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Umformen in der Automobilbranche. Untersuchung des Formhärtens sowie Vor- und Nachteile des Verfahrens

Ausarbeitung 2014 14 Seiten

Ingenieurwissenschaften - Fahrzeugtechnik

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Formhärten
2.1. Das Verfahren
2.2. Das Werkzeug
2.3. Verwendeter Werkstoff
2.4. Einsatz im Automobilbau
2.5. Vorteile
2.6. Nachteile
2.7. Weiterentwicklungen
2.7.1. Gradierte Eigenschaften - „Tailored Tempering“
2.7.2. Pressure Controlled Hardening

3. Das wichtigste in Kürze: Formhärten (Warmumformung) von Karosserieteilen

4. Zusammenfassung

5. Quellenverzeichnis

6. Abbildungsverzeichnis

Kurzfassung

Die vorliegende Arbeit behandelt das Umformen von hoch- und höchstfesten Blechen im Automobilbau. Dabei wird das Thema des Formhärtens aufgegriffen, das im Laufe der letzten Jahre zunehmend an Bedeutung gewonnen hat. Das kommt daher, dass man versucht Gewicht einzusparen ohne sicherheitstechnische Aspekte zu vernachlässigen. Außerdem sollten das Verfahren und die verwendeten Materialen möglichst kostengünstig sein, da die Stückzahlen im Automobilbau sehr hoch sind. Ein Verfahren, mit dem diese Aspekte in Hinblick auf die Blechumformung größtenteils eingehalten werden können, ist das Formhärten. เท diesem Bericht wird deshalb auf dieses Verfahren, die Materialen und den daraus folgenden Nutzen genauer eingegangen.

Abstract

This technical report deals with the forming of high strength laminations in the automotive engineering but especially the subject form hardening, which has became more and more importance in the last years. Form hardening is very important, because you can reduce weight without disregard the safety issues. Furthermore the procedure and the material has to be value for money as possible. That’s why there are a lot of numbers of items in the automotive engineering. This paper shows the procedure of form hardening and also the materials and the benefit of it.

1. Einleitung

Mobilität ist mittlerweile ein Grundbedürfnis der Menschheit. Schon in der Bronzezeit konnten die Menschen die Mobilität für sich nutzen und bauten verschiedene Gehängevorrichtungen um verschiedene Tiere als Transportmittel zu nutzen. Durch die wachsende Weltbevölkerung und den somit steigenden Wohlstand entsteht ein kontinuierlich steigender Bedarf an mehr Mobilitätsleistungen. เท der heutigen Zeit sollten Fahrzeuge verschiedener Ansprüche und Aspekte erfüllen, die gleichzeitig neue und spannende Fertigungsverfahren mit sich bringen.

Im Rahmen dieses Berichtes soll auf das Umformen von hoch- und höchstfesten Blechen im Automobilbau eingegangen werden. Dabei wird das Thema des Formhärtens aufgegriffen, das im Laufe der letzten Jahre zunehmend an Bedeutung gewonnen hat. Das kommt einerseits von den zunehmend wichtigeren Anforderungen an den Umweltschutz, andererseits jedoch auch von den steigenden Sicherheitsansprüchen und den Entwicklungen, die den Komfort beim Autofahren verbessern. Das Problem dabei ist, dass sich in Bezug auf ein umweltfreundlicheres Fahren, das zugleich sicherer und komfortabler sein sollte, die Argumente widersprechen. Neben der Verbesserung der Antriebstechnik im Automobilbau wurde nach Möglichkeiten gesucht, Gewicht einzusparen ohne sicherheitstechnische Aspekte zu vernachlässigen. Außerdem sollten das Verfahren und die verwendeten Materialen möglichst kostengünstig sein, da die Stückzahlen im Automobilbau sehr hoch sind. Ein Verfahren, mit dem diese Aspekte in Hinblick auf die Blechumformung größtenteils eingehalten werden können, ist das Formhärten. เท diesem Bericht wird deshalb auf dieses Verfahren, die Materialen und den daraus folgenden Nutzen genauer eingegangen.

2. Formhärten

2.1. Das Verfahren

Die Prozesskette (siehe Abbildung 1) beim Formhärten beginnt mit dem Zuschneiden der Platinen, die aus einem ทาanganborlegierten Vergütungsstahl bestehen. Nun wird zwischen direktem und indirektem Prozess unterschieden. Bei der indirekten Prozessführung erfolgt zuerst eine Vorumformung, welche bei der direkten entfällt. Die Vorumformung ermöglicht einen größeren Umformgrad. Die zugeschnittenen Blechplatinen bzw. vorumgeformten Blechteile werden anschließend auf die Austenitisierungstemperatur von 950°c in einem Ofen erwärmt. Dazu wird meist ein Rollenherdofen verwendet, in dem eine Schutzgasatmosphäre herrscht. Mit einem Förder- oder Handlingsystem werden die erwärmten Platinen innerhalb weniger Sekunden an den darauf folgenden Prozessschritt des Formhärtens (auch Presshärten genannt) übergeben. Dabei werden die Platinen mit einem gekühlten Werkzeug umgeformt. Die Kräfte der eingesetzten hydraulischen Pressen liegen zwischen 8.000 und 16.000 kN. Für die Umwandlung zu einem ทาartensitischen Gefüge ist eine Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 27 к/s erforderlich. Nach der Umformung sind die Werkstücke noch zwischen 100 und 200°c warm. Diese direkte Prozesskette ist vor allem auch für die serienmäßige Fertigung im Automobilbau geeignet, da sie gutautomatisierbar ist. Der abschließende Prozessschritt besteht meist aus einer Laserbearbeitung oder mechanischem Schneiden und Stanzen.[1]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Schematische Darstellung einer direkten Prozesskette

