VorlesenFlexible Wärmebehandlung zur gezielten Gestaltung von Bauteil- eigenschaften und zur Erhöhung der Energieeffizienz der Prozesskette Warmumformen (FlexWB)
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Fördermaßnahme: Ressourceneffizienz in der Produktion: Gezielte Gestaltung von Produkteigenschaften mit effizienten Technologien
Forschungsziel: Hochfeste Stähle werden zunehmend im Leichtbau, z. B. in der Automobilindustrie eingesetzt, weil hiermit aufgrund geringerer Blechstärken eine Gewichtseinsparung erreicht werden kann. Diese Stähle werden vielfach durch Warmumformen (Presshärten) in die Zielgeometrie gebracht. Die hierfür erforderliche Werkstoffvorbehandlung erfolgte bislang durch Ofenerwärmung. Im Verbundvorhaben FlexWB wurde ein neuer werkstoff- und verfahrenstechnischen Ansatz für die Herstellung funktionaler Blechbauteile aus hochfesten Stählen verfolgt. Eine innovative ofenfreie Prozesskette für das Warmumformen von Blechen aus hochfesten Stählen, die die kontrollierte Erzeugung maßgeschneiderter Bauteileigenschaften ermöglicht, wurde entwickelt und erprobt. Neben ihrer Eignung im Leichtbau besitzen hochfeste Stähle auch aus werkstofftechnischer Sicht ein interessantes Potenzial. Durch eine gezielte thermische Vorbehandlung vor der Umformung können unterschiedliche Werkstoffeigenschaften innerhalb einer Platine geschaffen werden. So entstehen Bauteile, die in sich unterschiedliche, maßgeschneiderte Werkstoffeigenschaften - so genannte gradierte Eigenschaften - besitzen. Beispielanwendung im projekt war die B-Säule bei Pkw-Karosserien, die im Mittelbereich eine hohe Festigkeit besitzen muss, an den Übergängen zu Chassis und Dach jedoch eine hohe Duktilität zur Crash-Absorption ausweisen muss.
Ansprechperson Projektkoordination
Prof. Vasily Ploshikhin +49 921 507-36121
vasily.ploshikhin@nmbgmbh.de
Ansprechperson bei PTKA
Dipl.-Ing. Mischa Leistner
+49 721 608-31429
mischa.leistner@kit.edu
Problemstellung
Zentraler Ansatz zum Erreichen der Projektziele war die Integration des Verfahrens der so genannten Kontaktwärmebehandlung in die Warmumformprozesskette. Diese ermöglicht einerseits eine deutlich energieeffizientere Werkstoffvorbehandlung mit signifikanten prozess- und werkstofftechnischen Vorteilen. Andererseits schafft dieses Verfahren die Voraussetzung, Bauteile mit gradierten Werkstoffeigenschaften zu erzeugen, da auch gezielt Teilzonen einer Platine erwärmt werden können.
Projektziele
Im Fokus des Vorhabens standen die Entwicklung und Realisierung neuer Prozessketten zum ofenfreien Warmumformen mit einer Versuchsanlage, die Erzeugung gezielter Bauteileigenschaften sowie die Erprobung eines Verfahrens zum werkzeugschonenden Warmumformen.
Vorgehensweise
Das geplante Vorhaben umfasste die folgenden fachlichen Schwerpunkte:
Auf Basis der definierten Anforderungen aus Sicht der Anwender und Entwickler (AP1), der werkstofftechnischen Prozessgrundlagen (AP2) und der anlagentechnischen Entwicklung für Kontaktwärmebehandlungsanlage und Greif- und Transfereinrichtungen (AP3) sowie schließlich der Entwicklung und Herstellung verschiedener Versuchs- und Demonstrationswerkzeuge für zwei Bauteile (AP4) wurden drei neue Prozessketten-Varianten für das ofenfreie Warmumformen realisiert (AP5). Diese wurden anschließend anhand der erzielten Eigenschaften der Demonstrationsbauteile, der Energie- und Ressourceneffizienz sowie der Prozessfenster evaluiert.
Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die Ergebnisse des Vorhabens sind serienreife energie- und ressourceneffiziente Prozessketten für das ofenfreie Warmumformen hochfester Stähle. Neben signifikanten prozess- und fertigungstechnischen Vorteilen (z. B. Taktzeit, höhere Flexibilität der Abläufe, Schonung des Werkzeugs) wird es hierdurch insbesondere möglich, gradierte Werkstoffeigenschaften innerhalb eines Bauteils zu erzeugen.
Dies eröffnet aufgrund des deutlich niedrigeren Investitionsbedarfs und der flexiblen Abläufe bereits bei vergleichsweise kleinen Stückzahlen auch für KMUs die Möglichkeit, warmumgeformte Blechteile, insbesondere hochwertige Bauteile mit gradierten Werkstoffeigenschaften, kostengünstg herzustellen. Für Unternehmen, die den Prozess des Warmumformens bereits konventionell durchführen, ergeben sich Ansatzpunkte für fundamentale Verbesserungen.
Die Möglichkeit, gradierte Werkstoffe bzw. Halbzeuge herstellen zu können, verbessert die Wettbewerbsfähigkeit und das Innovationspotenzial über die Automobilindustrie hinaus für alle Branchen aus dem Anwendungsbereich Leichtbau.
Die in dem Vorhaben entwickelten innovativen Konzepte als Voraussetzung, die Fertigungskosten zu senken, die Flexibilität der Produktion zu erhöhen und die Qualität der Produkte zu verbessern, führen zu Impulsen für den Maschinen- und Anlagenbau und stärken insgesamt die Wettbewerbsfähigkeit des Standorts Deutschland.
- AUDI AG
- Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
- Mercedes-Benz Group AG
- Neue Materialien Bayreuth GmbH
- preccon Robotics GmbH
- Schuler Pressen GmbH
- SMS Elotherm GmbH
- thyssenKrupp Steel Europe AG
Ihre Favoriten
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