Simulation des PHS-Prozesses

Steigende Anforderungen an die passive Sicherheit eines Automobils, sowie die Notwendig- keit einer Reduktion des Fahrzeuggesamtgewichtes stellen die Automobilindustrie vor neue Herausforderungen. Im Bereich der Umformtechnik resultieren hieraus komplexer werdende Prozesse zur Bauteilherstellung, wie z.B. das Presshärten festigkeitsrelevanter Karosserie- bauteile aus Bor-Mangan-Stählen. Zur Absicherung und effizienten Auslegung des Presshär- teprozesses wird im industriellen Umfeld zunehmend die Finite-Elemente-Methode einge- setzt. Durch die Kombination thermischer und mechanischer Feldprobleme stellt der Press- härteprozess hohe Anforderungen an das Simulationsmodell und das eingesetzte FE- System. Mit dem Einsatz thermo-mechanisch gekoppelter Simulationsmethoden ist man in der Lage, den Presshärteprozess in seinen einzelnen Prozessschritten realitätsnah abzubil- den. Bei der Modellierung werden hierzu sowohl die prozessualen als auch die thermo- mechanischen Randbedingungen im FE-Modell berücksichtigt. Damit kann die Temperatur- verteilung sowie der Zeit-Temperatur-Verlauf in Anlehnung an den Serienprozess abgebildet werden, womit eine Prognose hinsichtlich der zu erwartenden Bauteileigenschaften getroffen werden kann. Zur prozesssicheren und effizienten Auslegung pressgehärteter Bauteile ist neben der Prog- nose der mechanischen Bauteileigenschaften auch die Vorhersage der Bauteilendgeometrie erforderlich. Beim Presshärten, insbesondere dem indirekten Presshärten, kommt es in Ab- hängigkeit der thermo-mechanischen Prozessrandbedingungen zu inhomogenen Abkühlver- läufen am Bauteil, die unterschiedliche Umwandlungszeitpunkte und Umwandlungsprodukte zur Folge haben. Ein während des Härteprozesses inhomogener Abkühlverlauf ruft im Bau- teil somit thermo-mechanische Spannungen hervor. Diese Spannungen werden um Um- wandlungsspannungen addiert, die durch die Volumenzunahme bei der Umwandlung des kubisch-flächenzentrierten Gefüges in das kubisch-raumzentrierte Sekundärgefüge entste- hen. Sie sind maßgeblich für die Berechnung des inneren Spannungszustandes pressgehär- teter Karosseriebauteile. Um diese Spannungen mit der Simulation realitätsnah berechnen zu können und damit eine Prognose hinsichtlich der Maß- und Formänderungen zu ermögli- chen, ist es zunächst erforderlich, das Zeit-Temperatur-Umwandlungsverhalten des einge- setzten Werkstoffes in Anlehnung an den indirekten Serienpresshärteprozess und die dort auftretenden Abkühlverläufe zu beschreiben.