TY - THES A1 - Nguyen, Qui Lam T1 - Tool path planning for wire-arc additive manufacturing processes T1 - Bahnplanung für additive Fertigungsverfahren mit dem Drahtlichtbogen N2 - Among variants of AM technology, wire-arc additive manufacturing (WAAM) process suitably produces bulky metal parts with a medium complexity. Although WAAM shows a great potential, this process has not been fully explored, and it is therefore a worthwhile subject to further investigate. This monograph engages with tool path planning for the WAAM process and existing problems in WAAM are subsequently addressed, as following: The existing overlapping models yield an uneven surface due to the inner beads overlapping with two neighbor beads while the outers have only a one-sided overlap. New mathematical models are established to obtain optimal distances between adjacent weld beads and to make surfaces more even. Lightweight structures have high strength as compared to their weight. Producing these structures by WAAM results in imperfections because of uneven weld beads - an inevitable phenomenon when starting a new track. A new tool path strategy to produce lightweight structures is developed using contour patterns, which transforms any arbitrary geometry into that of a continuous path. Unfortunately, voids are formed at junctions when using contour patterns. An adaptive correction using machine learning is then developed to overcome this defect. Large overhangs and inclined features are out of reach of WAAM when operating in the x-y plane in Cartesian system. This limits the ability of the WAAM process. To overcome that, each overhang feature should be welded with a distinct direction. This approach is realized within the robot based WAAM process. Establishing the kinematics of the FANUC robot arm and the positioner helps compute the new coordinates, the angular displacements of the positioner, and the orientation of the torch. The proposed strategy is examined through the construction of an overhang part. The capabilities of the multi-axis deposition are extended by constructing curved thin-walled structures. Irregular thickness layers are deposited by controlling the travel speed, resulting in a different deposition rate. The curved thin-walled structures can be properly fabricated by combining a multi-axis deposition with non-uniform thickness layers. Bonding quality as well as geometric accuracy are also to be investigated. To ensure geometric accuracy, a compensation strategy is developed. The performance of the proposed algorithm is validated on different geometries. This monograph will conclude with a summary of this work’s main achievements and contributions as well as outlooks on future research. N2 - Unter den Varianten der AM-Technologie eignet sich das WAAM-Verfahren (Wire-Arc Additive Manufacturing) zur Herstellung sperriger Metallteile mittlerer Komplexität. Obwohl WAAM ein großes Potenzial aufweist, ist dieses Verfahren noch nicht vollständig erforscht und daher ein lohnendes Thema für weitere Untersuchungen. Diese Monografie befasst sich mit der Werkzeugbahnplanung für das WAAM-Verfahren und geht anschließend auf die bestehenden Probleme im WAAM-Verfahren ein, wie folgt: Die bestehenden Überlappungsmodelle ergeben eine ungleichmäßige Oberfläche, da sich die inneren Sicken mit zwei benachbarten Sicken überlappen, während die äußeren nur eine einseitige Überlappung aufweisen. Es werden neue mathematische Modelle aufgestellt, um optimale Abstände zwischen benachbarten Schweißraupen zu erhalten und die Oberflächen gleichmäßiger zu gestalten. Leichte Strukturen haben eine hohe Festigkeit im Vergleich zu ihrem Gewicht. Die Herstellung dieser Strukturen mittels WAAM führt zu Unvollkommenheiten aufgrund ungleichmäßiger Schweißraupen - ein unvermeidliches Phänomen beim Anfahren einer neuen Strecke. Zur Herstellung von Leichtbaustrukturen wird eine neue Werkzeugbahnstrategie entwickelt, die Konturenmuster verwendet und jede beliebige Geometrie in eine kontinuierliche Bahn umwandelt. Leider bilden sich bei der Verwendung von Konturmustern Hohlräume an den Verbindungsstellen. Um diesen Fehler zu beheben, wird eine adaptive Korrektur mit Hilfe von maschinellem Lernen entwickelt. Große Überhänge und schräge Merkmale sind für WAAM unerreichbar, wenn es in der