FE-Modellierung der Halbwarmumformung von 7000er-Aluminiumblech und Voraussage der Bauteileigenschaften nach der Auslagerung mit KNN

Projektbeschreibung

Kombination aus trainiertem KNN und der numerischen
Simulation zur Voraussage der finalen Bauteileigenschaften nach einer KTL

7000er Aluminiumlegierungen weisen aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeiten ein hohes Leichtbaupotential auf. Bei Raumtemperatur sind die erzielbaren Dehnungen gering, was in einer schlechten Kaltumformbarkeit resultiert. Durch Erhöhung der Prozesstemperatur auf Parameter der Halbwarmumformung (HWU: 150 - 250 °C) oder Warmumformung (WU: 350 - 450 °C), kann die Umformbarkeit gesteigert werden, sodass komplexe Tiefziehteile gefertigt werden können.

Die technologische Anwendung von 7000er Aluminiumlegierungen in Prozessen der HWU und WU wurde bereits umfassend untersucht. Die numerische Prozessanalyse der Umformung von Bauteilen aus 7000er Aluminiumlegierungen im Hinblick auf die HWU fand dabei nur bedingt statt. Nicht modelliert wurden anschließende Wärmebehandlungen wie die kathodische Tauchlackierung (KTL). Auch sind finale Eigenschaften wie die Restzugfestigkeit nach der Umformung, welche auch durch Wärmebehandlungen wie die KTL beeinflusst werden, bisher nicht darstellbar.

Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die numerische Modellierung der HWU unter Berücksichtigung aller relevanten Einflüsse wie dem temperaturabhängigem Fließ-, Verfestigungs- und Versagensverhalten sowie der Reibung. Zur Berücksichtigung der Wärmebehandlung werden künstliche neuronale Netze (KNN) mit der FE-Simulation gekoppelt, um die finalen Bauteileigenschaften nach der KTL vorauszusagen. Die benötigten Materialdaten werden mit geeigneten Versuchen charakterisiert, mit analytischen Ansätzen modelliert, in einem FE-Modell angewendet und anhand eines Demonstrators validiert.

Als Ergebnis steht ein detailliertes Simulationsmodell zur Abbildung der HWU von 7000er Aluminiumlegierungen inklusive der Berücksichtigung einer KTL zur Verfügung. Anwender-KMU profitieren von der geringeren Erwärmungstemperatur der HWU im Vergleich zur WU, da die Prozesse wirtschaftlicher und ressourcenschonender ausgelegt werden können. Der Nutzen für Software-KMU liegt in der Erweiterung ihres Produktportfolios durch die Materialdaten für die HWU und durch den Modellierungsansatz für die KTL.