Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen

FU_BE 1Anforderungen aus der Automobilindustrie

Umformtechnologie für den Mittelstand

Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Lehrstuhl für Fertigungstechnik und WerkzeugmaschinenWerkzeugmaschinen

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



Anforderungen an die Umformtechnik aus Anforderungen an die Umformtechnik aus der Entwicklung moderner PKWder Entwicklung moderner PKW--

StrukturenStrukturen

IBU Industrieverband Blechumformung

08. Juni 2005

Prof. Dr.- Ing. Bernd Engel



Konzepte der Automobilindustrie

Neue Materialien - Materialmix

Übersicht

Potential und Anforderung neuer Werkstoffe

Aufgaben für die Umformtechnik

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



Anforderungen Automobilindustrie:Erfüllung der Sicherheitsanforderungen( New Car Assessment Program )Erheblich verringerter KraftstoffverbrauchVerbesserte UmweltverträglichkeitKostengünstige Großserien-Produktion

Anforderungen der Automobilindustrie

→ Trend zum LEICHTBAU


Umformtechnologie für den MittelstandLeichtbau

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



Konzeptstudien:

Karosseriestruktur/Anbauteile/Achsbauteile

ULSABULSACULSASULSAB-AVC

KarosseriestrukturAnbauteileAchsbauteile

Karosseriestruktur

KarosseriestrukturStahlhersteller !

Karosseriestruktur


Umformtechnologie für den MittelstandBeispiele für Leichtbaukonzepte

Quelle:ULSAB Report

Ultra Light Steel Auto Body



Ultra Light Steel Auto Body – Advanced Vehicle Concept

Beispiele für Leichtbaukonzepte



New Steel Body

Beispiele für Leichtbaukonzepte

Total 77 kg or24% weightreduction

Quelle: NSB, ThyssenKrupp Stahl



• 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

Tendenzen aus Leichtbaukonzepten



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 MaterialienW

erks

toff



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 SerieW

erks

toff




Aluminium Beplankungsteile


Materialien im Karosseriebereich des neuen 5er BMW

Ein ausgeprägter Materialmixist Kennzeichen neuer Pkw -StrukturenW

erks

toff





Produktionsprozesse

Pro

zess

e


Umformtechnologie für den MittelstandAnforderungen der Automobilindustrie

Tendenzen - Forderungen

Tendenz zum Materialmix in Pkw-Strukturen

Einsatz hochfester Materialien in komplexen Geometrien

Einsatz geschlossener Profile

unterschiedliche Umformtechnologien


Umformtechnologie für den MittelstandMethoden



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



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


Umformtechnologie für den MittelstandPotential und Anforderung



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 St

ress

[N/M

pa]

Vergleichsdehnung ϕDehnung ϕ2

Deh

nung

ϕ1



Flie

sssp

annu

ng k

f[N/m

m²]

Grenzformänderung Fliesskurve



Mapping Daten unterschiedlicher Umformverfahren

True Strain ϕ [-]

Stre

ss [M

Pa]

Tiefziehen


Hydroforming


Umformtechnologie für den MittelstandPotential und Anforderung


Umformgrenzen

Rückfederung


Umformtechnologie für den MittelstandRückfederung

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



Bestimmung der Rückfederung

Rückfederung



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



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 =

Zugkraft NH-Kraft

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


Umformtechnologie für den MittelstandAnforderungen 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

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