Rollformen hochfester Stähle – Analyse und Steigerung des Formänderungsvermögens beim Rollformen hochfester Stähle

Im Rahmen dieses Forschungsprojekts erfolgt eine Untersuchung zur Erweiterung der Prozessgrenzen beim Rollformen hochfester Stähle. Das Ziel des Forschungsprojekts besteht in der Entwicklung einer verlässlichen Methode zur Vorhersage und einfachen Modellierung fertigungsbedingter Schädigungen sowie in der Steigerung des Formänderungsvermögens dieser Werkstoffe.

Des Weiteren wird eine Methode zur Profil- und Prozessauslegung entwickelt, welche die Erweiterung der Prozessgrenzen ermöglicht. Die Resultate dieser Forschung tragen dazu bei, hochfeste Stähle in verstärktem Maße für Leichtbauanwendungen zu etablieren. Durch die optimierte Verarbeitbarkeit kann das Gewicht und Material effizienter genutzt werden, was sowohl technische als auch ökologische Vorteile bietet.

Projektverantwortlicher: Raja Mazumder M. Sc.
Laufzeit: November 2024 – Oktober 2026
Förderlinie: BMWK | IGF | FOSTA

Motivation

Die kontinuierliche Weiterentwicklung von Stahlwerkstoffen, angetrieben durch die Klimaziele sowie den Werkstoffleichtbau, stellt die Profilierbranche vor große Herausforderungen. Derzeit wird häufig weiterhin auf bewährte Werkstoffe zurückgegriffen, wobei ein höherer Materialeinsatz und damit ein größeres Bauteilgewicht in Kauf genommen werden. Der Einsatz hochfester Stähle bietet zwar Vorteile wie eine höhere Festigkeit und ein geringeres Formänderungsvermögen, jedoch führt dies zu einer erhöhten Unsicherheit bei der Prozessauslegung des Rollformens. Diese Unsicherheiten manifestieren sich in Kompromissen hinsichtlich der Zielgeometrie von Bauteilen, insbesondere im Hinblick auf die erzielbaren Biegeradien und Biegewinkel. Durch ein vertieftes Verständnis der Versagensmechanismen lassen sich Gestaltungsrichtlinien sowie eine exaktere Quantifizierung der erreichbaren Formänderungen ableiten.

Neben der Leichtbauperformance bieten hochfeste Stähle beim Rollformen zusätzliche Vorteile. Dazu zählen eine höhere Oberflächenqualität, eine geringere Neigung zu Bandkantenwelligkeit, weniger Verzug sowie eine reduzierte unerwünschte Deformation von Löchern bei Stanzoperationen. Diese Eigenschaften tragen nicht nur zur Weiterentwicklung bestehender Anwendungsbereiche bei, sondern auch zur Erschließung neuer Einsatzgebiete für hochfeste Stahlprofile.

Auch unter ökologischen Gesichtspunkten weist das Rollformen klare Vorteile auf. Der effiziente Materialeinsatz durch minimalen Ausschuss sowie die geringe Umformenergie, bedingt durch die geringe Umformzone und die geringen Reibungsverluste, wirken sich positiv auf den ökologischen Fußabdruck aus. Diese Vorteile machen die Weiterentwicklung der Verarbeitbarkeit höchstfester Stähle durch das Rollformen zu einem besonders attraktiven Forschungsfeld.

[1] Materialversagen beim Rollformen hochfester Metalle
[1] Materialversagen beim Rollformen hochfester Metalle

Lösungsweg

Im Rahmen dieses Forschungsprojekts erfolgt eine Untersuchung hochfester Stähle (Martensitphasenstähle) mit Zugfestigkeiten von bis zu 2.000 MPa. Im Zuge dessen erfolgt eine Untersuchung von Maßnahmen zur Erhöhung des Formänderungsvermögens, wodurch eine Erweiterung der Prozessgrenzen beim Rollformen angestrebt wird. Diese lassen sich in allgemeine Prozessoptimierungen und eine gezielte Überlagerung von Druckspannungen in der versagenskritischen Biegezone unterteilen. Die Zusammenführung aller Maßnahmen verfolgt das Ziel, versagenskritische Spannungs- und Dehnungszustände in der Biegezone zu identifizieren und durch eine gezielte Verschiebung der Lastpfade zu eliminieren. Eine gängige Methode in Umformprozessen zielt darauf ab, die herrschenden Spannungen in Druckspannungsbereiche zu verschieben, um auf diese Weise ein höheres Formänderungsvermögen des Materials zu gewährleisten. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse wird eine Methode zur einfachen Profil- und Prozessauslegung für das Rollformen hochfester Stähle entwickelt. In Zusammenarbeit mit Softwareentwicklern zur Auslegung von Rollformprozessen erfolgt die Integration der Methode in bestehende Softwarepakete.

[2] Vorgehensweise zur Auslegung von Rollformprozessen hochfester Stähle
[2] Vorgehensweise zur Auslegung von Rollformprozessen hochfester Stähle

Danksagung

Das Forschungsprojekt findet im Rahmen des IGF-Vorhabens 01IF23110N / FE 1 der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. (FOSTA) statt. Dieses wird im Rahmen des Programms „Industrielle Gemeinschaftsforschung“ (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Wir bedanken und bei allen Industriepartnern, beim BMWK und der FOSTA für die Unterstützung zur Durchführung des Forschungsprojektes.

Gefördert durch

Projektpartner