Gezielte Nutzung umformtechnisch induzierter Eigenspannungen in metallischen Bauteilen

Beim Umformen entstehen Eigenspannungen, welche entscheidend für die Entstehung von Bauteilschädigungen sein können und so zu verfrühtem Versagen führen. Daher werden innere Spannungen oft als negativ angesehen und möglichst vermieden oder reduziert.

Modelle und Versuchseinrichtungen zeigen jedoch den potenziellen Nutzen von Eigenspannungen. Der Senat der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) hat deshalb im März 2016 die Einrichtung des Schwerpunktprogramms „Gezielte Nutzung umformtechnisch induzierter Eigenspannungen in metallischen Bauteilen“ (SPP 2013) beschlossen. Die Laufzeit ist auf sechs Jahre ausgelegt und besteht aus drei zweijährigen Förderperioden.

Im Rahmen des Programms sollen Eigenspannungen durch Blech- oder Massivumformung so gesteuert und kontrolliert werden, dass sie sich positiv auf später im Bauteileinsatz relevante Eigenschaften auswirken. Diese sind beispielsweise die Schwingfestigkeit, die statische Festigkeit sowie die Beulsteifigkeit und –festigkeit in Kombination mit der Eigenschaftsstabilität während des Betriebs.

In der ersten Projektphase von 2017 bis 2019 konnte gezeigt werden, dass Eigenspannungszustände reproduzierbar mithilfe umformender Fertigungsverfahren eingestellt werden können. Ebenso gelang der Aufbau geeigneter Simulationsmodelle und die Herstellung von repräsentativen Bauteilen. Damit ist der Nachweis erbracht, dass Eigenspannungszustände in umgeformten Bauteilen hinreichend stabil sind und somit entsprechend dem Projektziel genutzt werden können.

In der zweiten Projektphase von 2019 bis 2021, wurden die tatsächlich erzielbaren Eigenschaftsverbesserungen für die verschiedenen Fertigungsverfahren quantifiziert und die zugehörigen Simulationsmodelle sowie Messmethoden validiert.

Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen konzentrieren sich die Arbeiten der dritten Phase von 2021 bis Ende 2023 auf die Auslegung, Gestaltung und Optimierung der notwendigen Prozesse, der Anlagen und der Werkzeuge zur Verbesserung der Eigenschaften des produzierten Bauteils. Dazu zählt auch der Nachweis der Eigenspannungsstabilität unter gegebenen Einsatzrandbedingungen.