Institut für Umformtechnik (Germany)

Dual-phase (DP) steels, particularly DP1000, are widely used in the automotive industry due to their excellent strength-ductility balance and crash performance. However, their high tendency to develop edge cracking during manufacturing processes such as blanking and trimming remains a significant challenge. This issue arises primarily from the sharp mechanical property contrast between the ferritic and martensitic phases. As a countermeasure, laser-polishing has been introduced to enhance edge quality by locally remelting and smoothing the cut surfaces, thereby eliminating burrs and micro-defects. This study investigates the effectiveness of laser-polishing in improving edge formability using a novel Diabolo test setup, which promotes pronounced deformation at the specimen edge due to its hourglass-shaped punch geometry. Experiments are conducted on 1.5 mm thick DP1000 sheets with varying edge morphologies, and surface strain evolution is captured using digital image correlation (DIC). To complement the experiments and gain insight into the multiple mechanisms behind the enhanced performance, a multi-scale simulation approach is applied. The model integrates the actual mechanical properties and topographical features of the laser-polished edge, incorporating both macroscopic and microscopic effects, including a calibrated surface factor. Results reveal a notable improvement in edge formability and global formability in laser-polished specimens compared to sheared specimens. The numerical predictions show both excellent agreement with the experimental force-displacement curves as well as strain fields.

Abstract Eine eng tolerierte und konstante Produktqualität bei zugleich hohen Produktionsraten machen Umformprozesse zu wirtschaftlichen und nachhaltigen Fertigungsverfahren mit einer hohen Relevanz in der industriellen Produktion. Kurz-, mittel- und langfristige Prozessunsicherheiten wie Beölungszustand, Werkzeugverschleiß, Schwankungen der Halbzeugeigenschaften oder Temperaturänderungen reduzieren jedoch die Wirtschaftlichkeit. Eine umfassende Prozessüberwachung ist entscheidend für eine zuverlässige Prozessführung. Durch die Ergänzung konventioneller Sensorsysteme mit optischen Daten kann die kontaktlose Überwachung von Werkzeug und Werkstück verbessert und das Prozessverständnis erweitert werden.

In the original version of the book, the title of Chapter [41] has been changed from "Evaluation of the Cold Atmospheric Plasma Metallization of Bare Dies with Copper Through Life Cycle Assessment Through Life Cycle Assessment" to "Evaluation of the Cold Atmospheric Plasma Metallization of Bare Dies with Copper Through Life Cycle Assessment". The correction chapter and the book have been updated with the change. The original version of this chapter [46] was revised. An acknowledgement has been added. The original article was corrected accordingly.

Abstract Die derzeitige Entwicklung hin zu elektrifizierten Fahrzeugen führt in vielen Fällen zu einem Anstieg der allgemeinen Belastungssituation von Fahrwerkskomponenten sowie auch deren Verbindungselementen. Radverschraubungen werden hier beispielsweise mit erhöhten dynamischen Belastungen konfrontiert, welche die quasistatische Vorspannungssituation überlagern und für Ausfälle der Verbindungsstelle ursächlich sein können. Diese Anhebung der Lastsituation wird beispielsweise durch höhere Achslasten, Rad‐Reifen‐Dimensionen, bessere Reifenperformance sowie schwerpunktbedingt höhere maximale Kurvenlasten verursacht. Um Ausfälle von Verbindungselementen auch in Zukunft zu verhindern, werden in diesem Beitrag neue Mess‐ und Analyseverfahren vorgestellt, die eine genaue und vollständige Überprüfung aller überlagerten dynamischen Nennspannungen (unter Vernachlässigung der überhöhten Kerbspannungen) ermöglichen, welche durch dynamische Axial‐ und Biegebelastungen an der kritischen Versagensstelle eines Verbindungselements verursacht werden. Um eine entsprechende Schadensakkumulation zu ermöglichen, werden lastspezifische Bauteilwöhlerkurven benötigt. Ein detailliertes Verständnis der auftretenden Belastungen am Verbindungselement erhöht die Sicherheit gegenüber Ausfällen für alle Fahrwerksverschraubungen, sofern diese Lasten bereits im frühen Stadium eines Entwicklungsprozesses bekannt sind und berücksichtigt werden.

Abstract Increasing weight and energy efficiency requirements drive the use of novel composite materials. For this, metal-polymer sandwich plates are particularly promising. However, their widespread application is hindered by limited formability and a lack of efficient joining technology due to the combination of materials with vastly different mechanical properties. This paper presents an innovative joining element, addressing the special characteristics of sandwich composites by locally compensating the influence of the polymer core. The presented joining elements act as “lost punches” inserted into the sandwich material, opening up the possibility of manifold connection possibilities. In a two-stage hole-flanging process, which can be realized with conventional forming machines, a form and force fit between the punch and the sandwich composite is established. This challenging forming process is discussed, extensively numerically analyzed and the joint geometry is optimized with respect to the resulting joint strength. Furthermore, the achievable limit loads are discussed. Concluding, first prototypes offer an outlook on the industrial application.KeywordsIntegrated functional structuresCollar formingSandwich sheets

