Innenhochdruck-Umformen reibrührgeschweißter Hybridstrukturen aus Stahl und Aluminium - Innenhochdruckumformen

Projektstatus: abgeschlossen

Mitarbeiter

• Dr.-Ing. Detlev Staud

Zielsetzung des Projektes, das im Rahmen der Forschergruppe Hochleistungsfügetechnik für Hybridstrukturen bearbeitet wird, ist das Innenhochdruck-Umformen von reibrührschweißter Hybridstrukturen aus Aluminium und Stahl, sogenannter Tailored Hybrids.

Aufgrund der optimalen Werkstoffausnutzung durch gleichmäßig hohe Kaltverfestigung kommt das innovative Umformverfahren des Innenhochdruck-Umformens zum Einsatz. Wegen der unterschiedlichen Umformeigenschaften der gefügten Werkstoffe, Aluminium und Stahl, sind hierbei spezielle Verfahren zu entwickeln:

• Zunächst ist die geometrische Optimierung des Nahtverlaufs hinsichtlich der herzustellenden Geometrie des Bauteils zu untersuchen, so dass eine zeitlich versetzte Umformung der Bauteilbereiche mit geringerer Festigkeit und anschließend der festeren Bereiche möglich wird.
• Des Weiteren können zusätzliche aktive Werkzeugelemente eingesetzt werden, welche die Bauteilbereiche mit geringerer Festigkeit während des Umformprozesses abstützen und durch die Reibbehinderung aufgrund des Innendrucks ein vorzeitiges Versagen verhindern. Auf der Bauteilinnenseite können solche aktiven Werkzeugelemente zur Erzeugung einer Vorform eingesetzt werden, um eine erste Werkstoffverteilung zu erzielen.
• Anschließend werden die festeren Bauteilbereiche mit Innendruck beaufschlagt, um durch zusätzliche Streckziehumformung die Endkontur des Bauteils zu erreichen. Hierzu sind Grundlagenuntersuchungen zur Modellierung des Fließverhaltens der mittels Reibrührschweißen hergestellten Tailored Hybrids unter Verwendung der FE Simulation erforderlich, um anschließend das Umformverhalten im Innenhochdruck-Umformprozess simulativ untersuchen und beschreiben zu können.
• Parallel hierzu ist eine geeignete Systemtechnik aufzubauen, um an ausgewählten Geometrien die Eignung der im Rahmen der Forschergruppe untersuchten Fügeverfahren für die Herstellung von Tailored Hybrids nachzuweisen und vergleichend beurteilen zu können.

Zur Ermittlung geeigneter Umformstrategien, die eine Beherrschung der Wirkmedienbasierten Umformung von Tailored Hybrids ermöglichen, werden FE Simulationen mittels des Softwarepaketes ABAQUS Version 6.5 durchgeführt. Diese erlauben die Identifizierung der Haupteinflussparameter auf den Umformprozess. Durch eine korrekte Abbildung des Verhaltens der Tailored Hybrids in der Simulation können somit zielführende Platinenzuschnitte, Schweißnahtlagen und Strategien zur lokalen Beeinflussung der Niederhalterflächenpressungen gewonnen werden.