A149

Anwendungspotenziale und Prozessgrenzen für die umformtechnische Herstellung von steifigkeitsoptimierten Bauteilen aus Doppellagenblechen

(A149 S 24/18/99)

Laufzeit der Forschungsarbeiten: 1. Januar 2000 – 31. Dezember 2001

In der Automobilindustrie versucht man das Fahrzeuggewicht mit Hilfe unterschiedlicher Leichtbau-Methoden zu reduzieren. Man unterscheidet hierbei zwischen Form-, Konzept-, Werkstofftechnischem und Fertigungs-Leichtbau. Im Bereich des Fertigungsleichtbaus wird versucht, Gewichts-Einsparungen dadurch zu erzielen, dass nur die höherbelasteten Bereiche eines Bauteils durch zugeschnittene zusätzliche Bleche verstärkt werden. In diesem Zusammenhang bekannt sind die Konzepte „Tailored Blanks“ (maßgeschneiderte Bleche) und die „Patchwork-Technik“ (Verbundblechtechnik).

Beiden Verfahren gemeinsam ist, dass mittels geeigneter Fügeverfahren die fest gefügten Bleche (unterschiedliche Blechdicke und/oder Blechqualität) umgeformt werden. Als weitere Fertigungsmöglichkeit bietet sich die „Bonded Blank-Technik“ (Doppellagenblechtechnik) an, bei der im Gegensatz zu den vorgenannten Varianten der Blechverbund (Grundblech und Verstärkungsblech) ohne vorheriges Fügen umgeformt wird.

Im Rahmen einer Forschungsstudie wurden durch theoretische Voruntersuchungen und experimentelle Modelluntersuchungen das Anwendungspotenzial und die Prozessgrenzen der Bonded Blank-Technik untersucht. Die theoretischen Voruntersuchungen ergaben einen deutlichen wirtschaftlichen Vorteil zugunsten der Bonded Blank-Variante im Vergleich zur konventionellen Fertigungsmethode, bei der belastungsangepasste Bauteile durch separate Werkzeuge aus einem Träger- und einem Verstärkungsblech hergestellt werden. Eine Marktprüfung ergab, dass es derzeit mit verschiedenen FE-Simulationsprogrammen möglich ist, die Bonded Blank-Technik zu simulieren.

Die experimentellen Modelluntersuchungen beinhalteten Tiefziehreihen mit drei Modellgeometrien. Im Rahmen dieser Untersuchungen wurden die Prozessgrenzen definiert. Mittels eines elementaren Ansatzes ist es möglich, die erforderliche Biegekraft für das Verstärkungsblech vor dem Umformvorgang zu ermitteln. Mit Hilfe eines Diagramms kann für den Lasstfall „einachsige Biegung“ vorherbestimmt werden, ob eine bestimmte Kombination aus Verstärkungsblechwerkstoff und –dicke durch ein Trägerblech (aus den Stahl DC04) umformbar (biegbar) ist.

Untersuchungen an einem rechteckigen Modell-Bauteil mit gewölbtem Boden ergaben, dass der Einsatz ausgewählter Verstärkungswerkstoffe und –dicken nur marginalen Einfluss auf erreichbare Ziehtiefen und Grenzziehverhältnisse hat.

Eine deutliche Verbesserung war durch Einsatz einer reibungsmindernden Dünnfilmversiegelung möglich. Tiefziehversuche mit einem heißaushärtenden Klebstoff zeigten, dass sich die Ziehtiefe durch den Einsatz eines Klebers anstelle von Justagestiften, welche Bohrungen im umzuformenden Blechpaket erfordern, weiter steigern lässt. In Versuchsreihen zur Ermittlung der Schwingfestigkeit wurden die Fertigungsvarianten Bonded Blank- und Patchwork-Technik, so wie auch die Bonded Blank-Technik und Umformen eines ebenen Blechzuschnitt verglichen. Während sich die Vorteile der Bonded Blank-Technik im Vergleich zur Patchwork-Technik aufgrund der geringen Streckziehanteile im Bereich der Fügepunkte bei der ausgewählten Modellgeometrie als marginal herausstellten, ergab der weitere Vergleich mit dem ebenen Blechzuschnitt eine Gewichts-Einsparung von mind. 23 % zugunsten der Bonded-Blank-Technik.

Die hervoragenden Ergebnisse der Bonded Blank-Technik in Verbindung mit einem heißaushärtenden Klebstoff sind eine wertvolle Basis für weiterführende Untersuchungen. Hierin sollte eine Auswahl von verschiedenen Klebstoffen auf die Anwendbarkeit für die Bonded Blank-Technik im Vergleich zu den konkurrierenden Fertigungsleichtbauvarianten Tailored Blanks und Patchwork-Technik untersucht werden.

Forschungsstelle 1:
Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) Leibniz-Universität Hannover
www.ifum.uni-hannover.de
 
Forschungsleiter 1:
Professor Dr.-Ing. Eckart Doege
(vorgelegt vom Verband der Automobilindustrie e.V. VDA für FAT)

Das Forschungsvorhaben wurde gefördert von der Stiftung Stahlanwendungsforschung im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V.

Bezugsquelle Schlussbericht:
bitte wenden Sie sich an die AVIF