Beschreibung
P 1135 – Warmformprozessintegrierte Oberflächenstrukturierung für Hybridkomponenten
Aufgrund zunehmender Anforderungen in den Bereichen Sicherheit, Komfort und Leichtbau steigt im automobilen Rohbau die Nachfrage nach Strukturteilen aus ultrahochfesten Stählen. Durch Einsatz dieser Stähle kann die Blechdicke der Bauteile reduziert und somit das Gewicht gesenkt werden. Die Produktion komplexer Geometrien erweist sich allerdings aufgrund der hohen mechanischen Festigkeit als problematisch, da große Lasten auf die Umformwerkzeuge wirken und die Prozessgenauigkeit durch das Rückfederungsverhalten beeinträchtigt wird. Der Prozess des Presshärtens liefert eine Lösung für diese Problematik.
Presshärten stellt einen nicht isothermen Prozess dar, welcher die Umformung des Bauteils und die Härtung des Werkstoffes kombiniert. In diesem Prozess kann eine martensitische Härtung der Blechkomponente erreicht werden. Stabilitätsprobleme bei reduzierten Blechstärken limitieren allerdings das Leichtbaupotential von pressgehärteten Komponenten. In anderen Industriezweigen wie der Luftfahrtindustrie werden Strukturbauteile in vielen Fällen aus Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) bzw. in neueren Ansätzen im hybriden Verbund aus Metall und FKV hergestellt, während im automobilen Massenmarkt weiterhin hochfeste Stähle dominieren. Eine gezielte Kombination von Metall und FKV führt zu beanspruchungsangepassten und kostengünstigen hybriden Leichtbaustrukturen. Im Lasteinleitungsbereich derartiger hybrider Bauteile treten häufig konzentrierte, dreidimensional wirksame Lastkollektive auf, die vorzugsweise von isotrop agierenden metallischen Komponenten aufgenommen werden. Kritisch ist der Übergangsbereich bzw. die Grenzfläche von der metallischen Komponente zur Faserverbundstruktur, in dem die Kräfte übertragen werden müssen. Neue Oberflächenvorbehandlungsverfahren können dabei durch die Erzeugung von gezielten Verklammerungseffekten einen Beitrag zur Steigerung der Bauteilperformance leisten.
In diesem Projekt soll ein Verfahren entwickelt werden, das in den Warmumformprozess hochfester Stähle eine Oberflächenstrukturierung einbringt, um anschließend eine verbesserte Anbindung von faserverstärkten Kunststoffen zu erreichen. Die Strukturierungen werden durch das entsprechende Warmumformwerkzeug eingebracht, wodurch im Vergleich zu anderen Strukturierungsverfahren ein zusätzlicher Arbeitsschritt entfällt. Dazu wird zunächst ein Werkzeug zur Strukturierung auf Probenkörperebene entwickelt, mit dem die Proben gleichzeitig strukturiert und gehärtet werden. Anschließend werden die mechanischen Eigenschaften der hybriden Strukturen aus FKV und 22MnB5 experimentell ermittelt. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse wird die Methode schließlich auf eine automobile Karosseriestruktur angewendet und validiert.
Veröffentlichung:
2020
Autoren:
T. Tröster, K. Dröder