x-y-Ebene im kartesischen System arbeitet. Dies schränkt die Möglichkeiten des WAAM-Prozesses ein. Um dies zu überwinden, sollte jedes überhängende Merkmal mit einer bestimmten Richtung geschweißt werden. Dieser Ansatz wird mit dem robotergestützten WAAM-Verfahren umgesetzt. Die Ermittlung der Kinematik des FANUC-Roboterarms und des Positionierers hilft bei der Berechnung der neuen Koordinaten, der Winkelverschiebungen des Positionierers und der Ausrichtung des Brenners. Die vorgeschlagene Strategie wird anhand der Konstruktion eines Überhangteils untersucht. Die Möglichkeiten der mehrachsigen Abscheidung werden durch die Konstruktion von gekrümmten dünnwandigen Strukturen erweitert. Unregelmäßig dicke Schichten werden durch Steuerung der Fahrgeschwindigkeit abgeschieden, was zu einer unterschiedlichen Abscheiderate führt. Die gekrümmten dünnwandigen Strukturen können durch die Kombination einer mehrachsigen Abscheidung mit ungleichmäßig dicken Schichten richtig hergestellt werden. Die Qualität der Verklebung und die geometrische Genauigkeit sollen ebenfalls untersucht werden. Um die geometrische Genauigkeit zu gewährleisten, wird eine Kompensationsstrategie entwickelt. Die Leistung des vorgeschlagenen Algorithmus wird an verschiedenen Geometrien validiert. Der letzte Teil fasst die wichtigsten Ergebnisse und Beiträge dieser Arbeit zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Forschung. KW - Wire-arc additive manufacturing KW - Lightweight structures KW - Curve thin-walled structures KW - Multi-bead overlapping models KW - Lichtbogenadditive Fertigung KW - Leichte Strukturen KW - Gekrümmte dünnwandige Strukturen KW - Überlappende Modelle KW - Rapid Prototyping KW - Dünne Schale KW - Lichtbogen KW - Überlappung Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-59827 ER - TY - THES A1 - Berding, Jens T1 - Entwicklung eines wandlungsfähigen Pressensystems mit Servospindelantrieb T1 - Development of a versatile press system with servo spindle drives N2 - Unternehmen der Umformtechnik sehen sich vermehrt steigenden Anforderungen bei schwankenden Einflussfaktoren ausgesetzt. Für eine wirtschaftliche Fertigung sind Pressen erforderlich, die sich den steigenden Anforderungen und schwankenden Einflussfaktoren anpassen und mit möglichst hoher Produktivität, Qualität und Wirtschaftlichkeit eine breite Produktpalette fertigen können. Unter diesen Voraussetzungen bietet sich der Einsatz von kraftgebundenen Servospindelpressen an. Diese ermöglichen frei programmierbare Stößelbewegungsprofile und stellen die Nennkraft über den gesamten Stößelhub zur Verfügung. Allerdings erfüllen die bekannten Servospindelpressen die Forderung nach wandlungsfähigen Pressen, welche an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden, besonders die Änderung der Abfolge von Teilprozessen und der Austausch von Maschinenkomponenten, nur sehr eingeschränkt. Aus diesem Grund wird ein neuartiges wandelbares Pressensystem entwickelt. Dieses soll dem Anwender weitreichende Vorteile bringen: Die Nennkraft des Pressensystems wird auf mehrere, in Durchlaufrichtung der Teile frei positionierbare und miteinander koppelbare Pressenmodule mit eigenen Pressenantrieben und -stößeln aufgeteilt. Durch Servospindelantriebe werden prozessangepasste Stößelbewegungsprofile für einzelne Teilprozesse ermöglicht. Dies erlaubt eine wandelbare Anordnung von Teilprozessen, wodurch die Prozesskette skaliert werden kann. Unterstützt wird die Wandlungsfähigkeit des Pressensystems, indem es durch den Anwender erweitert werden kann und sich weitere Prozesse wie Schweißen, Löten oder Kleben integrieren lassen. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung des beschriebenen wandlungsfähigen Pressensystems mit Servospindelantrieb für die Komplettbearbeitung von kleinen Bauteilen. Grundlage bildet die Untersuchung des Standes der Pressentechnik und der Methoden der Produktentwicklung. Der Entwicklungsprozess wird in die Phasen Anforderungsfindung, Konzeptfindung und Entwurfsfindung gegliedert. Zur Überprüfung wird aus dem Entwurf ein Prototyp ausgearbeitet. Im Anschluss werden Maßnahmen zur Produktstrukturierung durchgeführt, aus denen die Weiterentwicklung des Entwurfes zu einer Typengruppe und einem Baukastensystem resultiert. Zum Abschluss wird das Pressensystem bewertet, sein