Third party funded individual grant
Start date : 01.02.2023
End date : 31.01.2025
The overall objective in the second project phase is to improve the numerical design of deep drawing processes at elevated temperatures as a function of the strain rate. According to previous investigations, aluminium alloys of the 7000 series show both a tensile-compression asymmetric and strain-rate sensitive material behaviour. These aspects influence not only the temperature but also the hardening and springback behaviour. For this reason, a phenomenological material model is being developed, taking into account the anisotropic hardening as a function of the temperature and the strain rate, in order to be able to numerically represent the specific material behaviour of high-strength aluminium alloys. Based on the results from the first project phase, it is only possible to a limited extent to investigate the stress-state dependent forming behaviour of AA7020-T6 and AA7075-T6 at temperatures above 100 °C with the given test setups. It is therefore necessary to modify the test setups in order to investigate the material behaviour in a temperature range relevant for 7000 aluminium alloys. Using this analysis, the material model to be developed in the first phase will be extended by one term as a function of strain rate and temperature. By modelling the anisotropic hardening behaviour in correlation to the forming rate and forming temperature an improved representation of the material behaviour is given. In order to validate the material model, deep-drawing tests with a circular cup at elevated temperatures and different forming speeds are performed. The validation is based on the sheet thinning and the force-displacement curve during the deep drawing process. In addition, the springback behaviour with open cross profiles and open T-profiles are to be determined. Since the friction between tool and workpiece influences the deep drawing process, the corresponding friction coefficients are determined in the strip drawing test. Thus, after successful validation of the material model as a function of the forming speed and temperature, the numerical mapping accuracy and prediction quality of warm and hot forming processes can be improved with regard to the springback behaviour. As a result, process design time is saved, because expensive experimental iteration loops are avoided.
Die übergeordnete Zielsetzung in der zweiten Projektphase ist die Verbesserung der
numerischen Auslegung von Tiefziehprozessen mit hochfesten Aluminiumlegierungen bei
erhöhten Temperaturen in Abhängigkeit der Umformgeschwindigkeit. Vorherige Untersuchungen
zeigen, dass die Aluminiumlegierung AA7020-T6 ein dehnratensensitives Materialverhalten unter
uniaxialer Zugbelastung aufweist. Deshalb wird die grundlagenwissenschaftliche Analyse der
anisotropen Verfestigung in Bezug auf die Umformtemperatur aus Projektphase 1 um die
Untersuchung der Dehnratenabhängigkeit von AA7xxx-Aluminiumlegierungen ergänzt. Zudem
korreliert die Prognosegüte des Rückfederungsverhaltens mit der Abbildungsgenauigkeit des
Fließverhaltens im Druckspannungsbereich, da hochfeste Aluminiumlegierungen ein Zug-Druckasymmetrisches
Werkstoffverhalten besitzen. Infolgedessen muss ein erweitertes
phänomenologisches Werkstoffmodell zur Berücksichtigung der distorsionalen Verfestigung in
Abhängigkeit von der Umformtemperatur und –geschwindigkeit zur verbesserten Abbildung der
Zug-Druck-Asymmetrie parametrisiert werden. Die Beschreibung der anisotropen Expansion der
Fließortkurve erfordert eine experimentelle Charakterisierung des Fließverhaltens bei
Umformgraden über dem Fließbeginn. Da der Druckversuch mit miniaturisierten Proben das
Materialverhalten der untersuchten Werkstoffe unter uniaxialer Druckspannung über dem
Fließbeginn unzureichend bestimmt, wird in Projektphase 2 ein neuartiger Versuchsaufbau mit
miniaturisierten Stauchproben erarbeitet. Dadurch wird die Charakterisierung des Zug-Druckasymmetrischen
Werkstoffverhaltens bei hohen Umformgraden ermöglicht und die Qualität der
Stützstelle im Druckspannungsbereich für die anschließende Materialmodellierung erhöht. Das
erweiterte Werkstoffmodell wird nachfolgend über experimentelle Tiefzieh- und Biegeversuche
anhand des Rückfederungswinkels und der lokalen Dehnungsverteilung validiert und bewertet.
Durch den Einsatz dieses Modells bei der numerischen Prozessauslegung können die
Rückfederungsvorhersage und die Abbildungsgenauigkeit des Materialverhaltens von
Aluminiumlegierungen der 7000er Serie verbessert werden. Folglich wird die Prognosegüte von
Tiefziehprozessen mit Rückfederung gesteigert und somit Zeit bei der Produktherstellung
eingespart, da aufwändige experimentelle Iterationsschleifen vermieden werden.