Integrated Computational Materials and Production Engineering (ICMPE)

 
Vision



Design, Erweiterung, Anwendung und Bewertung einer modularen Plattform für Material-, Prozess- und Produktionsdesignprozesse für hochwertige Produkte.
Ziele Phase 2

(1) Design und Einrichtung einer Plattform für Integrative Computational Materials and Production Engineering (ICMPE)
(2) Nutzung von Empfindlichkeit / Stabilität und Optimierung von Produktschöpfungsketten mit Fokus auf Bauteil- und Mikrostrukturgeschichte
(3) Einrichtung einer Modellkarte für virtuelle Materialproduktionsketten

 
  Figure 1

Im Rahmen des Teilprojektes wurde eine Simulationsplattform für die integrative Entwicklung von Werkstoffen und Prozessketten ausgearbeitet. Diese Simulationsplattform wird zur numerischen Entwicklung eines kostengünstigen Einsatzstahls 18CrNiMo7-6-Subst mit reduzierten Nickelanteilen für große Getriebezahnräder angewendet. Die Simulationskette beschreibt folgende Prozesse auf Makro- und Mikroebene: Gießen/ Erstarrung, Schmieden, Wärmebehandlung, Zerspanen, Wälzfräsen, Aufkohlung/ Härten und Einsatzverhalten.

 
  Figure 1 IEHK

Wissenschaftliche und Technische Highlights

Mit Hilfe von mathematischen Formulierungen wurde die mögliche chemische Zusammensetzung berechnet, die die Anforderungen zur definierten Härtbarkeit erfüllt hat. Ein neues Legierungskonzept „Low-Cost Substitutional Steel“ mit deutlich reduziertem Nickelgehalt wurde identifiziert. In B2 Projektteil werden zwei Materialien untersucht – 18CrNiMo7-6 und neu entwickelte kostengünstige substitutionelle Stähle.

Kombination von Finite-Elemente und Phase-Field Simulationen erhalten die Anforderungen für Gussgefüge und Gießparameter, was die Phänomene der Heißrissbildung auf der Oberfläche während des Stranggießens beschreibt und erklärt und die Feinkornstabilität am Ende der Prozesskette gewährleistet.

  Figure 1 IEHK

Zur Beschreibung der Mikrostrukturentwicklung bei der Warmumformung wurde ein semi-empirisches Mikrostrukturmodell des Werkstoffes aufgenommen. Kombiniert mit dem vorhandenen FE-Prozessmodell ermöglicht dies die Berechnung der Temperaturverteilung, der resultierenden Korngröße und der Eigenspannungen. Durchgeführte Schmiedeversuche zeigen eine gute Übereinstimmung mit der simulierten Kornstruktur.

Mit der 3D FEM Simulation von Warmumformung können nicht nur ordinale Spannungs-Dehnungs-Daten erstellt, sondern auch der Rekristallisationsbereich während der Verarbeitung beschrieben werden. Dies basiert auf dem Modell der dynamischen Werkstoffe als eine Funktion der Ausscheidungen.

Es wurde ein kombiniertes Euler-Lagrange-Modell für Bearbeitungssimulation entwickelt. Es wurde nicht die vollständige Spanbildung untersucht, da eine Restspannung im Werkstück verbleibt.

  Figure 1 IEHK

Die Simulationen der Vakuumaufkohlung werden für 18CrNiMo7-6 und den designten Ersatzwerkstoff vollständig durchgeführt. DICTRA Datenbanken für Thermodynamik und Kinetik eignen sich für Aufkohlungssimulationen gemäß dem endgültigen Kohlenstoffprofil, das durch Simulationen und experimentell ermittelter Mikrohärteverteilung vorausberechnet wurde. Diese stimmt mit dem vorausberechneten Wert der Oberflächenhärtung überein. Zudem zeigen Finite-Elemente Simulationen die Evolution der Phasenumwandlungen und Restspannungen.

Die neue Simulationsplattform ermöglicht die Modellierung der Lebensdauer eines Getriebes in Abhängigkeit von Parametern wie dem Werkstoff und seinen Einschlüssen, dem Herstellungsprozess, Anpassungen, die während des Herstellungsprozesses durchgeführt wurden und der allgemeinen Makrogeometrie. Diese Herangehensweise stellt eine ganzheitliche Annäherung dar, um die Belastungskapazität eines Getriebes mithilfe von FE-Methoden zu bestimmen und ermöglicht eine Änderung der zuvor erwähnten Parameter sowie Kenntnis über ihren Einfluss auf die Lebensdauer eines Getriebes.

Die Eigenschaften plastischer Komponenten wurden analysiert und simuliert. Plastic platform untersucht die mehrskalige, mikrostrukturbasierte Simulation von semi-kristallinen, plastischen Komponenten.

 
 
 
 
 
 

Lesen Sie mehr....Eine ausführliche Projektbeschreibung finden Sie in den Projektbeschreibungen unserer Demonstratoren.