Tailored Tempering macht Automobile leichter und sicherer

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Damit die Vorhersage mit angemessener Genauigkeit funktioniert, müssen alle relevanten Phänomene und ihre Wechselwirkung modelliert werden. Auf thermischer Seite umfasst dies den Wärmefluss zwischen Blech, Werkzeug und Umgebung, wobei sowohl die Strahlung als auch die Konvektion Berücksichtigung finden. Mechanisch ist die plastische Deformation des Blechs zu beachten und aus metallurgischer Sicht ist die Phasentransformation aufgrund der Abkühlung einzuberechnen.

Experimente und Tests dienten Autoform dazu, das thermisch-mechanisch-metallurgische Modell zu verifizieren und weitere maßgebende Parameter zu identifizieren. In Kooperation mit der Daimler AG entstand dabei ein Versuchswerkzeug (Bild 2), während am Lehrstuhl für Fertigungstechnologie der Universität Erlangen-Nürnberg systematische Tests durchgeführt wurden. Autoform steuerte eine Vorserienversion von Autoform-Thermosolver bei. Aus dieser Zusammenarbeit entwickelte sich ein grundlegendes Expertenwissen betreffend das Prozessfenster und die resultierenden Materialeigenschaften in Abhängigkeit der relevanten Prozessparameter.

Latente Wärme während des Abkühlprozesses muss Berücksichtigung finden

Um die Untersuchungsergebnisse auf ein reales Bauteil für die Produktion zu übertragen und die Qualität der Simulationsergebnisse zu überprüfen, baute Daimler ein Werkzeug für eine B-Säule. Im Werk Sindelfingen wurde anschließend ein kleines Los der B-Säule produziert und eingehend auf die mechanischen Eigenschaften hin unter die Lupe genommen. Proben aus verschiedenen Zonen des Bauteils wurden im Zugversuch getestet (Bild 3).

Die Ergebnisse wurden unter den Experten von Daimler und Autoform eingehend diskutiert. Alle physikalischen Einflüsse, die entscheidend für die Genauigkeit der Ergebnisse sind, mussten in das Simulationsmodell einfließen. Untergeordnete Einflüsse wurden herausgefiltert – mit entsprechend positiven Auswirkungen auf die Berechnungsgeschwindigkeit. Ein Entschluss, den die Kooperationspartner im Verlauf der Untersuchungen fassten: Die latente Wärme während des Abkühlprozesses muss Berücksichtigung finden.

Dann berechnet der Autoform-Thermosolver die endgültigen Bauteileigenschaften äußerst treffsicher und Resultate wie die Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Dicken- und Spannungsverteilung sowie die Härte- und Martensitverteilung lassen sich grafisch anschaulich darstellen (Bild 4). Die zusätzliche Rechenzeit für Tailored Tempering Prozesse im Vergleich zur konventionellen Kaltumformung betrug im Mittel lediglich 5%. Dieser ohnehin bescheidene Mehraufwand wird durch das verbesserte Prozessverständnis mehr als gerechtfertigt.

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