Einsatzspektrum beschrieben und das Pressensystem innerhalb bestehender Pressen eingeordnet. N2 - Companies that supply forming technology are confronted with increasing demands and varying influences. Nowadays, presses which can be adapted to more stringent requirements and changing influencing factors are a prerequisite for an economical production. These presses have to manufacture a wide range of products with high productivity and quality while considering the costs. In the light of the above, the use of force-linked servo-presses with ball screw is recommended. These servo screw presses permit a freely programmable ram's movement and constant press force during the ram's stroke. Even so, the known servo screw presses only satisfy insufficiently the demand for changeable presses, which can be adapted to various requirements. Examples of changeability in forming technology are the modification of the sequence of subprocesses or the replacement of machine components. For that reason, a new changeable press system is to be developed. This is intended to bring the following advantages for the user: The nominal force is allocated to several press modules with separate press drives and rams, which can be positioned freely and combined to other press modules. The servo-drive with ball screw enables a process-adapted ram's movement for separated subprocesses. By this means, the sequence of subprocesses is changeable and the process chain can be scaled. The changeability is contributed by the possibility to extend the press system as well as to integrate further processes such as welding, soldering and adhesive bonding. The objective of this examination is to develop a changeable press system with servo-drive and ball screw for all-in-one processing of small components. Basis therefor is an investigation into the state of press technology and product development methods. The product development process is divided into three phases: the requirements analysis, the conceptual design and the embodiment design. In order to verify the embodiment design, a detail design for a prototype is being compiled. Subsequently, product structuring methods are implemented. These further development results in a type group and a modular system. Finally, the changeable press system is valued, the range of applications is explained and a classification within existing presses will be given. KW - Umformtechnik KW - Pressensystem KW - Wandlungsfähigkeit KW - Servopresse KW - Spindelpresse KW - Forming technology KW - Press system KW - Adaptability KW - Servo press KW - Spindle press KW - Presse KW - Spindel KW - Servomotor Y1 - 2016 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41227 SN - 978-3-86624-633-1 PB - Winter-Industries GmbH CY - Berlin ER - TY - THES A1 - Maqbool, Fawad T1 - Targeted generation and suppression of the deformation mechanism and residual stresses in incremental sheet forming to improve the geometric accuracy T1 - Gezielte Erzeugung und Unterdrückung des Verformungsmechanismus und der Eigenspannungen bei der inkrementellen Blechumformung zur Verbesserung der Geometriegenauigkeit N2 - The geometric accuracy of an incrementally formed part is dependent on the underlying deformation mechanism and the residual stresses induced in the material during forming. This thesis presents new insights into the deformation mechanism and residual stresses of the Single Point Incremental Forming (SPIF) variant of the ISF process. In addition, strategies to control, suppress and adjust the deformation mechanism and residual stresses to increase the geometric accuracy and improve part properties are presented. The deformation mechanism of the ISF process is investigated. A novel methodology is developed to split the plastic energy dissipation during the SPIF process as a contributions of energies from dominant deformation modes. It is found that the dominant deformation mode can be bending, shear or membrane stretching, depending on the selected values of the process parameters. By controlling the contribution of each deformation mechanism, the outcome of the SPIF process can be designed for maximum geometric accuracy within the constraints of process time and formability. The build-up of the residual stresses in the SPIF process is investigated and a