Mehrstufige Umformung hochfester Aluminiumlegierungen

Günzel, Janosch (2023)
Mehrstufige Umformung hochfester Aluminiumlegierungen.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00026361
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/26361

Kurzbeschreibung (Abstract)

Aktuelle energetische und regulatorische Entwicklungen führen zu Leichtbaubestrebungen im Mobilitätssektor, wie der stetig steigende Aluminiumanteil im Automobil zeigt. Hinzu kommt der Trend zu höherfesten Legierungen wie den hier betrachteten EN AW-6082 und -7075, die ein hohes Leichtbaupotenzial aufweisen, aber im hochfesten T6-Zustand nur begrenzt kaltumformbar sind, weshalb temperaturunterstützte Prozessrouten mit einer Umformung nach Erwärmung oder einer vorherigen Wärmebehandlung eingesetzt werden. Deren grundlegende Phänomene wurden bereits in zahlreichen Forschungsprojekten an einstufigen Prozessen untersucht, sind aber nicht ohne weiteres auf mehrstufige Umformprozesse, wie sie für die Herstellung komplexer Bauteile erforderlich sind, übertragbar. Ziel dieser Arbeit ist daher die systematische Analyse material- und prozessspezifischer Charakteristika zur Entwicklung und Realisierung einer Gesamtprozesskette zur mehrstufigen Umformung der Aluminiumlegierungen EN AW-6082 und -7075 unter Wahrung der hochfesten T6-Eigenschaften im Endbauteil. Hierzu werden mittels experimenteller und numerischer Untersuchungen die Prozessgrenzen und Einflussparameter der vierstufigen Stadienfolge (Tiefziehen, Scherschneiden, Kragenziehen und Stauchen) für die einzelnen Prozessrouten ermittelt. Die unterschiedlichen Prozessanforderungen zeigen die Notwendigkeit einer speziellen Temperaturführung, für deren Realisierung ein vierstufiges Transferwerkzeug mit temperierbaren Aktivteilen entwickelt wurde. Das Versuchswerkzeug ermöglicht eine Inline-Temperierung des Bauteils, sodass neben der thermischen Charakterisierung zur Ermittlung des Aufheiz- und Abkühlverhaltens von Blech und Werkzeug auch die Wechselwirkungen mit den mechanischen Eigenschaften und geometrischen Ausprägungen der jeweiligen Umformstufe betrachtet werden. Basierend auf diesen prozesstechnischen Erkenntnissen, aber auch allgemeineren Untersuchungen zum Verfestigungsverhalten und möglichen Wärmenachbehandlungen wird eine anfängliche Kaltumformung (vorkonditionierter Halbzeuge) mit anschließender Inline-Erwärmung in Stufe 2 und abschließender Wärmenachbehandlung als robusteste und ökonomisch wie ökologisch sinnvollste Prozessroute identifiziert. Damit wird die Machbarkeit einer mehrstufigen Umformung für beide Legierungen im Labormaßstab nachgewiesen.

Typ des Eintrags:

Dissertation

Erschienen:

2023

Autor(en):

Günzel, Janosch

Art des Eintrags:

Erstveröffentlichung

Titel:

Mehrstufige Umformung hochfester Aluminiumlegierungen

Sprache:

Deutsch

Referenten:

Groche, Prof. Dr. Peter ; Liewald, Prof. Dr. Mathias

Publikationsjahr:

27 November 2023

Ort:

Darmstadt

Kollation:

XII, 193 Seiten

Datum der mündlichen Prüfung:

31 Oktober 2023

DOI:

10.26083/tuprints-00026361

URL / URN:

https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/26361

Kurzbeschreibung (Abstract):

Alternatives oder übersetztes Abstract:

Alternatives Abstract

Sprache

Current energy and regulatory developments are leading to lightweight construction efforts in the mobility sector, as evidenced by the steadily increasing proportion of aluminium in automobiles. In addition, there is a trend towards higher-strength alloys such as EN AW-6082 and -7075 considered here, which have a high potential for lightweight construction, but can only be cold-formed to a limited extent in the high-strength T6 state, which is why temperature-assisted process routes with forming after heating or prior heat treatment are used. Their fundamental phenomena have already been investigated in numerous research projects on single-stage processes, but are not readily transferable to multi-stage forming processes as required for the production of complex components. The aim of this work is therefore the systematic analysis of material- and process-specific characteristics for the development and realisation of an overall process chain for the multi-stage forming of the aluminium alloys EN AW-6082 and -7075 while maintaining the high-strength T6 properties in the final component. For this purpose, the process limits and influencing parameters of the four-stage sequence of stages (deep drawing, blanking, collar drawing and upsetting) are determined for the individual process routes by means of experimental and numerical investigations. The different process requirements show the necessity of a special temperature control, for the realisation of which a four-stage transfer tool with temperature-controlled active parts was developed. The testing tool enables inline tempering of the component, so that in addition to the thermal characterisation for determining the heating and cooling behaviour of the sheet metal and tool, the interactions with the mechanical properties and geometric characteristics of the respective forming stage are also considered. Based on these process-technical findings, but also on more general investigations into the hardening behaviour and possible subsequent heat treatments, an initial cold forming (of preconditioned semi-finished products) with subsequent inline heating in stage 2 and final heat treatment is identified as the most robust as well as economically and ecologically sensible process route. This demonstrates the feasibility of multi-stage forming for both alloys on a laboratory scale.

Englisch

Status:

Verlagsversion

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-263613

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC):

600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau

Fachbereich(e)/-gebiet(e):

16 Fachbereich Maschinenbau
16 Fachbereich Maschinenbau > Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen (PtU)
16 Fachbereich Maschinenbau > Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen (PtU) > Forschungsabteilung Prozessketten und Anlagen

Hinterlegungsdatum:

27 Nov 2023 13:02

Letzte Änderung:

28 Nov 2023 13:17

PPN:

Referenten:

Groche, Prof. Dr. Peter ; Liewald, Prof. Dr. Mathias

Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung:

31 Oktober 2023

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