FU_BE 1Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Lehrstuhl für Fertigungstechnik und WerkzeugmaschinenWerkzeugmaschinen
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel
FU_BE 2Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
Anforderungen an die Umformtechnik aus Anforderungen an die Umformtechnik aus der Entwicklung moderner PKWder Entwicklung moderner PKW--
StrukturenStrukturen
IBU Industrieverband Blechumformung
08. Juni 2005
Prof. Dr.- Ing. Bernd Engel
FU_BE 3Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
Konzepte der Automobilindustrie
Neue Materialien - Materialmix
Übersicht
Potential und Anforderung neuer Werkstoffe
Aufgaben für die Umformtechnik
Folien unter: www.mb.uni-siegen.de/fw
FU_BE 4Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
Anforderungen Automobilindustrie:Erfüllung der Sicherheitsanforderungen( New Car Assessment Program )Erheblich verringerter KraftstoffverbrauchVerbesserte UmweltverträglichkeitKostengünstige Großserien-Produktion
Anforderungen der Automobilindustrie
→ Trend zum LEICHTBAU
FU_BE 5Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den MittelstandLeichtbau
Leichtbau:
… ist nicht die Werkstoffsubstitution
… ist die Summe aus Anwendungen der Konstruktionstechnik, Werkstofftechnik, Umformtechnik und Verbindungstechnik
Konstruktions-techik
Werkstoff-techik
Fertigungs-techik
Fertigungs-techik
Umformtechnik
Verbindungs-technik
FU_BE 6Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
Konzeptstudien:
Karosseriestruktur/Anbauteile/Achsbauteile
ULSABULSACULSASULSAB-AVC
KarosseriestrukturAnbauteileAchsbauteile
Karosseriestruktur
KarosseriestrukturStahlhersteller !
Karosseriestruktur
FU_BE 7Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den MittelstandBeispiele für Leichtbaukonzepte
Quelle:ULSAB Report
Ultra Light Steel Auto Body
FU_BE 8Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
Ultra Light Steel Auto Body – Advanced Vehicle Concept
Beispiele für Leichtbaukonzepte
FU_BE 9Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
New Steel Body
Beispiele für Leichtbaukonzepte
Total 77 kg or24% weightreduction
Quelle: NSB, ThyssenKrupp Stahl
FU_BE 10Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
• Der Einsatz geschlossener Profile in der Karosserie führtzu einer signifikanten Steifigkeitsverbesserung.
• Ein geeignetes Verfahren zur Herstellung komplexer geschlossenerProfile ist die IHU-Technologie.
• Über der Profillänge lassen sich unterschiedliche Querschnittsformen realisieren.
• Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von offenen und geschlossenen Profilen ist das Rollprofilieren.
• Kennzeichnend für das Rollprofilieren ist die partielle Umformung in einem kontinuierlichen Prozess.
• Bei der Integration der Profile in eine Karosserie spielt die Wahl der richtigen Fügetechnik eine entscheidende Rolle.
Fertigungstechnologien für den Stahl-Spaceframe
Tendenzen aus Leichtbaukonzepten
FU_BE 11Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
FU_BE 12Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
Stah
l und
Eise
n
Elas
tom
ere
Sons
tige
Kun
stst
offe
Alu
min
ium
Sons
tige
NE-
Met
alle
Baujahr 2005
Baujahr 1995
Baujahr 1985Baujahr 1975
74
13
6 3 4
68
13
5 4
63
1413
6 4
55
14 15
106
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Werkstoffverteilung beim PKWin Deutschland (Gewichts-%)
10
Verwendung unterschiedlicher MaterialienW
erks
toff
FU_BE 13Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
BMW E60, Quelle: ATZ/MTZ extra August 2003 D 58922
BMW 5er Serie Strukturaufbau mit hochfesten Stählen für sicherheitsrelevante Karosserieteile
Trotz Zunahme von Kunststoff-, Aluminium- und Magnesiumkomponenten hat der Pkw Leichtbau die Entwicklung von höher- und hochfesten Stählen forciert
Anwendung in der SerieW
erks
toff
FU_BE 14Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
BMW E60, Quelle: ATZ/MTZ extra August 2003 D 58922
Aluminium Beplankungsteile
Anforderungen der Automobilindustrie
Materialien im Karosseriebereich des neuen 5er BMW
Ein ausgeprägter Materialmixist Kennzeichen neuer Pkw -StrukturenW
erks
toff
