Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen · PDF fileQuelle:ULSAB Report...

FU_BE 1

REGION IM DIALOG

Umformen hoch- und höchstfester Bleche

Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Lehrstuhl für Fertigungstechnik und WerkzeugmaschinenWerkzeugmaschinen

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel

FU_BE 2

REGION IM DIALOG


Einsatz hochfester Bleche:Einsatz hochfester Bleche:Potential und ProblemePotential und Probleme

REGION IM DIALOG27. April 2004

Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel

FU_BE 3

REGION IM DIALOG


Anforderungen der Automobilindustrie

Neue Materialien - Materialmix

Übersicht

Potential und Anforderung neuer Werkstoffe

Aufgaben für die Umformtechnik

Folien unter: www.mb.uni-siegen.de/fw

FU_BE 4

REGION IM DIALOG


Anforderungen Automobilindustrie:

Erfüllung der SicherheitsanforderungenErheblich verringerter KraftstoffverbrauchVerbesserte UmweltverträglichkeitKostengünstige Großserien-Produktion


→ Trend zum LEICHTBAU

FU_BE 5

REGION IM DIALOG


Leichtbau

Leichtbau:

… ist nicht die Werkstoffsubstitution

… ist die Summe aus Anwendungen der Konstruktionstechnik, Werkstofftechnik, Umformtechnik und Verbindungstechnik

Konstruktions-techik

Werkstoff-techik

Fertigungs-techik

Fertigungs-techik

Umformtechnik

Verbindungs-technik

FU_BE 6

REGION IM DIALOG


Beispiele für Leichtbaukonzepte

Quelle:ULSAB Report

Ultra Light Steel Auto Body

FU_BE 7

REGION IM DIALOG


Ultra Light Steel Auto Components

Taylored Blank


FU_BE 8

REGION IM DIALOG


Ultra Light Steel Auto Body – Advanced Vehicle Concept


FU_BE 9

REGION IM DIALOG


• Der Einsatz geschlossener Profile in der Karosserie führtzu einer signifikanten Steifigkeitsverbesserung.

• Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung komplexer geschlossenerProfile ist die IHU-Technologie.

• Über der Profillänge lassen sich unterschiedliche Querschnittsformen realisieren.

• Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von offenen und geschlossenen Profilen ist das Rollprofilieren.

• Kennzeichnend für das Rollprofilieren ist die partielle Umformung in einem kontinuierlichen Prozess.

• Bei der Integration der Profile in eine Karosserie spielt die Wahl der richtigen Fügetechnik eine entscheidende Rolle.

Fertigungstechnologien für den Stahl-Spaceframe


FU_BE 10

REGION IM DIALOG


New Steel Body


Total 77 kg or24% weightreduction

Quelle: NSB, ThyssenKrupp Stahl

FU_BE 11

REGION IM DIALOG


Stah

l und

Eise

n

Elas

tom

ere

Sons

tige

Kun

stst

offe

Alu

min

ium

Sons

tige

NE-

Met

alle

Baujahr 2005

Baujahr 1995

Baujahr 1985Baujahr 1975

74

13

6 3 4

68

13

5 4

63

1413

6 4

55

14 15

106

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Werkstoffverteilung beim PKWin Deutschland (Gewichts-%)

10

Verwendung unterschiedlicher Materialien

FU_BE 12

REGION IM DIALOG


BMW E60, Quelle: ATZ/MTZ extra August 2003 D 58922

BMW 5er Serie Strukturaufbau mit hochfesten Stählen für sicherheitsrelevante Karosserieteile

Trotz Zunahme von Kunststoff-, Aluminium- und Magnesiumkomponenten hat der Pkw Leichtbau die Entwicklung von höher- und hochfesten Stählen forciert

