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EFB-Forschungsbericht Nr. 073

Werkzeuge für geschweißte Platinen unterschiedlicher Blechdicke und Güte

efb73

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Klaus Siegert, Dipl.-Ing. Edgar Knabe, Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart

191 Seiten (Sw 133 Abb.)

ISBN: 978-3-86776-022-5

Preis (Digital) EUR 78,00

Preis (Print) EUR 87,70

Schlagwörter: Blechdicke

Zusammenfassung

Im Rahmen dieser Ausführungen wurde das Umformverhalten zusammengeschweißter Platinen untersucht. Um dieses beurteilen zu können, wurden Grundlagenuntersuchungen zur Bestimmung der Werkstoffkennwerte durchgeführt und vereinfachte Grenzformänderungsschaubilder erstellt.

Eingesetzt wurden der Zugversuch, der Flachzugversuch mit behinderter Querkontraktion und der hydraulische Tiefungsversuch. Diese Prüfverfahren wurden ausgewählt, da hierbei kein Einfluß der Reibung gegeben ist.

Zur Ermittlung der Verfahrensgrenzen beim Ziehen von Karosserieteilen wurde ein segmentiertes Versuchswerkzeug konstruiert und gefertigt. Der Niederhalter wurde dabei segmentiert ausgeführt um neben Platinen mit gleicher auch solche mit unterschiedlicher Blechdicke umformen zu können. Für quetschnahtgeschweißte Platinen wurden in die Niederhaltersegmente im Bereich der Schweißnaht definierte Aussparungen eingebracht.

In Abhängigkeit von der Platinengeometrie, der Blechdickenkombination und des Schweißverfahrens wurde für das Ziehwerkzeug der Arbeitsbereich, d. h. die optimale Einstellung der Niederhalterkraft über der Ziehtiefe bestimmt. Durch die Optimierung der Platinengeometrie, der Schmiermittelmenge und der Krafteinleitung konnte die Faltenbildung im Ziehteilflansch wesentlich verringert und insgesamt der Arbeitsbereich für die jeweils eingesetzte Platine vergrößert werden.
Die Untersuchungen zeigten, daß bei Platinen unterschiedlicher Blechdicke der Blechdickensprung maßlieh sehr genau in das Werkzeug eingearbeitet werden muß.

Durch den Einsatz von Platinensegmenten aus unterschiedlichen Chargen, was sich zwangsläufig beim Zusammenschweißen unterschiedlicher Werkstoffe ergibt, können sich ungünstige Paarungen von Blechdickenabweichungen einstellen. Mit einem flexiblen Elastomersegment wurden Untersuchungen durchgeführt, um den auftretenden Blechdickenschwankungen entgegenzuwirken. Während sich bei Platinen aus dem Werkstoff St 1405 gute Ziehergebnisse einstellten, ergab sich beim Umformen mit Platinen aus dem Werkstoff ZStE 340 eine deutliche Faltenbildung im Bereich des flexiblen Niederhaltersegments. Hier reichte die Niederhalterflächenpressung des Elastomersegments nicht aus.

Ferner wurde eine Werkzeugkonstruktion vorgestellt, die es ermöglicht, sowohl Blechdickensprünge als auch Blechdickenschwankungen auszugleichen, ohne Werkzeugkomponenten austauschen zu müssen. Von den Ziehteilen wurden Formänderungsverläufe, Blechkanteneinläufe und Schweißnahtwanderungen aufgenommen. Durch den Einbau von Stickstoff-Federsystemen besteht die Möglichkeit, die erforderlichen, lokal unterschiedlichen Niederhalterkräfte exakt einzustellen.
Insgesamt haben die durchgeführten Untersuchungen gezeigt, daß je nach Schweißverfahren und Blechdickenkombination gewisse Abänderungen am Werkzeug und an der Schweißnaht vorgenommen werden müssen, um ein gutes Ziehergebnis zu erhalten.

Das Forschungsvorhaben „Werkzeuge für geschweißte Platinen unterschiedlicher Blechdicke und Güte“ wurde unter der Fördernummer AiF-Nr.: 8982 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. 73 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

1 Einleitung
2 Stand der Kenntnisse
2.1 Geschichtliche Entwicklung
2.2 Anwendungsbeispiele im Automobilbau
2.3 Vor- und Nachteile der Tailored Blank-Technologie
2.4 Fügefahren zur Herstellung von Tailored Blanks
2.4.1 Das Rollennahtschweißen
2.4.1.1 Geeignete Werkstoffe für das Quetschnahtschweißen
2.4.2 Das Laserstrahlschweißen
2.4.2.1 Geeignete Werkstoffe für das Laserstrahlschweißen
2.5 Gegenüberstellung der beiden Schweißverfahren
3 Zielsetzung und Versuchsplan
4 Eingesetzte Werkstoff-, Blechdickenkombinationen und Schweißverfahren
5 Grundlagenuntersuchungen
5.1 Zugversuch nach DIN-EN 10 002
5.1.1 Flachzugproben mit Schweißnaht quer zur Beanspruchungsrichtung
5.1.1.1 Versuchsergebnisse
5.1.1.2 Grenzfestigkeits- und Grenzdickenverhältnis
5.1.2 Flachzugproben mit Schweißnaht in Beanspruchungsrichtung
5.1.2.1 Versuchsergebnisse
5.1.2.2 Zusammenfassung
5.2 Flachzugversuch mit behinderter Querkontraktion
5.3 Hydraulischer Tiefungsversuch
5.3.1 Versuchsergebnisse
5.3.1.1 Beuldruck und maximale Beulhöhe
5.3.1.2 Bruchform und Bruchlage
6 Grenzformänderungsschaubild
6.1 Einführung
6.2 Versuchsergebnisse
7 Gefügeuntersuchungen im Bereich der Schweißnaht
7.1 Gefüge und Schliffbilder der Werkstoffe und Schweißnahtbereiche
7.2 Gegenüberstellung unterschiedlich nachgeglätteter Quetschnähte
8 Mikrohärteprüfungen im Bereich der Schweißnaht
9 Untersuchungen mit dem segmentierten Versuchswerkzeug
9.1 Problemstellung
9.2 Einfachwirkende Presse mit 10-Punkt-Zieheinrichtung
9.2.1 Kenndaten der Presse
9.3 Segmentiertes Versuchswerkzeug
9.3.1 Technische Daten
9.3.2 Werkzeugwerkstoffe
9.3.3 Aufbau und Funktion
9.4 Platinengeometrie
9.5 Schmierstoff
9.6 Versuchsdurchführung und Ergebnisse
9.6.1 Arbeitsdiagramm
9.6.1.1 Grundwerkstoffe St 1405 und ZStE 340
9.6.1.2 Quetschnahtgeschweißte Platinen
9.6.1.3 Laserstrahlgeschweißte Platinen
9.6.2 Verschleißerscheinungen am Werkzeug
9.6.3 Problembereiche an der Versuchsplatine beim Einsatz unterschiedlicher Blechdicken
9.6.4 Formänderungsanalyse, Blechkanteneinlauf und Schweißnahtwanderung
9.6.5 Nahtausbildung bei Laser- und quetschnahtgeschweißten Platinen
10 Versuchswerkzeug zum Ausgleich von Blechdickenschwankungen
10.1 Technische Daten
10.2 Aufbau und Funktion
10.3 Platinengeometrie
10.4 Versuchsergebnisse
10.5 Zusammenfassung
11 Richtlinien für Tailored Blanks
12 Zusammenfassung
13 Ausblick
14 Literatur
15 Anhang