relation between the geometric accuracy and the residual stresses under changing process parameters is developed. The wall angle parameter has the highest influence on residual stresses. Moreover, the intensity and the magnitude of the residual stresses can be controlled by adjusting the process parameters. A direct approach based on post-forming Stress Relief Annealing (SRA) is developed to suppress residual stresses and increase geometric accuracy. In this regard, a modular tooling set-up is designed to perform the SRA under partial constraint. For maximum efficiency, optimal SRA parameters are determined. Two parts with practical significance are incrementally formed and subsequently stress relief annealed. A considerable increase in the geometric accuracy is observed with SRA in comparison to the parts without SRA. In the last part of this thesis, the very first approach is presented to generate a target distribution of high magnitude residual stresses in the ISF process for improving the mechanical properties. The desired residual stresses are generated in the conventionally formed disc springs in the surface treatment approach. In an integrated forming approach, the forming of the disc springs and the desired residual stresses are generated in a single step. Mechanical properties of the disc springs are better for both approaches in comparison to conventional disc springs. Hence, a targeted generation and distribution of the residual stresses to improve the mechanical properties is possible. N2 - Die geometrische Genauigkeit eines inkrementell umgeformten Teils ist abhängig von dem zugrunde liegenden Verformungsmechanismus und den während der Umformung in das Material eingebrachten Eigenspannungen. In dieser Arbeit werden neue Erkenntnisse über den Verformungsmechanismus und die Eigenspannungen bei der Single Point Incremental Forming (SPIF)-Variante des ISF-Prozesses vorgestellt. Darüber hinaus werden Strategien zur Kontrolle, Einstellung und Unterdrückung des Verformungsmechanismus und der Eigenspannungen vorgestellt, um die geometrische Genauigkeit zu erhöhen und die Bauteileigenschaften zu verbessern. Daher wurde der Verformungsmechanismus des ISF-Prozesses untersucht. Es wurde eine neuartige Methodik entwickelt, um die plastische Energiedissipation während des ISF-Prozesses in Energiebeiträge aus dominanten Verformungsmoden aufzuspalten. Es wurde festgestellt, dass der dominante Deformationsmodus Biegung, Scherung oder Membrandehnung sein kann, abhängig von den gewählten Prozessparameterwerten. Durch die Steuerung des Beitrags der einzelnen Verformungsmechanismen kann das Ergebnis des SPIF-Prozesses für eine maximale geometrische Genauigkeit innerhalb der Grenzen der Prozesszeit und der Umformbarkeit ausgelegt werden. Der Aufbau der Eigenspannungen im SPIF-Prozess wurde untersucht und eine Beziehung zwischen der geometrischen Genauigkeit und den Eigenspannungen unter wechselnden Prozessparametern entwickelt. Der Parameter Wandwinkel hat den größten Einfluss auf die Eigenspannungen. Darüber hinaus können die Intensität und die Größe der Eigenspannungen durch die Einstellung der Prozessparameter gesteuert werden. Um Eigenspannungen zu unterdrücken und die geometrische Genauigkeit zu erhöhen, wurde ein direkter Ansatz auf Basis des Postforming Stress Relief Annealing (SRA) entwickelt. In diesem Zusammenhang wurde ein modularer Werkzeugaufbau entworfen, um die SRA unter partiellen Einschränkungen durchzuführen. Für maximale Effizienz wurden optimale SRA-Parameter ermittelt. Zwei Bauteile mit praktischer Bedeutung wurden inkrementell umgeformt und anschließend spannungsarm geglüht. Es wurde eine erhebliche Steigerung der geometrischen Genauigkeit mit SRA im Vergleich zu den Teilen ohne SRA beobachtet. Im letzten Teil dieser Arbeit wird erstmals ein Ansatz vorgestellt, um im ISF-Prozess eine gezielte Verteilung von hochgradigen Eigenspannungen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften zu erzeugen. Beim Ansatz der Oberflächenbehandlung werden die gewünschten Eigenspannungen in den konventionell umgeformten Tellerfedern erzeugt. Bei einem integrierten Umformansatz werden die Umformung der Tellerfedern und die gewünschten Eigenspannungen in einem Schritt erzeugt. Die mechanischen Eigenschaften der Tellerfedern sind bei