Anwendung in der Serie

FU_BE 13

REGION IM DIALOG



Aluminium Beplankungsteile


Materialien im Karosseriebereich des neuen 5er BMW

Ein ausgeprägter Materialmixist Kennzeichen neuer Pkw -Strukturen

FU_BE 14

REGION IM DIALOG




Produktionsprozesse

FU_BE 15

REGION IM DIALOG



Tendenzen - Forderungen

Tendenz zum Materialmix in Pkw-Strukturen

Einsatz hochfester Materialien in komplexen Geometrien

Einsatz geschlossener Profile

unterschiedliche Umformtechnologien

FU_BE 16

REGION IM DIALOG


Festigkeitskenn-werte aus dem Zugversuch

Annahme:Wandstärke

und Festigkeit

über gesamtes

Bauteil gleich

Materialwerte des

Realbauteiles

Unterschiedliche Wanddicken und Festigkeiten als

Funktion des Werkstoffes und

des Umformprozesses

Umformsimualtion

Potential und Anforderung

Crash Simulation auf der Basis unterschiedlicher Eingabedaten

FU_BE 17

REGION IM DIALOG


Basemit Mapping

Base MappingCrash-Simulation

Wanddicken und Festigkeit aus der Umformsimulation


Crash Simulation auf der Basis unterschiedlicher Eingabedaten

Annahme:Wandstärke und

Festigkeit über gesamtes Bauteil gleich

FU_BE 18

REGION IM DIALOG


BaseMapping

ohneMapping mit Mapping

Zunahme der Wanddicke


Mapping Daten für die Crash-Simulation

Target

FU_BE 19

REGION IM DIALOG


0

10

20

30

40

50

60

70

0 400 600 1000200 800 1200Untere Streckgrenze [MPa]

Bru

chde

hnun

g [%

]

Weiche Tiefziehgüten

Martensitische StähleTRIP-StähleDP-/MP-Stähle

CMnHöherfeste mikrolegierte Stähle

BH-Stähle

Höherfeste IF-Stähle

IF-Stähle

Isotrope Stähle

LSS< 210 MPa

UHSS> 550 MPa

HSS210 - 550 MPa


Neue hochfeste Materialien - Potential und Anforderung

FU_BE 20

REGION IM DIALOG


Form Limit Curve

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

-0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6

AlMgSi05 DP600 St14

Flow-Curve

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Strain

Stre

ss [N

/Mpa

]

Vergleichsdehnung ϕDehnung ϕ2

Deh

nung

ϕ1



Flie

sssp

annu

ng k

f[N/m

m²]

Grenzformänderung Fliesskurve

FU_BE 21

REGION IM DIALOG


Mapping Daten unterschiedlicher Umformverfahren

True Strain ϕ [-]

Stre

ss [M

Pa]

Tiefziehen


Hydroforming

FU_BE 22

REGION IM DIALOG




Umformgrenzen

Rückfederung

FU_BE 23

REGION IM DIALOG


Rückfederung

Bestimmung der Rückfederung

Flow-Curve

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

Strain

Stre

ss[N

/Mpa

]

Umformung

Rückfederung DP600

Rückfederung St14

Rückfederung AlMgSi05

Werkstoff Biegwinkel Biegeradius Blechdicke Rückfederung[°] [mm] [mm] [°]

St14 90 10 1 10,42AlMgSi0,5 90 10 1 24,43gDP 600 90 10 1 22,94

Auffederung in Grad

St14 AlMgSi05 DP600

30

20

10

FU_BE 24

REGION IM DIALOG


Bestimmung der Rückfederung

Rückfederung

FU_BE 25

REGION IM DIALOG


Kompensation der Rückfederung

Form Limit Curve

0

0,1

0,2

0,3

0,4

-0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3

Reduktion der Rückfederung durch überlagerte Zugkraft

Verlagerung Dehnungspfad in Richtung Grenzform-änderungskurve

Erhöhung der Ziehkraft

Rückfederung

FU_BE 26

REGION IM DIALOG


Bestimmung der Ziehkraft – Referenzstahl, hochfester Stahl

Ziehkraft

Zug- und NH-Kraft [kN]

100

75

50

25

0St14 DP600

Niederhalterkraft

Zugkraft

2

112

eH

eH

RR

ss =

Werkstoff Wandstärke ReH Zugkraft NH-Kraft NH/ZugkraftSt14 1 200 45 kN 33 kN 0,73DP600 0,69504805 414 63 kN 89 kN 1,41

Zugkraft NH-Kraft

FU_BE 27

REGION IM DIALOG



Tendenzen - Forderungen

Hochfeste Materialien mit hoher Kaltverfestigung und sehr niedriger Gleichmaßdehnung

Simulation unabdingbar

Komplexe Beschreibung des Umformvorganges undVorhersage der Machbarkeit

Hochfeste Materialien mit hoher Rückfederungsrate

Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen · PDF fileQuelle:ULSAB Report...

Documents

Transcript of Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen · PDF fileQuelle:ULSAB Report...