A simulation-based approach to predict of the springback behavior of ultra-high strength spring strips

One effect of high influence on the dimensional accuracy during bending is springback. It inevitably occurs due to the elastic proportion in the material behavior. The impact is notably high when producing springs made of ultra-high strength spring strips of the steel grade 1.4310 (X10CrNi18-8). The high yield ratio needed to fulfil the functionalities required during application leads to dimensional inaccuracies that have to be compensated during the production process. This paper reports a simulation-based approach to predict the springback behaviour of ultra-high strength spring strips with tensile strengths TS = 1500-1800 MPa. Based on the results of advanced material testing and modelling, the numerical prediction of the springback behavior of an exemplary bending process (free bending) has been investigated in detail. This helps to obtain deeper knowledge and understanding of the springback phenomenon and to achieve suitable strategies for a more efficient industrial tool and process design while processing ultra-high strength spring strips

Gradierungspressen - umformende Generierung von gradierten Werkstoffen

Die hochgradig plastische Umformung eröffnet Möglichkeiten, die Eigenschaften von metallischen Werkstoffen gezielt zu verbessern. Werkstoffvolumen, die nur teilweise einer hochgradig plastischen Umformung unterzogen wurden, werden als gradierte Werkstoffe bezeichnet. Mit der gezielten Einstellung von Teilvolumina mit unterschiedlichen Mikrostrukturen können Werkstoff- und Bauteileigenschaften lokal angepasst werden. Das Gradierungspressen, vgl. [1, 2] stellt eine Kombination eines Durchdrückverfahrens mit einer hochgradig plastischen Umformung mit Gradient dar. Dabei werden durch sogenannte SPD-Formelemente zusätzliche Verformungen während eines Fließpressvorganges eingebracht [1, 2]. Das Verfahrensprinzip wird erläutert, Varianten der Verfahrensauslegung werden beschrieben und zentrale Elemente der Werkzeuggestaltung werden dargestellt. Mittels FE-Simulation werden wesentliche Merkmale verdeutlicht und der Unterschied zum Voll-Vorwärtsfließpressen anschaulich gemacht. Experimentelle Arbeiten mit unterschiedlichen Werkzeuggeometrien werden präsentiert

Process Development for a Superplastic Hot Tube Gas Forming Process of Titanium (Ti-3Al-2.5V) Hollow Profiles

Tube forming technologies based on internal forming pressures, such as hydroforming or hot tube gas forming, are state of the art to manufacture complex closed profile geometries. However, materials with excellent specific strengths and chemical properties, such as titanium alloys, are often challenging to shape due to their limited formability. In this study, the titanium alloy Ti-3Al-2.5V was processed by superplastic hot tube gas forming to manufacture a helically shaped flex tube. The forming process was investigated in terms of process simulation, forming tool technology and process window for the manufacturing of good parts. Within a simulation study, a strain rate optimized forming pressure–time curve was defined. With the newly developed tool design, forming temperatures up to 900 °C and internal forming pressures up to 7 MPa were tested. A process window to manufacture good parts without necking or wrinkling has been successfully identified. The experiment data showed good agreement with the numerical simulations. The detailed study of the process contributes to an in-depth understanding of the superplastic forming of Ti-3Al-2.5V during hot tube gas forming. Furthermore, the study shows the high potential of superplastic hot tube gas forming of titanium alloys for the manufacturing of helical flex tubes and bellows

IHU-pressgehärteter Dachrahmen

Dieses Paper stellt die Ergebnisse aus Entwicklung, Simulation und Realversuch einer pressgehärteten Dachrahmenverstärkung mit geschlossenem Rohrquerschnitt vor. Diese Studie wurde als Alternative zum bestehenden und heute in Serie befindlichen Konzept mit hydrogeformten Rohren aus DP980 gestartet, um das Gewichtsreduktionspotential von IHU-pressgehärteten Rohren aus 22MnB5 zu ermitteln. Ziel der Arbeiten war die Kombination aus strukturbasiertem Leichtbau durch die Nutzung geschlossener Profile und werkstoffbasiertem Leichtbau durch das Presshärten von 22MnB5-Rohren. Dadurch sollte den gestiegenen Crashanforderungen It. IIHS bei gleichbleibendem Bauteilgewicht Rechnung getragen werden. Auch galt es die Wiederholbarkeit und die geometrischen Toleranzen im Vergleich zu DP980 hydrogeformten Bauteilen zu verbessern, um die hohen geometrischen Anforderungen für nachfolgende Fügeprozesse besser bedienen zu können. Zu dieser Entwicklung und Realisierung einer IHU-pressgehärteten Dachrahmenverstärkung wurde durch die Cosma Engineering Europe GmbH eine Partnerschaft mit dem Fraunhofer IWU in Chemnitz erfolgreich eingegangen. Aufgrund der dort vorhandenen, langjährigen Erfahrungen im Bereich Innenhochdruck-Umformung IHU und Hot Metal Gas Forming HMGF und der vorhandenen Infrastruktur war so eine kurzfristige Projektverwirklichung möglich