FU_BE 15Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
BMW E60, Quelle: ATZ/MTZ extra August 2003 D 58922
Anforderungen der Automobilindustrie
Produktionsprozesse
Pro
zess
e
FU_BE 16Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den MittelstandAnforderungen der Automobilindustrie
Tendenzen - Forderungen
Tendenz zum Materialmix in Pkw-Strukturen
Einsatz hochfester Materialien in komplexen Geometrien
Einsatz geschlossener Profile
unterschiedliche Umformtechnologien
FU_BE 17Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den MittelstandMethoden
FU_BE 18Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
FU_BE 19Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
Festigkeitskenn-werte aus dem Zugversuch
Annahme:Wandstärke
und Festigkeit
über gesamtes
Bauteil gleich
Materialwerte des
Realbauteiles
Unterschiedliche Wanddicken und Festigkeiten als
Funktion des Werkstoffes und
des Umformprozesses
Umformsimualtion
Potential und Anforderung
Crash Simulation auf der Basis unterschiedlicher Eingabedaten
FU_BE 20Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
FU_BE 21Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
0
10
20
30
40
50
60
70
0 400 600 1000200 800 1200Untere Streckgrenze [MPa]
Bru
chde
hnun
g [%
]
Weiche Tiefziehgüten
Martensitische StähleTRIP-StähleDP-/MP-Stähle
CMnHöherfeste mikrolegierte Stähle
BH-Stähle
Höherfeste IF-Stähle
IF-Stähle
Isotrope Stähle
LSS< 210 MPa
UHSS> 550 MPa
HSS210 - 550 MPa
Potential und Anforderung
Neue hochfeste Materialien - Potential und Anforderung
FU_BE 22Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den MittelstandPotential und Anforderung
FU_BE 23Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
Form Limit Curve
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
-0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
AlMgSi05 DP600 St14
Flow-Curve
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Strain St
ress
[N/M
pa]
Vergleichsdehnung ϕDehnung ϕ2
Deh
nung
ϕ1
Potential und Anforderung
Neue hochfeste Materialien - Potential und Anforderung
Flie
sssp
annu
ng k
f[N/m
m²]
Grenzformänderung Fliesskurve
FU_BE 24Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
Mapping Daten unterschiedlicher Umformverfahren
True Strain ϕ [-]
Stre
ss [M
Pa]
Tiefziehen
Potential und Anforderung
Hydroforming
FU_BE 25Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den MittelstandPotential und Anforderung
Neue hochfeste Materialien - Potential und Anforderung
Umformgrenzen
Rückfederung
FU_BE 26Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den MittelstandRückfederung
Bestimmung der Rückfederung
Flow-Curve
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Strain
Stre
ss[N
/Mpa
]
Umformung
Rückfederung DP600
Rückfederung St14
Rückfederung AlMgSi05
Werkstoff Biegwinkel Biegeradius Blechdicke Rückfederung[°] [mm] [mm] [°]
St14 90 10 1 10,42AlMgSi0,5 90 10 1 24,43gDP 600 90 10 1 22,94
Auffederung in Grad
St14 AlMgSi05 DP600
30
20
10
FU_BE 27Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
Bestimmung der Rückfederung
Rückfederung
FU_BE 28Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
Kompensation der Rückfederung
Form Limit Curve
0
0,1
0,2
0,3
0,4
-0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3
Reduktion der Rückfederung durch überlagerte Zugkraft
Verlagerung Dehnungspfad in Richtung Grenzform-änderungskurve
Erhöhung der Ziehkraft
Rückfederung
FU_BE 29Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den Mittelstand
Bestimmung der Ziehkraft – Referenzstahl, hochfester Stahl
Ziehkraft
Zug- und NH-Kraft [kN]
100
75
50
25
0St14 DP600
Niederhalterkraft
Zugkraft
2
112
eH
eH
RR
ss =
Zugkraft NH-Kraft
Werkstoff Wandstärke ReH [Mpa] Zugkraft NH-Kraft NH/ZugkraftSt14 1 200 45 kN 33 kN 0,73DP600 0,69504805 414 63 kN 89 kN 1,41
FU_BE 30Anforderungen aus der Automobilindustrie
Umformtechnologie für den MittelstandAnforderungen der Automobilindustrie
Tendenzen - Forderungen
Hochfeste Materialien mit hoher Kaltverfestigung und sehr niedriger Gleichmaßdehnung
Simulation unabdingbar
Komplexe Beschreibung des Umformvorganges undVorhersage der Machbarkeit
Hochfeste Materialien mit hoher Rückfederungsrate