beiden Ansätzen im Vergleich zu konventionellen Tellerfedern besser. Somit ist eine gezielte Erzeugung und Verteilung der Eigenspannungen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften möglich. KW - Incremental sheet forming KW - Inkrementelle Blechumformung KW - Deformation mechanism KW - Residual stress KW - Geometric accuracy KW - Annealing KW - Verformungsmechanismus KW - Eigenspannung KW - Geometrische Genauigkeit KW - Glühen KW - Blechumformen KW - Eigenspannung KW - Deformation KW - Genauigkeit Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-55646 ER - TY - THES A1 - Ulbricht, Alexander T1 - Multi-scale correlation between defects and internal stresses in additively manufactured AISI316L structures T1 - Mehrskalige Korrelation zwischen Defekten und Spannungen in additiv gefertigten Strukturen aus Edelstahl 316L (1.4404) N2 - Additive Manufacturing of metals has become relevant for industrial applications. The near net-shape production of components produced by Laser Powder Bed Fusion (PBF-LB/M) enables new possibilities in component design combined with a reduction of the amount of needed material. Omitting the extra material, that was part of conventionally produced components due to machining constraints, results in components which in consequence lack the inherent additional safety margins provided by the higher material consumption of conventionally produced components. Therefore, to use PBF-LB/M metals in safety critical applications an in-depth understanding of porosity and internal stresses in parts made by PBF-LB/M is needed. Only non-destructive testing methods—such as computed tomography and residual stress analysis using neutrons—enable the assessment of porosity and stresses in the whole part. In this thesis I tackled creep and tensile static deformed specimens to fill research gaps in this field in terms of analysing PBF-LB/M stainless steel AISI 316L: from structural properties to in-situ behaviour. The initial void population of AISI 316L is studied using X-ray and synchrotron micro computed tomography. Specimens produced with different process parameters were analysed to quantify the influence of process parameters on the initial void population. The possibility to close voids using the laser illumination of subsequent layers is discussed by a quantitative study of the ability of the laser to melt different multiples of the applied layer thickness. The formation of internal stress is inherent to components produced by the PBFLB/ M process. These stresses remain in the components after production as residual stresses. In this thesis a study is presented which aims to unravel the mechanisms that define the spatial distribution of the residual stresses, and their magnitude. In the end, the population of internal voids during mechanical testing is studied by X-ray micro computed tomography. The evolution of damage accumulation in creep specimens is studied at different stages of the creep test. Results are compared to a creep tested conventionally made specimen and to a PBF-LB/M specimen from a tensile test. An interconnection between the PBF-LB/M microstructure and the pattern of damage is revealed. N2 - Die additive Fertigung wird immer relevanter für industrielle Anwendungen. Insbesondere der Laser Powder Bed Fusion (PBF-LB/M) Prozess ermöglicht die Herstellung endformnaher metallischer Bauteile, die sich durch dadurch auszeichnen, dass sich durch die nahezu grenzenlose Designfreiheit Bauteile realisieren lassen, deren Materialeinsatz auf ein Minimum reduziert werden kann. Diese Reduktion hat aber zur Folge, dass mittels PBF-LB/M produzierten Bauteilen die zusätzliche Bauteilsicherheit fehlt, die konventionell produzierte Bauteile durch ihr „Mehr“ an eingesetztem Material aufweisen können. Daher ist es, um den Einsatz von PBF-LB/M-Bauteilen in sicherheitskritischen Anwendungen zu ermöglichen, umso wichtiger, ein genaues Verständnis über die Porosität und innere Spannungen in PBF-LB/M Bauteilen zu erhalten. Zerstörungsfreie Messmethoden, wie Computertomographie und Spannungsanalyse mittels Neutronenbeugung, ermöglichen es, das gesamte Bauteil zu analysieren. Diese Doktorarbeit setzt sich zum Ziel, das Wissen über Edelstahl AISI 316L aus dem PBF-LB/M Prozess zu vertiefen: von strukturellen Eigenschaften