P 1146 – Umformen und Fügen von Blech- und Massivelementen in Folgeverbundwerkzeugen zur Erzeugung eines hybriden Querlenkers aus Stahl

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ISBN: 978-3-96780-043-2 Artikelnummer: 91fdadd0b5c4 Kategorien: ,

Beschreibung

P 1146 – Umformen und Fügen von Blech- und Massivelementen in Folgeverbundwerkzeugen zur Erzeugung eines hybriden Querlenkers aus Stahl

Ziel dieses Projekts ist die Herstellung eines Hybridbauteils aus Blech- und Massivelementen, dessen Geometrie einem Querlenker ähnlich sein soll. Die Verbindung des Massiv- mit dem Blechelement soll einen Kraft- und Formschluss aufweisen. Nachdem eine geeignete Vorformgeometrie zur Untersuchung des Hybridschmiedeprozesses am IPH  entwickelt wurde, erfolgte die simulative wie auch experimentelle Erprobung dessen. Der Fügeprozess wurde somit isoliert an einer einfachen Geometrie untersucht. Auf Grundlage dessen wurde eine 3-Punkt Querlenkergeometrie entwickelt, bei welcher die Fügezone zunächst simulativ und anschließend experimentell erprobt wurde. Umgesetzt wurde dies mit einem dreistufigen Kombinationswerkzeug. Die erste Stufe beschreibt das Sicken und Lochen, in welcher das Blechelement dreifach gelocht und tiefgezogen wird. Die Sicke dient hierbei als Maßnahme zur Erhöhung der Strukturfestigkeit des Hybridbauteils. In der zweiten Stufe erfolgt das Hybridschmieden, in welchem drei Massivelemente aus Stahl mit einem aus der ersten Stufe stammenden Blechelement, ebenfalls aus Stahl, form- wie auch kraftschlüssig verbunden wird.
In der dritten Stufe wird die Querlenkergeometrie mittels Scherschneidens aus der Blechgeometrie ausgeschnitten. Die signifikantesten Parametergrößen für das Erzeugen von form- und kraftschlüssigen Hybridverbindungen sind die Umformtemperatur wie auch die Festigkeit und das Schrumpfungsverhalten der verwendeten Werkstoffe. Die im Rahmen des Projekts untersuchten Werkstoffpaarungen waren 42CrMo4, X2CrNi18-9 für das Massivmaterial und S700MC, S355J2 als Blechmaterial. Als besonders vorteilhaft, form- wie auch kraftschlüssige Verbindungen zu erzeugen, hat sich die Parameterkombination aus einem höherfesten Blechmaterial S700MC und 42CrMo4 als Massivmaterial mit einer Umformtemperatur von 1250°C ergeben. Bei Verwendung von X2CrNi18-9 wies die Verbindung in der Regel nur einen Formschluss auf, da die Schrumpfung des Edelstahls während der Abkühlung einem Kraftschluss entgegenwirkt. Ein weicheres Blechmaterial als S700MC kann in diesem Zusammenhang dazu führen, dass dieses während der Umformung vom Stofffluss des Massivmaterials aus der Umformzone verdrängt wird. Die Kombination des Edelstahls mit S355J2 als Blechmaterial mit Umformtemperaturen von 900 °C haben zu keiner qualitativ ausreichenden Verbindung geführt. Im Projekt konnten geeignete und ungeeignete Parameterkombinationen ermittelt werden.

Veröffentlichung:
2021

Autoren:
Prof. Dr.-Ing. B-A. Behrens, Dr.-Ing. M. Stonis