunterstützte Umformung bzw. Wärmebehandlung.

Nicht zuletzt aufgrund der Antragsphase und der anstehenden Begehung wurden dieses Jahr fünf Vollversammlungen abgehalten, von denen vier virtuell stattfanden. Im März fand zudem das zweite Industriekolloquium in Aachen statt. Knapp 70 nationale und internationale Teilnehmende erhielten im Rahmen von 13 Vorträgen und einer begleitenden Posterausstellung Einblicke in die neuesten Entwicklungen im Bereich schädigungskontrollierter Umformprozesse. Aufgrund der COVID-19-Pandemie wurde das zweite Industriekolloquium kurzfristig parallel als virtuelle Konferenz angeboten. Der Schwerpunkt der Konferenz lag auf der Charakterisierung sowie der mehrskaligen Modellierung der Schädigungsentwicklung.

A. Erman Tekkaya hat als Hauptautor gemeinsam mit Pierre-Olivier Bouchard, Stefania Bruschi und Cem Tasan das Keynote-Papier „Damage in Metal Forming“ in den CIRP Annals veröffentlicht. Zudem wurden zehn Beiträge des TRR 188 im Rahmen eines Sonderheftes der „Production Engineering“ zum Thema „Damage Controlled Forming Processes“ veröffentlicht.