bis zum in-situ Verhalten. Der initiale Anteil an Fehlstellen in PBF-LB/M AISI 316L wird mittels Labor- und Synchrotron Röntgenmikrocomputertomographie quantitativ erfasst. Dafür werden Proben, die mit unterschiedlichen Herstellungsparametern produziert wurden, analysiert, um den Einfluss der Herstellungsparameter auf den Fehlstellenanteil in AISI 316L zu bestimmen. Des Weiteren wird die Möglichkeit, bestehende Fehlstellen durch die Laser-Belichtung der nachfolgenden Schichten zu schließen, diskutiert. Dazu wird die Fähigkeit des Lasers, verschiedene Vielfache der Pulverschichtdicke aufzuschmelzen, quantitativ untersucht. Das Auftreten innerer Spannungen ist eine inhärente Eigenschaft von Bauteilen des PBF-LB/M-Prozesses. Diese inneren Spannungen verbleiben nach dem Bauprozess als Eigenspannungen im Bauteil. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wird untersucht, welche der Mechanismen, die zur Entstehung innerer Spannungen führen, sich wie auf deren räumliche Verteilung im Bauteil auswirken und welche die Größenordnung der Spannungen in AISI 316L bestimmen. Schlussendlich wird das Auftreten interner Fehlstellen und ihre räumliche Verteilung bei werkstoffmechanischen Versuchen untersucht. Dazu wird der Fehlstellenanteil in PBF-LB/M Kriechproben in verschiedenen Stadien von Kriechversuchen mittels Laborröntgencomputertomographie bestimmt. Diese Ergebnisse werden mit Ergebnissen vergleichbar belasteter konventionell hergestellter Kriechproben, sowie mit PBF-LB/M-Zugproben verglichen. Dabei konnte ein Zusammenhang zwischen der Mikrostruktur des PBF-LB/M-Materials und dem Muster der Fehlstellenverteilung hergestellt werden. KW - Additive manufacturing KW - Computed tomography KW - Neutron diffraction KW - Residual stress KW - 316L KW - Additive Fertigung KW - Computertomographie KW - Neutronenbeugung KW - Edelstahl KW - Rapid Prototyping (Fertigung) KW - Selektives Laserschmelzen KW - Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung KW - Computertomografie KW - Neutronenbeugung Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-63746 ER - TY - THES A1 - Imran, Muhammad T1 - Investigating and modeling the effect of metal forming-related measures for damage-controlled hot forming T1 - Untersuchung und Modellierung der Wirkung umformtechnischer Maßnahmen der schädigungskontrollierten Warmumformung N2 - Within the process chains of the semi-finished production, hot forming is used to eliminate pores and voids from the casting process under compressive stresses and to adjust the microstructure for further processing. In the case of caliber rolling process, tensile stresses occur at certain roll gap ratios which promote void formation (damage) on non-metallic inclusion. Decohesion of matrix and inclusion in void formation is determined by local flow stress. Since the process is carried out above recrystallization temperature, damage cannot only be controlled through stress state (stress triaxiality and Lode parameter) but also the softening processes like dynamic recovery (DRV) and recrystallization (DRX) which can relieve local stresses. Such processes can be used to delay or prevent the damage initiation and growth and hence the mechanical properties of components can be improved. In spite of this, the influence of DRX on damage development has not been quantified so far. This study focuses on the understanding the interaction between softening processes and damage during hot forming and to derive a model for coupled microstructure and damage evolution. For precise damage modeling, in-depth damage characterization of the specimens deformed during hot tensile tests under different stress states and deformation conditions (temperature and strain rate) is conducted. The stress states are varied by designing the specimens with different notch radii. To model the influence of local stresses on damage, continuum-based damage modeling approach is adapted where a system of matrix-inclusion-interface is considered. The influence of different parameters such as DRX, stress state, temperature, strain rate, total strain, inclusion size and type (soft/hard) is analyzed. Based on the damage quantification results, an extension to Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) damage model is devised where a new nucleation