Hybridschmieden: Monoprozessuales Umformen und Fügen von Blech- und Massiv-Elementen

• Antragsteller: Dr.-Ing. Malte Stonis
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 167240961

Montage- und beanspruchungsgerecht gestaltete Leichtbau-Strukturbauteile besitzen häufig Massiv-/Schmiede- und Blech-Elemente. Diese Elemente werden gegenwärtig getrennt voneinander gefertigt und anschließend in zusätzlichen Verfahrensschritten z. B. mittels Schweißen oder einer Verschraubung gefügt bzw. verbunden. In der ersten Förderperiode erfolgte die simulative und experimentelle Untersuchung der Grundlagen des Hybridschmiedens, dass das Schmieden von Massivteilen, die Umformung von Blechteilen sowie deren Verbindung mittels Fügen in einem Prozessschritt ermöglicht. Dazu wurden die Fügemechanismen Stoffschluss und Formschluss in drei Modellversuchen (Versuche HS1 bis HS3) mittels FEM-Simulationen sowie praktischen Versuchen betrachtet. Untersucht wurde der Einfluss der Parameter Umformgrad, Temperaturen der Blech- und Massiv-Elemente, Reibung und Werkstoff auf die Qualität der Fügung zwischen Massiv- und Blech-Element und die Blechstärke. Bei Versuch HS1 und Versuch HS2 konnte teilweise Stoffschluss erzielt werden. Bei Versuch HS3 konnte Formschluss erreicht werden. Die Bleche beulten allerdings teilweise, wurden unbeabsichtigt gebogen und in der Blechstärke reduziert. Das Ziel der zweiten Förderperiode des beantragten Forschungsvorhabens ist die Weiterentwicklung des Hybridschmiedens auf Basis der in der ersten Förderperiode erarbeiteten Erkenntnisse. Die Verformung des Blechs (Beulung, Biegung und Blechstärkenreduzierung) soll vermindert und die Qualität der Fügeverbindung erhöht werden. Die Verformung soll durch Bleche mit einer höheren Festigkeit und größeren Stärke sowie durch die Verwendung von Niederhaltern reduziert werden. Die Fügequalität soll durch eine geometrisch erzwungene Relativbewegung von Massiv- und Blech-Element erhöht werden. Ein beispielhaftes Hybridschmiedeteil mit variierbaren Elementen soll aus gängigen Blech- und Schmiedewerkstoffen einschließlich zugehörigem Umformprozess entwickelt werden. Weiterhin soll dieses Beispielbauteil die unterschiedlichen Fertigungsoperationen, Umformen von Blech- und Massiv-Elementen sowie das Fügen (Formschluss und Stoffschluss) der Elemente abbilden und eine Untersuchung der Wechselwirkung von Umform- und Fügeoperationen ermöglichen. Des Weiteren werden geeignete Werkzeuge für experimentelle Versuchsreihen konstruiert, um im Anschluss an Versuchsschmiedungen die metallurgischen sowie mechanischen Eigenschaften der Hybridbauteile, insbesondere der Fügestellen, zu untersuchen. Mit den im Forschungsvorhaben gewonnenen Erkenntnissen sollen die Gestaltungsmöglichkeiten von Bauteilen mit dem Hybridschmieden dahingehend erweitern werden, dass gering belastete Bereiche eines Bauteils durch Blech-Elemente substituiert oder Blechteile durch Massiv-Elemente partiell verstärkt werden können. Durch die gleichzeitige Massiv- und Blechumformung einschließlich Fügen wird, im Vergleich zu konventionellen Verfahren, die Prozesskette zur Bauteilherstellung verkürzt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens