Karriere am WZL

 

Masterarbeit

am Forschungsbereich Technologie der Fertigungsverfahren, Abteilung Schleifen, Umformen und Technologieplanung, Gruppe Umformende Fertigungsverfahren
 

Maschinelles Oberflächenhämmern - Materialmodellierung

Ausgangssituation

Da die Bauteilrandzone der am stärksten beanspruchte Bereich eines metallischen Werkstücks ist, empfiehlt sich eine lokale Modifikation der Bauteiloberfläche zur Verbesserung der Werkstückeigenschaften wie bspw. die Verschleißbeständigkeit. Eine Möglichkeit zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften in der Bauteilrandzone besteht in der Erzeugung eines feinkörnigen Gefüges durch den Einsatz von mechanischen Oberflächenbehandlungsverfahren wie dem maschinellen Oberflächenhämmern (MOH).

Das MOH ist ein inkrementelles Umformverfahren, welches sich durch hochfrequente Schläge eines sphärischen Hammerkopfes auf eine Werkstückoberfläche auszeichnet. Dabei werden Druckeigenspannungen in das Werkstück induziert, die Oberfläche eingeglättet und eine Kaltverfestigung in der Bauteilrandzone erreicht.

Um Reibungseinflüsse gehämmerter Bauteilrandzonen zu untersuchen, wurde bereits ein Prozessmodell des MOH auf Basis der Finite-Elemente-Methode (FEM) aufgebaut. Dabei wurden die Materialeigenschaften bislang jedoch lediglich durch experimentell ermittelte Fließkurven beschrieben.
Hinsichtlich der Materialmodellierung in der FEM gibt es aktuell noch erhebliche Wissensdefizite. Um den Einfluss der MOH-Prozessparameter auf schwer messbare Größen wie bspw. Eigenspannungen zu ermitteln, bedarf es einer verbesserten Materialmodellierung.

Ein möglicher Ansatz ist ein versetzungsdichten-basiertes Materialmodell nach Lemiale. Mit diesem Ansatz können Versetzungsdichten numerisch lokal und zeitlich aufgelöst und mit der Korngröße oder Eigenspannungen qualitativ korreliert werden.

 
Das Ziel dieser Arbeit besteht in der Entwicklung einer User-Subroutine (VUMAT) für ein numerisches Prozessmodell des MOH auf Basis der FEM. Mithilfe der Subroutine werden die Werkstückeigenschaften über ein versetzungsdichten-basiertes Materialmodell abgebildet. In einem ersten Schritt erfolgt die Entwicklung und Implementierung der Subroutine in der Programmiersprache FORTRAN 77 und die anschließende Kopplung mit der FE-Software Abaqus 6.14. In einem zweiten Schritt erfolgt die Anpassung der Modellparameter durch ein iteratives Vorgehen sowie eine Bewertung des implementierten Materialmodells.

Geboten wird:

– Umfassende Betreuung
– Einarbeitung in einen hochaktuellen und spannenden umformtechnischen Fertigungsprozess
– Klar abgegrenzte Aufgabenstellung
– Einarbeitung in die Programmiersprachen FORTRAN 77 und PYTHON
– Einarbeitung in die FE-Software Abaqus 6.14
– Unterstützung bei der Karriereplanung und Praktikumssuche
 
Voraussetzungen:
- Motivation und Einsatzbereitschaft
Zeitaufwand: 11,00 Arbeitsstunden

Ansprechpartner(in):
Robby Mannens, M.Sc. RWTH Aachen
 
Herwart-Opitz-Haus 54A 412
Tel.: +49 241 80-28244
Fax: +49 241 80-22293
Mail: R.Mannens@wzl.rwth-aachen.de