criterion couples the stress state and DRX to the void formation at inclusions. The extended GTN model is utilized to predict the internal damage during multi-step hot caliber rolling process and validated with experimentally observed damage at different locations of stress state and recrystallized volume fraction. Based on the model, a damage-controlled strategy is proposed by finding the solution of optimal control problem (OCP) to obtain an optimal variable deformation speed that can induce low damage as compared to constant speed while keeping the process time constant. To implement the damage-controlled strategy, an isothermal forming simulator is designed and manufactured that can replicate the real load paths during hot forming. It is suggested that damage can be controlled if material is allowed to recrystallize at low deformation speed without inducing damage and then, speed up the deformation after onset of recrystallization. N2 - Innerhalb der Prozessketten der Halbzeugherstellung dient die Warmumformung dazu, Poren und Hohlräume aus dem Gießprozess unter Druckspannungen zu beseitigen und das Gefüge für die Weiterverarbeitung einzustellen. Beim Kaliberwalzen treten bei bestimmten Walzspaltverhältnissen Zugspannungen auf, die die Porenbildung (Schädigung) an nichtmetallischen Einschlüssen begünstigen. Die Dekohäsion von Matrix und Einschluss bei der Porenbildung wird durch lokale Fließspannungen bestimmt. Da der Prozess oberhalb der Rekristallisationstemperatur stattfindet, kann die Schädigung nicht nur durch den Spannungszustand kontrolliert werden, sondern auch durch Erweichungsprozesse wie dynamische Erholung (DRV) und Rekristallisation (DRX), die die lokalen Spannungen abbauen können. Solche Prozesse können genutzt werden, um die Schädigungsentstehung und das Schädigungswachstum zu verzögern oder zu verhindern und somit die mechanischen Eigenschaften von Bauteilen zu verbessern. Diese Studie konzentriert sich auf das Verständnis der Wechselwirkung zwischen Erweichungsprozessen und Schädigung während der Warmumformung und auf die Ableitung eines Modells für die gekoppelte Entwicklung von Mikrostruktur und Schädigung. Zur präzisen Schädigungsmodellierung wird eine eingehende Schädigungscharakterisierung der im Warmzugversuch verformten Proben unter verschiedenen Spannungszuständen und Verformungsbedingungen durchgeführt. Zur Modellierung des Einflusses lokaler Spannungen auf die Schädigungsentstehung wird ein kontinuumsbasierter Schädigungsmodellierungsansatz verwendet und der Einfluss verschiedener Parameter wird analysiert. Auf der Grundlage der Ergebnisse der Schädigungsquantifizierung wird eine Erweiterung des Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN) Schädigungsmodells entwickelt, bei dem ein neues Keimbildungskriterium den Spannungszustand und die DRX mit der Hohlraumbildung an Einschlüssen verbindet. Das erweiterte GTN-Modell wird zur Vorhersage der inneren Schädigung beim mehrstufigen Warmkaliberwalzen verwendet und mit experimentell beobachteten Schädigung an verschiedenen Stellen des Spannungszustands und des rekristallisierten Volumenanteils validiert. Auf der Grundlage des Modells wird eine schädigungskontrollierte Strategie vorgeschlagen, indem die Lösung eines optimalen Regelungsproblems (OCP) gefunden wird, um eine optimale variable Verformungsgeschwindigkeit zu erhalten, die im Vergleich zu einer konstanten Geschwindigkeit einen geringen Schaden hervorruft, während die Prozesszeit konstant bleibt. Zur Umsetzung der schädigungskontrollierten Strategie wird ein isothermischer Umformsimulator entworfen und hergestellt, der die realen Belastungspfade während der Warmumformung nachbilden kann. Es wird angenommen, dass die Schädigung kontrolliert werden kann, wenn das Material bei niedriger Verformungsgeschwindigkeit ohne weitere Schädigungssentstehung rekristallisieren kann und dann die Verformung nach Beginn der Rekristallisation beschleunigt wird. KW - Damage modeling KW - Dynamic recrystallization KW - Damage KW - Hot forming KW - Hot caliber rolling KW - Schädigungskontrolle KW - Schädigungsmodellierung KW - Dynamische Rekristallisation KW - Warmumformung KW - Spannungszustand KW - Warmumformen KW - Werkstoffschädigung KW - Schadensanalyse Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-57105 ER -