Produktinnovationen können bei komplexen Bauteilen treffsicherer und schneller realisiert werden, wenn Simulationsmethoden und -modelle zur Anwendung kommen, die dem jeweiligen Fertigungsverfahren adäquat gerecht werden. Die Hirschvogel Automotive Group hat sich zusammen mit Forschungspartnern (z. B. Fraunhofer IWM Freiburg) in den letzten Jahren intensiv mit der Verbesserung der rechnergestützten Auslegung beschäftigt.

Produktinnovationen können bei komplexen Bauteilen treffsicherer und schneller realisiert werden, wenn Simulationsmethoden und -modelle zur Anwendung kommen, die dem jeweiligen Fertigungsverfahren adäquat gerecht werden. Die Hirschvogel Automotive Group hat sich zusammen mit Forschungspartnern (z. B. Fraunhofer IWM Freiburg) in den letzten Jahren intensiv mit der Verbesserung der rechnergestützten Auslegung von Kaltumformprozessen durch eine praxisnahe Materialmodellierung zur Simulation der Schädigungsentwicklung und des Versagens beschäftigt. 

In der industriellen Praxis kommen häufig mehrstufige Kaltumformprozesse zum Einsatz, um die oft komplexen Bauteilformen zu realisieren. Zur Auslegung und Optimierung von Kaltumformprozessen werden kommerzielle Finite-Elemente-Programme eingesetzt. Im Bereich der Umformsimulation wird die Plastizität von metallischen Werkstoffen im Allgemeinen mit phänomenologischen Modellen beschrieben. Dabei wird der Beginn des plastischen Fließens üblicherweise mit einer Fließfunktion im Spannungsraum modelliert. Die Richtung und der Betrag des plastischen Fließens wird über eine Fließregel dargestellt. Das Verfestigungsverhalten wird über Verfestigungsfunktionen bzw. Evolutionsgleichungen für innere Variablen, wie beispielweise die isotrope Verfestigung, einbezogen. Die bekanntesten und heute noch überwiegend verwendeten isotropen Fließfunktionen sind die nach Tresca und nach von Mises. Die bekannteste anisotrope Formulierung wurde von Hill eingeführt.

Die duktile Schädigung in Stählen wird auf die Bildung, das Wachstum und den Zusammenschluss von Poren zurückgeführt (siehe Bild 1). Das Ausgangsgefüge kann dabei bereits Poren aufweisen (Anfangsporosität), und mit zunehmender plastischer Deformation bilden sich weitere Poren an Einschlussteilchen und Korngrenzen (Porennukleation), während das Volumen der bestehenden Poren anwächst. Die Bildung von Makroporen, Mikrorissen und letztlich die Entstehung eines Makrorisses wird durch den Zusammenschluss der Poren initiiert.

Makromechanische Modelle können als zeitunabhängige oder zeitabhängige Kriterien formuliert sein. Zeitunabhängige makromechanische Schädigungskriterien hängen meist nur vom aktuellen Spannungs- oder Verzerrungszustand ab (z. B. Belastungsgrenzkurven). Zeitabhängige makromechanische Schädigungskriterien berücksichtigen auch die Umformgeschichte durch Integration ausgewählter Zustandsgrößen (siehe Bild 2). Die oben skizzierten Überlegungen schaffen eine Basis dafür, dass mittels simulationsgestützter Prozessauslegung die Serienreife deutlich schneller erreicht werden kann und kostenintensive und sich zeitaufwändige Erprobungszyklen vermeiden lassen.

Bild 1: Schematische Darstellung der duktilen Schädigung
Bild 2: Makromechanische, zeitabhängige Schädigungsparameter