Inkrementelle Umformung hybrider Halbzeuge mittels Querkeilwalzen

Projekttitel Inkrementelle Umformung hybrider Halbzeuge mittels Querkeilwalzen (SFB 1153 B1)
Laufzeit 01.07.2015 – 30.06.2019
Projektwebseite www.sfb1153.uni-hannover.de
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Das übergeordnete Ziel des Sonderforschungsbereichs „Tailored Forming“ ist es, die Potentiale für hybride Massivbauteile auf der Basis eines neu zugeschnittenen Fertigungsprozesses unter Verwendung von gefügten Halbzeugen zu erschließen. Im Gegensatz zu bestehenden Herstellungs- und Fertigungsprozessen von hybriden Massivbauteilen, bei denen der Fügeprozess erst während der Umformung oder am Ende der Fertigungskette erfolgt, werden im SFB maßgeschneiderte Halbzeuge verwendet, welche vor dem Formgebungsprozess gefügt werden. Gegenüber den bestehenden Fertigungsverfahren erleichtert die einfache Geometrie der Halbzeuge die Handhabung sowie die prozesssichere Herstellung einer stoffschlüssigen Fügezone. Im Teilprojekt B1 geht es um die inkrementelle Umformung hybrider Halbzeuge mittels Querkeilwalzen.
  • Keine aktuellen Termine vorhanden.
  • 07.11.2016
  • PZH – Produktionstechnisches Zentrum Hannover, An der Universität 2, 30823 Garbsen
  • 27.06.2016
  • PZH – Produktionstechnisches Zentrum Hannover, An der Universität 2, 30823 Garbsen
  • 25.04.2016
  • PZH – Produktionstechnisches Zentrum Hannover, An der Universität 2, 30823 Garbsen
  • 01.02.2016
  • PZH – Produktionstechnisches Zentrum Hannover, An der Universität 2, 30823 Garbsen
  • 26.11.2015
  • PZH – Produktionstechnisches Zentrum Hannover, An der Universität 2, 30823 Garbsen
  • 23.07.2015
  • PZH – Produktionstechnisches Zentrum Hannover, An der Universität 2, 30823 Garbsen

Veröffentlichungen zum Projekt

In den vergangenen Jahren sind die Anforderungen an technische Bauteile stetig gestiegen. Diese Entwicklung ist dem Wunsch nach immer leistungsfähigeren Produkten geschuldet, die neben einem geringeren Gewicht, einer kleineren Bauweise und erweiterter Funktionalität zudem eine höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber bestimmten Beanspruchungsarten aufweisen.

Das übergeordnete Ziel des Sonderforschungsbereichs 1153 "Tailored Forming" ist es, die Potentiale für hybride Massivbauteile auf der Basis eines neuen zugeschnittenen Fertigungsprozesses unter Verwendung von gefügten Halbzeugen  zu erschließen.

In diesem Beitrag werden die Vorgehensweise und erste Ergebnisse ausgewählter Teilprojekte zur Halbzeugherstellung durch Verbundstrangpressen, zur Umformung der hybriden Halbzeuge durch Querkeilwalzen, Gesenkschmieden und Fließpressen und zur numerischen Versagensvorhersage der Fügezonen dargestellt. Hierdurch wird ein Überblick über mögliche Leichtbaustrategien im Bereich der Massivumformung durch die Verwendung bereits gefügter Halbzeuge gegeben.

Tailored Forming, Halbzeugherstellung, Umformung, Querkeilwalzen

Das Querkeilwalzen hybrider Bauteile ergibt je nach Anordnung (seriell oder koaxial) unterschiedliche Herausforderungen, die zunächst grundlegend untersucht werden.

Beim Querkeilwalzen von seriellen Bauteilen ist die kontrollierte Umformung der Fügezone die größte Herausforderung. Abhängig von der Fließspannung der verwendeten Werkstoffe verformen sich die Bauteilhälften unterschiedlich. Um diese Umformung kontrolliert ablaufen zu lassen, wurde zunächst das Umformverhalten hinsichtlich der Verschiebung und Qualität der Fügezone analysiert und anschließend Möglichkeiten ermittelt, mit denen die Umformung gezielt erfolgen kann. Dazu wurden systematisch nach dem DoE-Verfahren die Einflussparameter (Werkstücktemperatur, Umformgeschwindigkeit, Querschnittsflächenreduktion, Schulter- und Keilwinkel) zunächst mittels Finite-Element-Methode ermittelt und anschließend die Untersuchungen experimentell verifiziert. Eine Einflussnahme auf die Umformung anhand sowohl konstruktiver Maßnahmen (z. B. ungleiche Werkzeughälften) als auch durch prozessbedingte Parameter (z. B. unterschiedliche Temperierung) wird untersucht.

Das Querkeilwalzen von koaxialen Bauteilen hat aufgrund des Bauteilaufbaus andere Herausforderungen. Ziel ist es, bei der Umformung den Verlauf der Dicke der aufgetragenen Schicht gezielt beeinflussen zu können. Dazu wurden zu Beginn Finite-Elemente-Simulationen durchgeführt, um beeinflussende Parameter zu ermitteln. Durch eine systematische Untersuchung der Versuchsparameter nach dem DoE-Verfahren ergaben die Schichtdicke vor der Umformung sowie die Querschnittsflächenreduktion als Parameter mit den größten Einflüssen auf die den Verlauf der Schichtdicke nach der Umformung. Die erzielten Ergebnisse wurden in experimentellen Versuchen anschließend verifiziert.

Querkeilwalzen, Stahl, Aluminium, Fügezone, Schichtdicke

Bauteile effizient umformen, ohne dass Grat entsteht: Dazu eignet sich das Querkeilwalzen. Für hybride Halbzeuge muss es völlig neu erforscht werden: Mit welchen Einstellungen lassen sich Materialkombinationen – beispielsweise aus Stahl und Aluminium – gemeinsam umformen?

Querkeilwalzen, hybride Halbzeuge

Heute bestehen die meisten technischen Bauteile und Komponenten aus monolithischen Werkstoffen. Dennoch erreichen die bisher verwendeten monolithischen Werkstoffe ihre technologischen und konstruktiven Grenzen, so dass eine Verbesserung der Bauteileigenschaften durch Hybridteile realisiert werden könnte. Schmieden der zuvor gefügten Halbzeuge zu präzisen Hybridteilen ist eine vielversprechende Methode, um funktionell angepasste Bauteile in wenigen Prozessschritten herzustellen. Diese neue Prozesskette bietet eine Reihe von Vorteilen im Vergleich zu anderen Herstellungstechnologien. Beispiele sind die Herstellung von spezifischen belastungsangepassten Schmiedeteilen mit einer hohen Materialausnutzung, die eine Verbesserung der Fügezone durch die nachfolgende Umformung erbringt und einfach zu implementierende Fügeverfahren aufgrund der simplen Geometrien der Halbzeuge. Dieser Artikel beschreibt die Herstellungsverfahren für Hybridstahlteile, die durch eine Kombination eines Auftragschweißprozesses mit anschließender Warmumformung (Stauchen) oder Querkeilwalzen hergestellt werden. Es konnte gezeigt werden, dass die innovative Prozesskette die Herstellung von Hybridbauteilen ermöglicht, wobei die Umformung zu einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des laserauftraggeschweißten Materials führt.

Prozesskette, Auftragschweißen, Warmmassivumformen, Querkeilwalzen

Förderer

Das Projekt mit dem Förderkennzeichen SFB 1153 – B1 wird mit Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

Partner

Ihr Ansprechpartner

Thoms Blohm
Dipl.-Ing.

Projektingenieur

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