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EFB-Forschungsbericht Nr. 310

Superplastische hydromechanische Blechumformung

EFB310.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Mathias Liewald MBA, Dr.-Ing. Stefan Wagner, Dipl.-Ing. Jens Kappes, Dipl.-Ing. Christian Bolay, Institut für Umformtechnik (IFU) der Universität Stuttgart

98 Seiten (sw. 92, teils farbige Abb.)

ISBN: 978-3-86776-346-2

Preis (Digital) EUR 61,00

Preis (Print) EUR 69,00

Zusammenfassung

Innerhalb dieses Forschungsprojekts wurde die Verfahrenskombination zwischen einer superplastischen Vorform und einer anschließenden Hydroumformung erforscht.
Folgende Arbeiten wurden in diesem Rahmen durchgeführt:

  • Die relevanten Werkstoffkennwerte sowie Prozessgrenzen (mit einem eigens konstruierten pneumatischen Warmtiefungsversuch) wurden ermittelt.
  • FEM-Smulationen bezüglich der Bauteilauslegung und Bestimmung des Übergangs von der superplastischen Umformung zur Kaltweiterumformung durch hydraulisches Tiefen wurden durchgeführt.
  • Werkzeuge wurden gefertigt und die Bauteilgeometrie wurde mit dieser Verfahrenskombination erfolgreich umgeformt.

Im Vergleich zu konventionellen Verfahren ergeben sich neue Möglichkeiten

  • Bei der Fertigung von Bauteilen, die bei Raumtemperatur nicht herstellbar sind.
  • Durch eine Verkürzung der Gesamtumformzeit der rein superplastisch hergestellten Bauteile bei gleichzeitig eingebrachter Kaltverfestigung.
  • Durch eine Bauteilkalibrierung bei Raumtemperatur von superplastisch gefertigten Bauteilen, wodurch einem Wärmeverzug entgegengewirkt wird.
  • Indem eine verhältnismäßig günstige Werkzeugtechnik für kleinere Stückzahlen aufgezeigt wird (modularer Aufbau).
  • Denn es ist lediglich eine Zuhaltevorrichtung mit vergleichsweise geringen Kräften erforderlich.

Mit der umgesetzten Verfahrenskombination konnten die Vorteile der superplastischen Blechumformung mit einem anschließenden hydraulischen Tiefen erfolgreich kombiniert werden.

Anwendungsmöglichkeiten superplastisch hergestellte Bauteile aus Aluminiumblech bestehen vor allem für kleine Stückzahlen in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, zum Beispiel werden derzeit 40 aktuell gefertigte Flugzeuge und 20 aktuell gefertigte Automobile (in Serie) mit solchen Bauteilen ausgestattet.

Das Forschungsvorhaben „Superplastische hydromechanische Blechumformung“ wurde unter der Fördernummer AiF 14973 N1 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. 310 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Superplastische Blechumformung
2.2 Hydraulisches Tiefen
3 Formuliertes Forschungsziel und der dazu erforderliche Lösungsweg
4 Warmzugversuche zur Ermittlung der relevanten Werkstoff- bzw. Prozesskennwerte
5 Konstruktion und Aufbau eines neuen Werkzeugs für pneumatische Warmtiefungsversuche
5.1 Formänderungsanalyse mittels des optischen Messsystems AutoGrid®
5.1.1 Verschiedene Verfahren zur Aufbringung von Messrastern für die Formänderungsanalyse
5.1.2 Auswahl eines geeigneten Verfahrens zur Aufbringung eines Messrasters
5.1.3 Formänderungsanalyse mittels AutoGrid®
5.1.4 Probenvorbereitung
6 FEM-Simulationen bezüglich der Bauteilauslegung und Bestimmung des optimalen Übergangs von der superplastischen Umformung zur Kaltweiterumformung durch hydraulisches Tiefen
7 Konstruktion und Aufbau der Werkzeuge zur Herstellung der festgelegten Bauteilgeometrie mittels Verfahrenskombination (superplastisch Vorformen, hydraulisch Kalibrieren)
8 Durchführung von pneumatischen Warmtiefungsversuchen
8.1 Ergebnisse der pneumatischen Warmtiefungsversuche
8.1.1 Warmtiefungsversuche mit runder Matrize (A)
8.1.2 Warmtiefungsversuche mit elliptischer Matrize (B)
8.1.3 Warmtiefungsversuche mit elliptischer Matrize (C)
8.1.4 Warmtiefungsversuche mit elliptischer Matrize (D)
8.1.5 Grenzformänderungsdiagramm der Aluminiumlegierung AA5083
8.2 Optimierung des Druckprofils hinsichtlich konstanter log. Hauptformänderungsgeschwindigkeiten
8.3 Warmtiefungsversuche mit Gegendruck und zugehöriger Porenanalyse
8.3.1 Warmtiefungsversuche mit runder Matrize und Gegendruck
8.3.2 Porenanalyse pneumatisch getiefter Aluminiumbleche (AA5083)
9 Herstellung des Demonstratorbauteils
9.1 Ausschließlich superplastische Herstellung des Demonstratorbauteils
9.2 Herstellung superplastischer Vorformen
9.3 Herstellung des Demonstratorteils mittels der Verfahrenskombination
10 Zusammenfassung der Ergebnisse
11 Wirtschaftliche Bedeutung des Forschungsthemas für kleine und mittlere Unternehmen (kmU)
12 Beabsichtigte Umsetzung der Forschungsergebnisse
13 Literatur
Anhang