Umformtechnik

FU_BE 1Anforderungen aus der Automobilindustrie

Umformtechnologie fr den Mittelstand

Lehrstuhl fr Fertigungstechnik und Lehrstuhl fr 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

bersicht

Potential und Anforderung neuer Werkstoffe

Aufgaben fr die Umformtechnik

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



Anforderungen Automobilindustrie: Erfllung der Sicherheitsanforderungen

( New Car Assessment Program ) Erheblich verringerter Kraftstoffverbrauch Verbesserte Umweltvertrglichkeit Kostengnstige Groserien-Produktion

Anforderungen der Automobilindustrie

Trend zum LEICHTBAU


Umformtechnologie fr 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 fr den MittelstandBeispiele fr Leichtbaukonzepte

Quelle:ULSAB Report

Ultra Light Steel Auto Body



Ultra Light Steel Auto Body Advanced Vehicle Concept

Beispiele fr Leichtbaukonzepte



New Steel Body

Beispiele fr Leichtbaukonzepte

Total 77 kg or24% weightreduction

Quelle: NSB, ThyssenKrupp Stahl



Der Einsatz geschlossener Profile in der Karosserie fhrtzu einer signifikanten Steifigkeitsverbesserung.

Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung komplexer geschlossenerProfile ist die IHU-Technologie.

ber der Profillnge lassen sich unterschiedliche Querschnittsformen realisieren.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von offenen und geschlossenen Profilen ist das Rollprofilieren.

Kennzeichnend fr das Rollprofilieren ist die partielle Umformung in einem kontinuierlichen Prozess.

Bei der Integration der Profile in eine Karosserie spielt die Wahl der richtigen Fgetechnik eine entscheidende Rolle.

Fertigungstechnologien fr den Stahl-Spaceframe

Tendenzen aus Leichtbaukonzepten



S

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-

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l

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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

e

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f



BMW E60, Quelle: ATZ/MTZ extra August 2003 D 58922

BMW 5er Serie Strukturaufbau mit hochfesten Sthlen fr sicherheitsrelevante Karosserieteile

Trotz Zunahme von Kunststoff-, Aluminium- und Magnesiumkomponenten hat der Pkw Leichtbau die Entwicklung von hher- und hochfesten Sthlen forciert

Anwendung in der SerieW

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Aluminium Beplankungsteile


Materialien im Karosseriebereich des neuen 5er BMW

Ein ausgeprgter Materialmixist Kennzeichen neuer Pkw -Strukturen

W

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Produktionsprozesse

P

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Umformtechnologie fr den MittelstandAnforderungen der Automobilindustrie

Tendenzen - Forderungen

Tendenz zum Materialmix in Pkw-Strukturen

Einsatz hochfester Materialien in komplexen Geometrien

Einsatz geschlossener Profile

unterschiedliche Umformtechnologien


Umformtechnologie fr den MittelstandMethoden



Festigkeitskenn-werte aus dem Zugversuch

Annahme:Wandstrke

und Festigkeit

ber 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]

B

r

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c

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[

%

]

Weiche Tiefziehgten

Martensitische SthleTRIP-SthleDP-/MP-Sthle

CMnHherfeste mikrolegierte Sthle

BH-Sthle

Hherfeste IF-Sthle

IF-Sthle

Isotrope Sthle

LSS< 210 MPa

UHSS> 550 MPa

HSS210 - 550 MPa


Neue hochfeste Materialien - Potential und Anforderung


Umformtechnologie fr 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 S

t

r

e

s

s

[

N

/

M

p

a

]

Vergleichsdehnung Dehnung 2

D

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1



F

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[

N

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m

m

]

Grenzformnderung Fliesskurve



Mapping Daten unterschiedlicher Umformverfahren

True Strain [-]

S

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s

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[

M

P

a

]

Tiefziehen


Hydroforming


Umformtechnologie fr den MittelstandPotential und Anforderung


Umformgrenzen

Rckfederung


Umformtechnologie fr den MittelstandRckfederung

Bestimmung der Rckfederung

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

S

t

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s

s

[

N

/

M

p

a

]

Umformung

Rckfederung DP600

Rckfederung St14

Rckfederung AlMgSi05

Werkstoff Biegwinkel Biegeradius Blechdicke Rckfederung[] [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 Rckfederung

Rckfederung



Kompensation der Rckfederung

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 Rckfederung durch berlagerte Zugkraft

Verlagerung Dehnungspfad in Richtung Grenzform-nderungskurve

Erhhung der Ziehkraft

Rckfederung



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 Wandstrke 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 fr den MittelstandAnforderungen der Automobilindustrie

Tendenzen - Forderungen

Hochfeste Materialien mit hoher Kaltverfestigung und sehr niedriger Gleichmadehnung

Simulation unabdingbar

Komplexe Beschreibung des Umformvorganges undVorhersage der Machbarkeit

Hochfeste Materialien mit hoher Rckfederungsrate

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