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EFB-Forschungsbericht Nr. 209

Temperierte Umformung von Blechen aus Magnesiumknetlegierungen mittels Hochdruckblech­umformung (HBU)

efb209

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Reimund Neugebauer, Dipl.-Ing. Michael Seifert, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik, Prof. Dr.-Ing. Eckart Doege, Dipl.-Ing. Oliver Vogt, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Universität Hannover

139 Seiten (sw 104, teils farbige Abb., 12 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-165-9

Preis (Digital) EUR 82,00

Preis (Print) EUR 92,00

Zusammenfassung

Zunächst wurden umfangreiche Untersuchungen an drei verschiedenen Magnesiumlegierungen MgAl3Zn1 (AZ31B), MgAl4Zn1 (MA2-1) und MgAl4Zn1 (MA2-1 HP) sowie an einer Aluminiumlegierung AlMg4,5Mn0,4 (AA5182) als Referenz durchgeführt. Diese Untersuchungen umfassten für die oben genannten Werkstoffe temperierte Zugversuche in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis T = 225 °C.

Weiterhin wurden temperierte Streckziehversuche sowohl mit einem konventionellem Werkzeug als auch mittels einer temperierten hydraulischen Tiefung realisiert. Diese Streckziehversuche wurden ebenfalls in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis T = 250 °C durchgeführt.

Ein weiterer Schwerpunkt des Forschungsvorhabens lag am IFUM in der Konstruktion und Fertigung eines Werkzeugs zur temperierten Vorformung Demonstratorbauteils. Dieses Werkzeug wurde benötigt, da das temperierte Vorformen mit dem am IWU Chemnitz eingesetzten Werkzeug zur temperierten Innenhochdruckumformung (T-IHU) auf Grund dessen kompakter Bauweise nicht realisierbar war.

Weiterhin wurde das Anforderungsbild an temperierte Innenhochdruck-Blechumform­prozesse mit flüssigen Wirkmedien dargestellt. Es wurde der Nachweis der Leistungs- und Funktionsfähigkeit der Temperierungsanlage mit einem integrierten temperierten Druckübersetzer in Verbindung mit einer IHU- Presse erbracht. Die Funktionalität des entwickelten T-IHB-Werkzeuges wurde nachgewiesen. Die technische Beherrschbarkeit der T-IHB-Umformung konnte anhand eines Demonstratorbauteils (Motorhaubeninnenteil) mit den oben genannten Werkstoffen gezeigt werden. Die erforderlichen Prozessparameter wurden determiniert und dargestellt.

Die Bauteilqualität des Demonstratorbauteils nach der T-IHB-Umformung wurde anhand der Wanddicken- und Formänderungsverläufe, der Werkstoffeigenschafts- und Gefügeveränderungen, der Maß- und Formabweichungen und der Oberflächen­topografieveränderungen dargestellt und charakterisiert. In diesem Zusammenhang wurde der weiche Tiefziehstahl DC04 (ST14) in die Untersuchungen aufgenommen.

Schließlich wurden Praxisrichtlinien für potenzielle Anwender dieses Verfahrens erarbeitet und die Forschungsergebnisse in einem Abschlussbericht zusammengefasst.

Das Forschungsvorhaben „Temperierte Umformung von Blechen aus Magnesiumknetlegierungen mittels Hochdruckblechumformung (HBU)“ wurde unter der Fördernummer AiF 12917BG von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 209 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.

Inhalt

Verzeichnis der Formelzeichen und Abkürzungen
1 Einleitung
2 Problemstellung
3 Ziel des Forschungsvorhabens
4 Stand der Technik
4.1 Leichtbaupotenzial von Magnesiumknetlegierungen
4.2 Temperierte Magnesiumblechumformung
4.2.1 Magnesiumblechumformung mittels temperiertem Streck- und Tiefziehen
4.2.2 Magnesiumblechumformung mittels temperierter Innenhochdruck-Blechumformung (T-IHB)
5 Untersuchung der Werkstoffeigenschaften
5.1 Werkstoffauswahl
5.2 Temperierte Zugversuche
5.3 Ermittlung der Streckzieheigenschaften mittels des temperierten hydraulischen Tiefungsversuchs
5.4 Ermittlung der Streckzieheigenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur
6 Erarbeitung eines Anforderungsprofils für die temperierte Innenhochdruck-Blechumformung von Magnesiumknetlegierungen
7 Konstruktion, Bau und Optimierung eines Vorformwerkzeugs für die temperierte Umformung des Demonstratorbauteils
8 Entwicklung, Bau und Optimierung einer Temperierungsanlage mit integriertem temperierten Druckübersetzer in Verbindung mit einer IHU-Anlage
8.1 Konzeptfindung, Berechnungen
8.2 Auswahl eines geeigneten flüssigen Druckmediums
8.3 Anlagenrealisierung und Optimierung, Zusatzaggregate
9 Konstruktion, Realisierung und Optimierung eines temperierten Innenhochdruck-Blechumformwerkzeugs für das T-IHB des Demonstratorbauteils
9.1 Bauteilauslegung und FEM- Simulation des T-IHB-Prozesses
9.2 Werkzeugauslegung, Aufbau und Realisierung des T-IHB-Werkzeuges
10 Technologische Untersuchungen am Demonstratorbauteil
10.1 Ermittlung von Verfahrensparametern, Untersuchungen zur Umformbarkeit und Herstellung von temperiert vorgeformten Motorhaubeninnenteilen
10.2 Ermittlung der Verfahrensparametern, Untersuchungen zur Umformbarkeit und Herstellung von temperiert IHB-umgeformten Motorhaubeninnenteilen
11 Untersuchungen der Bauteilqualität
11.1 Bauteilqualität des temperiert vorgeformten Motorhaubeninnenteils
11.2 Bauteilqualität des temperiert IHB-umgeformten Motorhaubeninnenteils
11.2.1 Bauteilversagensgrenzen
11.2.2 Wanddickenverläufe an ausgewählten Schnitten und Vergleich mit den FE-Simulationsergebnissen des T-IHB-Prozesses
11.2.3 Bauteilgenauigkeit, Rückfederungsverhalten
11.2.4 Formänderungsverläufe an ausgewählten Schnitten
11.2.5 Veränderung der mechanischen Eigenschaften nach dem T-IHB
11.2.6 Gefügeuntersuchungen des Ausgangsbleches und nach der T-IHB- Umformung
11.2.7 Chemische Zusammensetzung der Magnesiumbleche
11.2.8 Oberflächenqualität vor und nach der T-IHB-Umformung
11.2.9 REM- Aufnahmen der Oberfläche des Demonstratorbauteils
12 Erarbeitung von Praxisrichtlinien
13 Zusammenfassung und Ausblick
13.1 Ergebnisse zum Vorformen mittels temperierten Tiefziehens
13.2 Ergebnisse zum temperierten IHB
14 Literaturverzeichnis
15 Anhang
15.1 Bilder
15.2 Tabellen