Technologie

Alu-Stahl-Hybride effizienter formen

28.06.2019 - Neues Verfahren verbessert Umformbarkeit von Aluminium-Bauteilen im Karosseriebau.

Bei der Herstellung von Fahrzeug­karossen werden vor allem Materialien verwendet, die möglichst leicht, hochfest, gleichzeitig aber zäh sind. Aluminium, höchstfeste Stähle sowie ins­besondere Alu-Stahl-Hybride gelten in diesem Zusammenhang nach wie vor als idealer Kompromiss gewünschter Materialeigenschaften bei guter Kosten-Nutzen-Balance. Eine bereits etablierte Möglichkeit das Gewicht moderner Fahrzeug­karosserien zu senken besteht darin „Tailor Welded Blanks“ einzu­setzen. Dies sind Blechplatinen bei denen entsprechend der späteren Beanspruchung Blech­zuschnitte mit unterschiedlichen Dicken oder Werkstoff­eigenschaften zunächst im flachen Zustand verschweißt und anschließend mittels Umformen und Tiefziehen zu leichtbau­optimierten Bauteilen weiterverarbeitet werden.

Was bei Stahlplatinen kein Problem ist, kann bei Aluplatinen problematisch werden: Die Schweißnaht hat eine geringere Festigkeit als der umgebende Werkstoff, da Aluminium durch das Schweißen lokal an Festig­keit verliert. Das bedeutet, dass die Schweißnaht beim Umformen oder Tiefziehen reißt. An der Material­­prüfungsanstalt (MPA) der Universität Stuttgart wurde nun ein Verfahren entwickelt, dass die Umformbarkeit von Taylor Welded Blanks (TWB) aus Aluminium erheblich verbessert. Das in der Abteilung Fügetechnik und Additive Fertigung unter Leitung von Martin Werz entwickelte Verfahren integriert eine Wärme­behandlung in den Fertigungs­prozess. 

Der Clou ist hierbei, dass die neu entwickelte Wärme­behandlungs­strategie bereits den Schweißprozess als lokales Lösungsglühen in den Prozessablauf mit einbezieht. Durch eine gezielt getaktete Wärme­behandlung direkt nach dem Schweißen ermöglicht das neue Verfahren einen bisher uner­reichten Umformgrad und damit eine prozess­sichere Integration von Tailor Welded Blanks aus Aluminium. Ein weiterer Vorteil ist der, dass das neue Verfahren auch auf hybride Tailor Welded Blanks aus Aluminium und Stahl angewendet werden kann. Durch Einsparung des Prozess­schrittes Lösungsglühen können überdies sowohl der Energie­einsatz als auch die Fertigungs­kosten erheblich reduziert werden.

Das Verfahren besteht aus zwei Schritten, die problemlos in den Fertigungs­prozess integriert werden können. Im ersten Schritt wird das lokale Lösungsglühen während des Schweiß­prozesses bei der Herstellung der TWBs genutzt, um in einer anschließenden Nieder­temperatur-Warm­auslagerung lediglich die Festigkeit der Schweißnaht vor dem Kaltumformen gezielt zu erhöhen und damit eine Dehnungslokalisation zu vermeiden. Die zweite Warmaus­lagerung erfolgt nach der Umformung während des Lack­einbrennens und erhöht die Festigkeit des gesamten Bauteils inkl. Schweißnaht bis zum Erreichen der Gebrauchs­eigenschaften.  

Das Verfahren erlaubt ganz neue Einsatz­gebiete und den prozesssicheren Einsatz von Al-TWB sowie Al-Stahl-TWB. Einer der Erfinder, Martin Werz, ist Spezialist für das Fügen von unterschiedlichen Materialien insbesondere durch Rührreib­schweißen. Werz hält in diesem Bereich mehr als zwanzig Patente. Das neue Verfahren der besseren Umform­barkeit ergänzt die zahlreichen Innovationen des Schweiß-Spezialisten Werz in der Blech­bearbeitung um das wesentliche Element der besseren Umform­möglichkeiten. Die Eignung des Verfahrens ist bereits in Zugversuchen mit entsprechend behandelten Schweiß­nähten demonstriert worden. Die Erfindung wurde in Deutschland und den USA zum Patent angemeldet.

TLB / JOL

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