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“ (SSP 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 Phase konnten bereits Eigenspannungen reproduzierbar eingestellt, in ihrer Größe und Verteilung durch gezielte Prozessführung gesteuert und qualitativ nachgewiesen werden. Damit sind die Eigenspannungen grundsätzlich gemäß des Antragsziels zur Verbesserung von Eigenschaften umformtechnisch hergestellter Bauteile nutzbar. Zudem wurden geeignete Nachweismethoden eingeführt, Simulationsmodelle aufgebaut und repräsentative Bauteile hergestellt.

Die zweite Phase des Schwerpunktprogramms neigt sich dem Ende entgegen. Es standen die Untersuchung der Relevanz von Störgrößen und Materialschwankungen für den ausgewählten Umformprozess, sowie die Quantifizierung der Eigenschaftsverbesserungen der Bauteile durch Eigenspannungen im Fokus. Zugehörige Simulationsmodelle im Hinblick auf Eigenschaftsprognosen sowie Messmethoden für die Eigenspannungen sollen validiert werden.

Abschließend ist geplant, für die letzte Phase, die im September 2021 beginnt, die Vorhersagbarkeit der Eigenschaftsverbesserungen mithilfe geeigneter Simulationsmodelle für den Betrieb der Bauteile sicherzustellen, Prozesse, Anlagen und Werkzeuge zur Eigenschaftsverbesserung der Bauteile zu gestalten, auszulegen und zu optimieren, sowie die Beständigkeit der Eigenspannungen unter gegebenen Randbedingungen im Dauerbetrieb zu überprüfen.