Image
Durch die richtungsabhängigen Eigenschaften des Blechwerkstoffs kommt es zu Zipfelbildung im Randbereich des tiefgezogenen Napfes hervorgerufen (Kantenlänge des Mikrostrukturmodells etwa 150 μm).
Foto: Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM
Durch die richtungsabhängigen Eigenschaften des Blechwerkstoffs kommt es zu Zipfelbildung im Randbereich des tiefgezogenen Napfes hervorgerufen (Kantenlänge des Mikrostrukturmodells etwa 150 μm).

IT-Lösungen

Werkstoffeigenschaften virtuell ermitteln

Das Virtuelle Labor des Fraunhofer IWM bestimmt die für die Auslegung eines Blechumformprozesses nötigen Werkstoffkennwerte per Simulation.

Blechwerkstoffe, etwa für komplexe Autokarosserien, effiziente Plattenwärmetauscher oder handelsübliche Getränkedosen, haben eine Besonderheit: Ihre Werkstoffeigenschaften variieren mit der Richtung, in der die Bleche umgeformt beziehungsweise belastet werden. Deshalb ist es enorm wichtig, dieses Werkstoffverhalten genau zu kennen, um den Blechumformprozess auslegen und somit das Bauteil formgenau herstellen zu können. Die dafür notwendige experimentelle Bestimmung der richtungsabhängigen Werkstoffeigenschaften wird zunehmend umfangreicher und nicht jeder Belastungszustand im Fertigungsprozess lässt sich im Experiment realisieren: Beispielsweise ist die Bestimmung dieser Werkstoffeigenschaften bei Druckbelastung kritisch. Zusätzlich werden Blechbauteile immer filigraner und dünnwandiger. Hierdurch lassen sich viele Materialien – etwa Metallfolien, wie sie in der Batterietechnik benötigt werden – schwer experimentell charakterisieren, da sie äußerst schnell Falten bilden oder reißen. Für diese Materialien gibt es folglich nicht ausreichend Versuchsdaten, auf die man zurückgreifen kann.

Geringer zeitlicher und finanzieller Aufwand

Das Fraunhofer IWM hat mit seinem Virtuellen Labor eine Möglichkeit geschaffen, diese Lücke zu schließen. „Wir bestimmen die Richtungsabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften bei Blechwerkstoffen per Simulation“, erklärt Alexander Wessel, Wissenschaftler am Fraunhofer IWM in der Gruppe Umformprozesse. „Dabei bilden wir die Werkstoffe auf Mikrometerebene in einem Mikrostrukturmodell ab und sagen das makroskopische richtungsabhängige Werkstoffverhalten auf Basis der zugrundeliegenden physikalischen Mechanismen in der Mikroebene voraus.“ Auf diese Weise lassen sich auch solche Blechwerkstoffe charakterisieren und die entsprechenden Werkstoffkennwerte für die Auslegung des Umformungsprozesses ermitteln, bei denen dies allein aus dem Experiment nicht möglich ist. „Bei unserem Vorgehen mit dem Virtuellen Labor kommen wir mit wenigen experimentellen Datenpunkten aus und errechnen uns die fehlenden Daten“, erläutert Wessel. Der zeitliche und finanzielle Aufwand ist somit im Vergleich zu einer rein experimentellen Charakterisierung deutlich niedriger. Für Unternehmen bedeutet das, dass sie die Entwicklungszeiten verkürzen und Kosten bei der Einführung neuer Umformprozesse einsparen.

Leicht und sicher mit hochfesten Aluminiumbauteilen

Beim Elektroauto Lucid Air kommen Bauteile aus warmumgeformtem Aluminium zum Einsatz, die durch ihre hohe Umformbarkeit und Festigkeit sowie ihr geringes Gewicht glänzen.
Artikel lesen

Kooperation mit der Universität Twente in den Niederlanden

Um die Prognosequalität des Virtuellen Labors noch weiter zu erhöhen und den wirtschaftlichen Nutzen für die Industrie auszubauen, gibt es eine neue Kooperation zwischen dem Fraunhofer IWM und der Universität Twente in den Niederlanden: Im Rahmen des „Fraunhofer International Mobility Program“, kurz FIM, arbeitet Alexander Wessel seit Oktober 2022 für fünf Monate an der Universität Twente in der renommierten Forschungsgruppe von Professor Ton van den Boogaard mit, wo ebenfalls an Umformprozessen geforscht wird. Mit dem FIM-Programm unterstützt die Fraunhofer-Gesellschaft finanziell strategische Partnerschaften mit ausländischen Forschungseinrichtungen und stärkt damit den internationalen wissenschaftlichen Austausch. Das Ziel von Alexander Wessels Aufenthalt in den Niederlanden liegt vor allem im Vergleich der verschiedenen Simulationsansätze und in der Verbesserung der Prognosequalität des Virtuellen Labors. „Die aktuellen Ergebnisse zeigen, dass es zum Beispiel noch Optimierungspotenzial bei der Vorhersage von richtungsabhängigen Werkstoffeigenschaften bei aushärtbaren Aluminiumlegierungen gibt“, sagt Wessel. In Zusammenarbeit mit Assistenzprofessor Semih Perdahcioglu von der Universität Twente konnte bereits ein erster Modellierungsansatz zur Lösung der Problemstellung erarbeitet werden. Diesen gilt es nun weiter zu verbessern und in das Virtuelle Labor zu integrieren. Es wird erwartet, dass hierdurch die Vorhersagegenauigkeit für aushärtbare Aluminiumlegierungen, wie sie beispielsweise für Karosserien im Automobilbau eingesetzt werden, weiter erhöht werden kann.

Image
Um schneller, material- und energiesparender zu den gewünschten Ergebnissen zu kommen, hat Time im SindE-Projekt – gefördert vom europäischen EFRE-Programm – das entsprechende Simulationsmodell erarbeitet und eine äquivalente Wärmequelle entwickelt.

Schweißen

Simulation von induktiver Erwärmung bei Schweißprozessen

Time-Forscherteam hat eine äquivalente Wärmequelle entwickelt, mit der Simulationen zukünftig schneller durchgeführt werden können.

    • Schweißen, Fügen + Verbinden
Image
Save the Date! Das 4. Lasersymposium Elektromobilität – LSE´22 findet Ende Januar 2022 als digitale Veranstaltung statt. (Im Bild: Kontaktiertes Batteriemodul aus 18650-Zellen.

News

Lasersymposium Elektromobilität online im Januar 2022 

Technologie, Trends, Netzwerken: Am 25. und 26. Januar 2022 veranstaltet das Fraunhofer ILT das 4. Lasersymposium Elektromobilität als virtuelles Event.

    • News
Image
Im Mittelpunkt der Kooperation stehen Serviceangebote im Bereich „Industrial Digital Transformation“.

Unternehmen

Fraunhofer und UBC: Kooperation zur digitalen Transformation in der Industrie

Durch die Entwicklung von ganzheitlichen digitalen Zwillingen und KI sollen Prozesse effizient optimiert werden.

    • Unternehmen, News
Image
Das Handling der Präzisionssägen fm 10 und fm 12 von IMA Schelling lässt sich mit dem neu entwickelten Automatic Manipulation Device (AMD) weitgehend automatisieren.

Innovative Kombination aus Säge und Materiallogistik

Mittels Luftkissen-Manipulierfläche lassen sich auch schwere Aluminiumplatten automatisiert und materialschonend handhaben.