2.2. Das Werkzeug

Für das eigentliche Formhärten, bei dem die erwärmten Bleche von einem gekühlten Werkzeug umgeformt werden, ist es wichtig ein Kühlsystem zu installieren, das die geforderte Abkühlgeschwindigkeit mit einer genügend großen Prozesssicherheit garantiert. Das Fraunhofer-Institut entwickelte verschiedene Konzepte, damit das Werkzeug diesen Punkten gerecht wird. Bei einem dieser Konzepte bestehen die Matrize und der Stempel aus Sphäroguss (EN-GJS-700). Dabei sind die Kühlkanäle in der Matrize direkt eingegossen und im Stempel befinden sich eingegossene Edelstahlkanäle. Alle Kühlkanäle können einzeln angesteuert werden, um die Kühlung besser zu steuern und eine homogene Kühlung durch das Gegenstromprinzip zu gewährleisten.[2]

2.3. Verwendeter Werkstoff

Der am häufigsten verwendete Stahl ist, wie bereits oben erwähnt, ein kaltgewalzter ทาanganborlegierter Vergütungsstahl. Wegen seiner guten Eigenschaften wird daher der Vergütungsstahl 22MnB5 (1.5528) beim Formhärten eingesetzt. Die Stahlsorte 22MnB5, 24MnB5 und 26MnB5 gehören in Anlehnung an die DIN EN 10083, Teil 3 zu den borlegierten Vergütungsstählen. Diese Güten zeichnen sich besonders durch ihre Umformbarkeit im warmgewalzten Zustand und ihre hohe Festigkeit nach der Wärmebehandlung aus. Die Festigkeitseigenschaften werden hierbei neben dem Kohlenstoff und Mangan besonders durch den geringen Anteil an Bor erreicht. Auf Grund seines Kohlenstoffgehaltes ist dieser Stahl zum Härten geeignet. Das Legierungselement Bor steigert die Härtbarkeit, da es die Umwandlung in weichere Gefügearten wie Ferrit, Perlit oder Bainit verzögert. Vor Beginn des Prozesses besitzt der Stahl ein ferritisch-perlitisches Gefüge mit einer Zugfestigkeit Rm von 500 bis 700 N/mm2 und einer Bruchdehnung von ca. 10%. Nach dem Prozess hat der Werkstoff eine Bruchfestigkeit von 1000 bis 1900 N/mm2 und eine Bruchdehnung von ca. 5%.[3]

2.4. Einsatz inา Automobilbau

Formgehärtete Bauteile werden in vielen Komponenten des Autos eingesetzt. Die B-Säule eines Autos wird nahezu von allen Automobilherstellern mit diesem Verfahren hergestellt. Weitere Einsatzbereiche sind zudem sicherheitsrelevante und tragende Karosserieteile wie zum Beispiel Säulenverstärkungen, Seitenaufprallschutz sowie Längs- und Querträger. Außerdem Fahrwerkskomponenten wie Sitzstrukturen, überrollbügel und Aufprallträger. เท Abbildung 2 werden einige dieser Bauteile am Automobil rot dargestellt[4].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Anwendungsübersicht in einem Automobil

Der zunehmende T rend zum Leichtbau in der Automobilindustrie zeigt sich auch in den Prognosen der Anlagenhersteller. So rechnet Z. B. der Pressenhersteller Schuler mit einem steilen Anstieg beim Bedarf von formgehärteten Teilen (siehe Abbildung 3).

2.5. Vorteile

Das Formhärten bietet im Vergleich zu der Kaltumformung von Blechen einige Vorteile. Durch die höheren Festigkeitswerte können Bauteile mit weniger Materialeinsatz bei gleichem oder besserem Festigkeitsverhalten realisiert werden, da durch die gesteigerte Festigkeit geringere Materialdicken nötig sind. Dies führt zu einem niedrigeren Gesamtgewicht im Karosseriebau. Zudem können Stähle verwendet werden, die günstiger als die kaltumgeformten hochfesten Stähle sind, was Kostenersparnis bringt. Des Weiteren können Kosten gespart werden, da bei der Warmumformung niedrigere Presskräfte nötig sind und sich somit der Energieeinsatz verringert. Ein technologischer Aspekt ist, dass bei formgehärteten Bauteilen nahezu keine Auffederung stattfindet. Folglich ist der Prozess besser beherrschbar und die Wiederholgenauigkeit steigt. Da beim Formhärten höhere Umformgrade möglich sind, ergeben sich außerdem neue Möglichkeiten im Bauteildesign. Der Vorteil dieses Verfahrens ist also, mit einem reduzierten Einsatz an Material und somit verringertem Gewicht die gleiche oder sogar eine höhere Festigkeit von Formblechteilen zu erreichen, als dies mit simplen Umformtechniken möglich wäre.[5]

[...]


[1] Vgl. Albert u.a. 2013 ร. 30-33; Vgl Kuhn; Aspacher 2013, 0.ร.

[2] Vgl. Albertu.a. 2013 ร. 30-33

[3] Vgl. Kuhn 2007, O.S.; Vgl. Kämpfer 2014, 0.ร.; Vgl. Jüttneru.a. 2012, ร. 69-72

[4] Vgl. Albert u.a. 2013, ร. 30-33

[5] Vgl. Krust 2013, ร. 4-9

Details

Seiten
14
Jahr
2014
ISBN (eBook)
9783668468290
ISBN (Buch)
9783668468306
Dateigröße
645 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v367642
Note
Schlagworte
Formhärten Umformen Automobil Auto Industire Umweltschutz

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