Einfluß der Vorformstrategie auf die Bauteileigenschaften beim IHU-Presshärten

Der Trend zum Leichtbau ist in der Automobilindustrie seit jeher groß. Auch in Zukunft wird der Zielkonflikt aus Verbrauch, Umweltfreundlichkeit, Sicherheit, Komfort und Reichweite nur mit intensiven Leichtbaubemühungen lösbar sein. Durch die am Fraunhofer IWU entwickelte Kombination aus Innenhochdruck-Umformung (IHU) und Presshärten (PH) können Bauteile gefertigt werden, die Form- und Materialleichtbau perfekt in sich vereinen. Aufgrund der hohen Halbzeugtemperaturen und der gekühlten Werkzeuge ist der Umformprozess thermisch hoch dynamisch. Das Umformverhalten der eingesetzten Bor-Mangan-Stähle ist zudem stark temperaturabhängig und dehnratensensitiv. Aufgrund der Komplexität der Wechselwirkungen sind für die Prozess- und Werkzeugauslegung FEM-Simulationen erforderlich. Durch hohen Umformtemperaturen und die sich daraus ergebenden Materialeigenschaften sowie die tribologischen Verhältnisse ist ein gezielter Materialfluss durch axiales Nachschieben nicht im ausrechenden Maße realisierbar. Zum Ausformen von Nebenformelementen ergeben sich dadurch, im Vergleich zum konventionellen IHU, komplett andere Anforderungen an die Vorformgestaltung. Das Fraunhofer IWU arbeitet in einem durch die IGF finanzierten Projekt an der Entwicklung geeigneter Vorformstrategien für IHU-pressgehärtete Bauteile. Im Rahmen des Papers werden zunächst übliche Prozessparameter, realisierte Bauteile sowie die Anforderungen an die thermomechanisch gekoppelte Prozesssimulation aufgezeigt. Darauf aufbauend werden mögliche vorgeschaltete sowie prozessintegrierte Vorformstrategien vorgestellt und deren Auswirkungen insbesondere auf die Wanddickenverteilung und Radienausformung bewertet. Durch den Vergleich von Simulationsergebnissen und realisierten Bauteilen können günstige Prozessparameter abgeleitet werden. Abschließend werden die Ergebnisse zusammengefasst und Hinweise zur Auswahl optimaler Vorform- und Prozessführungsstrategien gegeben

Press Hardening of Tubes by Hot Metal Gas forming - Validation of new materials: Presentation held at 2nd Sino-German Workshop "Challenges in Processing and Modelling of Lightweight Metals", 17.-21. Juli 2018, Dresden

One field in the work of the Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology IWU in Chemnitz is industry applied research in hot metal gas forming, combined with hot stamping in one process step.The linked process offers great potential for lightweight construction because material- and structure-lightweight technologies are combined.In this paper the results of investigations on new hot stamping steels from SSAB AB (Docol 1800 Bor and Docol 2000 Bor) are presented.Hot tensile tests recorded by the project partner (University of West Bohemia, Faculty of Mechanical Engineering) were used to create a material model for thermos-mechanical forming simulations. The provided raw data was translated into curves of the real stress and real strain of the two materials. Each of the material models consists of approximated flow curves for 7 forming temperatures and 4 strain rates. All 28 flow curve approximations were integrated in a LS-DNYA material model for hot metal gas forming simulation.Preliminary tests were carried out using a tool to permit evaluation of the forming behavior of Docol 1800 Bor and Docol 2000 Bor tubing. These tests were used to validate the material model. Using this geometry, the intention was to perform a series of tests with different furnace temperatures, maximum internal pressures and pressure development rates to evaluate the formability of Docol 1800 Bor and Docol 2000 Bor. The wall thickness, hardness and microstructure of selected components were investigated for the evaluation. The tests were carried out using the completely modernized Dunkes/AP&T HS3-1500 hydroforming press at the Fraunhofer IWU.In summary, the material modeling and the forming simulation was successfully established. The simulation results have a high correlation with the experimental data regarding the thinning.The forming of the demonstrator geometry was successful and different hardness values could be achieved depending on the furnace temperatures and the material. Strengths up to 645 HV could be measured on the component with a complete martensitic structure