Upload
lamxuyen
View
221
Download
1
Embed Size (px)
Citation preview
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
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
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
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
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
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
Anforderungen Automobilindustrie:
Erfüllung der SicherheitsanforderungenErheblich verringerter KraftstoffverbrauchVerbesserte UmweltverträglichkeitKostengünstige Großserien-Produktion
Anforderungen der Automobilindustrie
→ Trend zum LEICHTBAU
FU_BE 5
REGION IM DIALOG
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
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
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
Beispiele für Leichtbaukonzepte
Quelle:ULSAB Report
Ultra Light Steel Auto Body
FU_BE 7
REGION IM DIALOG
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
Ultra Light Steel Auto Components
Taylored Blank
Beispiele für Leichtbaukonzepte
FU_BE 8
REGION IM DIALOG
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
Ultra Light Steel Auto Body – Advanced Vehicle Concept
Beispiele für Leichtbaukonzepte
FU_BE 9
REGION IM DIALOG
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
• 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
Beispiele für Leichtbaukonzepte
FU_BE 10
REGION IM DIALOG
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
New Steel Body
Beispiele für Leichtbaukonzepte
Total 77 kg or24% weightreduction
Quelle: NSB, ThyssenKrupp Stahl
FU_BE 11
REGION IM DIALOG
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
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
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
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
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
BMW E60, Quelle: ATZ/MTZ extra August 2003 D 58922
Aluminium Beplankungsteile
Anforderungen der Automobilindustrie
Materialien im Karosseriebereich des neuen 5er BMW
Ein ausgeprägter Materialmixist Kennzeichen neuer Pkw -Strukturen
FU_BE 14
REGION IM DIALOG
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
BMW E60, Quelle: ATZ/MTZ extra August 2003 D 58922
Anforderungen der Automobilindustrie
Produktionsprozesse
FU_BE 15
REGION IM DIALOG
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
Anforderungen der Automobilindustrie
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
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
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
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
Basemit Mapping
Base MappingCrash-Simulation
Wanddicken und Festigkeit aus der Umformsimulation
Potential und Anforderung
Crash Simulation auf der Basis unterschiedlicher Eingabedaten
Annahme:Wandstärke und
Festigkeit über gesamtes Bauteil gleich
FU_BE 18
REGION IM DIALOG
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
BaseMapping
ohneMapping mit Mapping
Zunahme der Wanddicke
Potential und Anforderung
Mapping Daten für die Crash-Simulation
Target
FU_BE 19
REGION IM DIALOG
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
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
Potential und Anforderung
Neue hochfeste Materialien - Potential und Anforderung
FU_BE 20
REGION IM DIALOG
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
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
Potential und Anforderung
Neue hochfeste Materialien - Potential und Anforderung
Flie
sssp
annu
ng k
f[N/m
m²]
Grenzformänderung Fliesskurve
FU_BE 21
REGION IM DIALOG
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
Mapping Daten unterschiedlicher Umformverfahren
True Strain ϕ [-]
Stre
ss [M
Pa]
Tiefziehen
Potential und Anforderung
Hydroforming
FU_BE 22
REGION IM DIALOG
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
Potential und Anforderung
Neue hochfeste Materialien - Potential und Anforderung
Umformgrenzen
Rückfederung
FU_BE 23
REGION IM DIALOG
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
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
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
Bestimmung der Rückfederung
Rückfederung
FU_BE 25
REGION IM DIALOG
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
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
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
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
Umformen hoch- und höchstfester Bleche
Anforderungen der Automobilindustrie
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