Abstract The Tailored Forming process developed in the presented research enables the production of axial bearing washers with AISI 1022M (C22.8/1.0460) base material and AISI 52100 (100Cr6/1.3505) cladding on the rolling contact surface. By limiting the use of the bearing steel to the highly loaded surface, significant amounts of alloyed steel can be saved. The cladding is applied through plasma transferred arc (PTA) welding and subsequently formed to improve its properties. The challenge in developing a hot upsetting process lies in the high difference in flow stress of the two materials, since the harder bearing steel is merely pressed into the softer base without sufficient deformation. In order to equalise the flow stress of both materials, an adapted temperature gradient is induced over the washer height before upsetting. Due to this, a higher cladding temperature is set while the base material remains significantly cooler. This is realised by means of local inductive heating of the cladding and different transfer times to the upsetting process. The process variants are applied in an automated forging cell and subsequently evaluated in metallographic analysis of cross sections after welding and after forming. The results show the most favourable material properties after forming when local inductive heating of the cladding is simultaneously combined with cooling of the base material and the transfer time between the heating stage and forming is minimized.KeywordsTailored formingUpsettingPlasma transferred arc weldingInductive heating

Abstract Energy-bound forming machines such as forging hammers tend to vibrate due to abruptly applied process forces, which is particularly noticeable in form of intense vibrations of the machine environment. This paper presents a new concept of shock absorbers for forming machines, using dampers filled with magnetorheological fluids. Magnetorheological fluids are suspensions of magnetizable particles in a non-magnetizable carrier fluid. By applying a magnetic field, the internal structures and thus the rheological properties of the fluid can be varied. Using an evolutionary based control strategy, the damping can be adjusted depending on the excitation. The dependencies as well as challenges in the design process of magnetorheological dampers for forming machines are described. In addition, simulation results of foregoing studies concerning damper design and the evolutionary control strategy are presented.KeywordsForming machinesMagnetorheological dampersVibration damping

Abstract Hybridstrukturen aus Metallen und Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) bieten vielseitige Vorteile, da in ihnen die Eigenschaften zweier grundlegend verschiedener Werkstoffarten vereint sind. Durch ein gezieltes Ausnutzen des unterschiedlichen Materialverhaltens während der Umformung werden Metallblechstrukturen und FKV-Schlaufen nicht nur miteinander gefügt, sondern auch in einen vorgespannten Zustand gebracht. Dieser führt zu deutlichen Festigkeits- und Steifigkeitssteigerungen bei geringem Mehrgewicht. Anhand eines anwendungsnahen Profils wird das Potenzial dieser Technologie validiert.

Abstract Die Wirtschaftlichkeit industrieller Stanzprozesse hängt stark von produzierten Bauteilqualitäten und Stillstandzeiten ab. Negativ werden diese von Verschleißerscheinungen an genutzten Stanzstempeln beeinflusst, weswegen datengetriebene Überwachungssysteme sowohl in industrieller Praxis als auch akademischer Forschung entwickelt werden. Insbesondere KI-Modelle haben das Potenzial, multiple Verschleißzustände zu klassifizieren oder quantitativ zu regressieren, werden bislang jedoch ausschließlich auf Sensorsignale angewandt. In der vorliegenden Publikation wird dagegen der Ansatz gewählt, Bilder produzierter Bauteile als Eingangsgrößen für faltende, neuronale Netze zu nutzen, um die Kantenverrundung am Stanzstempel zu prädizieren. Entwickelte Modelle weisen hohe Prädiktionsgüten auf und eröffnen Möglichkeiten zur weiterführenden Beforschung bildgestützter Überwachungsansätze.

ZusammenfassungAusgehend von vorherigen Ergebnissen zur Prozessoptimierung fließgepresster Proben aus dem austenitischen Werkstoff 1.4404 mittels einer aktiven Prozessführung zur Verbesserung des Eigenspannungszustands, wurde das gleiche Verfahren auf den metastabilen austenitischen Werkstoff 1.4307 angewandt. Es wurden neue Erkenntnisse erwartet, da dieses Material bereits bei geringen Umformgraden zur Bildung von verformungsinduziertem Martensit neigt. Zum Vergleich der erwarteten Optimierung des Eigenspannungszustands wurden konventionell fließgepresste Proben hegestellt und spannungsarmgeglüht.Es wurde gezeigt, dass die Reduktion der Zugeigenspannungen durch die aktive Prozessführung beim 1.4307 insbesondere in der martensitischen Phase auftritt, während diese beim 1.4404 im Austenit erfolgt. Durch einen zusätzlichen Prozessschritt der Wärmebehandlung konventionell fließgepresster Proben werden ebenfalls Zugeigenspannungen abgebaut. Allerdings zeigt die Kaltumformung mit aktiver Prozessführung ein höheres Potenzial zur Verbesserung des Eigenspannungszustands.