TISTRAQ: Entwicklung eines simulierbaren Abschreckumformprozesses für die energie- und materialeffiziente Herstellung von Blechformteilen aus α+β-Titanlegierungen mit bezogen auf den Ausgangszustand gesteigerten mechanischen Kennwerten durch eine prozessintegrierte Wärmebehandlung

Abstract

Der Schwerpunkt der Arbeiten von DYNAmore innerhalb des Konsortiums lag in der numerischen Simulation des TISTRAQ-Prozesses. Zu Beginn wurden notwendige Grundlagenforschungen betrieben, um den Prozess mit seinen Eigenheiten zu verstehen und die Unterschiede zum klassischen Warmumformprozess herauszuarbeiten. Parallel dazu wurden geeignete Materialmodelle ausgewählt, die sowohl den spezifischen Anforderungen des eingesetzten Werkstoffs Ti-6Al-4V gerecht werden, als auch für den Einsatz in Umformsimulationen geeignet sind, beispielsweise durch die Berücksichtigung von Materialanisotropie. Zur Bedatung und Beschreibung des Materials wird ein erster Parametersatz grob identifiziert, hierfür wurde sowohl auf experimentellen Erkenntnissen als auch auf das Softwaretool JMATPro® [1] zurückgegriffen. Auf Basis einer ersten Materialbeschreibung fand anschließend die simulative Abbildung des gesamten TISTRAQ-Prozesses prototypisch statt. Entwicklungen am experimentellen Aufbau fanden dabei direkten Einzug in die Simulation des „Digital Twin“ und Optimierungen, die sich aus der Simulation als Nützlich ergeben haben, wurden in den Prüfstandsaufbau übernommen. Somit konnte immer ein simultaner Fortschritt der realen Prozesskette als auch dessen simulativen Darstellung gewährleistet werden. Am Ende von HAP 3 stand hiermit ein vollständiges und numerisch validiertes Modell zur prognosefähigen Simulation des TISTRAQ-Prozesses zur Verfügung. Hierbei wurde der eigentliche Umformprozess dahingehend numerisch optimiert, mit dem Ziel die Bauteilherstellung zu beschleunigen, ingenieurtechnisch zu verbessern und kostengünstiger zu gestalten. Die Erkenntnisse daraus sind im Anschluss in die simulationsgestützte Prozessoptimierung in HAP 4 eingeflossen, bei der insbesondere Parameter wie Abkühlraten, Wärmeübergangskoeffizienten und Haltedauern betrachtet wurden. Auf Basis der erarbeiteten Erkenntnisse wurde im Weiteren ein datenbasiertes Datenanalyse- und Qualitätssicherungstool entwickelt, das künftig die werkzeug- und prozessseitige Optimierung unter Einbeziehung technischer Parameter und simulativer Auswertungen unterstützt.