Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Bereitstellung einer Methode zur Reduzierung des Charakterisierungsaufwandes bei der Prozessentwicklung für die Umformung multidirektionaler Laminate aus unidirektional verstärkten thermoplastischen Halbzeugen (UD-Tapes)

Tape basierte unidirektional aufgebaute (UD) thermoplastische Halbzeuge gewinnen zunehmend aufgrund ihres hohen Leichtbautbaupotenzials an wirtschaftlicher Relevanz. Jedoch ist der industrielle Großserieneinsatz derzeit noch beschränkt. Eine der größten Herausforderungen bei der Produkt- und Prozessgestaltung von komplex geformten Bauteilen ist die genaue Kenntnis über das Drapierverhalten von UD-Tape basierten Halbzeugen. Der Umformprozess wird durch fünf unterschiedliche Deformationsmodi beschrieben, wobei das Scher- und Biegeverhalten als die beiden Haupteinflussgrößen bei der Modellierung beschrieben werden. Zur Charakterisierung dieser Effekte existieren zahlreiche Einzellösungen, was eine Übertragbarkeit und Vergleichbarkeit von Kennwerten aus unterschiedlichen Prüfmethoden erschwert. Mit einer Übertragbarkeit und Bertbarkeit der Kennwerte aus diesen Einzelprüfungen würde der Einsatz von UD-basierten Halbzeugen weiter vorangetrieben werden und somit branchenübergreifend für wettbewerbliche Vorteile durch ein gesteigertes Werkstoffverständnis und damit einhergehenden werkstoffgerechten Einsatz sorgen. Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist es den Einfluss unterschiedlicher Charakterisierungsmethoden und deren Implementierung in ein Materialmodell auf das resultierende Simulationsergebnis zu analysieren und bewerten und somit eine Grundlage für eine Wissensbasis an Prozess- und Werkstoffwissen für KMU zu schaffen. So können der Charakterisierungsaufwand und die daraus resultierende Simulationsgüte bereits im Vorfeld bewertet werden. Der grundlegende Ansatz besteht darin unterschiedliche Prüfmethoden für Scher- und Biegeeigenschaften für die Kalibrierung gleicher Materialmodelle zu nutzen. Die Validierung der Simulation erfolgt an einem komplexen Bauteil mit mehrfach gekrümmter Oberfläche. Die Ergebnisse werden in einem Leitfaden zur Charakterisierung und Modellierung zusammengeführt und kommen allen Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette zugute.

Ergebniszusammenfassung:

Mithilfe der Analyse der Prüfmethoden für das Drapierverhalten und der Analyse des Kalibrieraufwandes entsprechender

Materialmodelle für die Drapiersimulation, insbesondere in Bezug auf das resultierende Simulationsergebnis, wurde eine

Richtlinie zur Materialprüfung und Modellkalibrierung von unidirektional verstärkten Halbzeugen erstellt.

Mit der entwickelten Richtlinie können KMU bei der Charakterisierung neuer Materialien das Potenzial einzelner

Prüfmethoden und den zu erwartenden Einfluss einzelner Kennwerte auf das resultierende Simulationsergebnis im Vorfeld

bewerten. Weiterhin kann durch die Kenntnis der relevanten Einflussgrößen auf Umformeigenschaften als auch der

erzielbaren Simulationsergebnisse der Prüfumfang signifikant verringert werden, was insbesondere für die Charakterisierung

neuer Materialien im Produktportfolio der KMU von großer Relevanz ist. So können seitens der KMU finanzielle Kapazitäten

eingespart oder in weitere Entwicklungsprojekte investiert werden.

Da sich Umformsimulationen bei der Auslegung von Leichtbauteilen immer breiter in der Industrie etablieren, ist mit einer

industriellen Umsetzung der angestrebten Forschungsergebnisse in den nächsten Jahren mit hoher Wahrscheinlichkeit zu

rechnen. Weiterhin wird der Anwendungsbereich von UD-basierten Halbzeugen durch ein vertieftes Prozessverständnis und

eine ökonomischere Bauteilauslegung vergrößert, was zu einem mittelbaren Nutzen der KMU durch eine Vergrößerung der

Nachfrage an der Entwicklung solcher Produkte führt.