Lokale Wärmebehandlung beim Gleitziehbiegen zur anforderungsgerechten Herstellung von eigenschaftsoptimierten Profilbauteilen
Final Report Abstract
Das Gesamtziel des Forschungsvorhabens bestand in der gezielten Einstellung von lokalen Werkstoffeigenschaften im Gleitziehbiegeprozess durch eine integrierte Wärmebehandlung. Hierdurch wurden die Vorteile des Profilierverfahrens mit den Möglichkeiten der Wärmebehandlung kombiniert und damit die Grundlage für eine kostengünstige Herstellung belastungsangepasster und für den Leichtbau geeigneter Profile geschaffen. Dementsprechend stand die Entwicklung und Herstellung der Anlagentechnik eines temperierten Gleitziehbiegeprozesses im Vordergrund der Untersuchungen. Für die Konstruktion und Fertigung des Werkzeugs mit kombinierter Umform- und Wärmebehandlungseinheit wurden mit Hilfe der FE-Simulation unter Vorhersage der Gefügestruktur und der Festigkeitseigenschaften des untersuchten Werkstoffs die relevanten Prozessparameter bestimmt. Durch die numerischen und experimentellen Untersuchungen wurde die Grundlage für eine sichere Bauteil- und Prozessauslegung geschaffen. Um dies zu erreichen wurden für den Untersuchungswerkstoff 22MnB5 zunächst Materialkennwerte ermittelt. Dies umfasste die Ermittlung temperaturabhängiger Fließkurven sowie die Erstellung von ZTU- und U-ZTU-Diagrammen. Außerdem wurde für den relevanten Temperaturbereich der sich einstellende Reibwert aufgenommen. Diese Daten wurden anschließend genutzt, um den Gleitziehbiegeprozess numerisch abzubilden. Dadurch wurde zum einen die Herstellbarkeit der gewünschten Geometrie sichergestellt und zum anderen die mechanischen Eigenschaften der Bauteile in den wärmebehandelten Bereichen prognostiziert. Mit Hilfe der numerischen Simulation wurde zudem das Demonstratorwerkzeug ausgelegt. Des Weiteren wurden auf diese Weise Prozessparameter wie Ziehgeschwindigkeit, Austenitisierungstemperatur und –dauer ermittelt. Im Anschluss wurde das Versuchswerkzeug in Betrieb genommen. Mit diesem wurden Bauteile hergestellt und gleichzeitig wärmebehandelt. Anhand dieser Profile wurde die numerische Simulation validiert. Anhand der Temperaturverläufe während des Prozesses, den mechanischen Eigenschaften und des Gefüges der Bauteile konnte eine hohe Übereinstimmung festgestellt werden. Des Weiteren wurde festgestellt, dass die Steifigkeit lokal wärmebehandelter Bauteile höher ist, als die von unbehandelten Profilen. Aus dem ersten Antragszeitraum ergeben sich verschiedene Fragestellungen, die weiter untersucht werden sollen. Zum einen ist es durch eine Optimierung der Zuschnittsgeometrie der Platinen möglich, endgeometrienahe Profile herzustellen. Dadurch können Bearbeitungsschritte eingespart und der Herstellungsprozess verkürzt werden. Zum anderen ist es notwendig die Einstellung verschiedener mechanischer Eigenschaften mittels Tailored Tempering näher zu untersuchen. Die mit Hilfe des Gleitziehbiegeverfahrens hergestellten Profilbauteile haben in Fahrzeugkarosserien die Aufgabe die Energie im Falle eines Unfalls aufzunehmen. Dadurch ist es notwendig, dass die Wärmebehandlung der Platinen zielgerichtet stattfinden kann. Des Weiteren kann die Einbringung von Nebenformelementen in die Bauteile die Bauteilsteifigkeit steigern, wodurch sich unter anderem die Maßhaltigkeit erhöht. Zudem sollen neben einfachen U-Profilen auch komplexere Profilgeometrien hergestellt werden. Dieser Vorteil zeichnet das Verfahren des Gleitziehbiegens besonders gegenüber dem Rollprofilieren aus und erweitert somit das insgesamt herstellbare Bauteilspektrum. Als letzter Punkt sind erweiterte Verschleißuntersuchungen unumgänglich, um zum einen die Lebensdauer der Werkzeuge beim Gleitziehbiegen vorhersagen und zum anderen um den Einfluss der Werkzeuggeometrie auf die Maßhaltigkeit der Bauteile bewerten zu können. Diese Fragestellungen sollen in einem Folgevorhaben untersucht werden.
Publications
- An die Belastung angepasste Profile fertigen. In: Umformtechnik, Blech Rohre Profile, Meisenbach Verlag, 05
Behrens, B.-A.; Uhe, J.; Klie, R.; Moritz, J.
- Numerische Berechnung einer integrierten Wärmebehandlung für das Gleitziehbiegen von Profilen und die experimentelle Umsetzung, HTM Journal of Heat Treatment and Materials, Dezember 2014, Jg. 69, Ausgabe 6. Seiten: 339–347
Behrens, B.-A.; Bouguecha, A.; Jeske, M.; Moritz, J.; Vucetic, M.; Matthias, T.
(See online at https://doi.org/10.3139/105.110242) - Local heat treatment in draw bending for profiles of manganese boron steel 22MnB5, 17th International Conference on Sheet Metal, SHEMET17, 10.-12.04.2017, Palermo
Behrens, B.-A.; Bonk, C.; Hübner, S.; Uhe, J.; Klie, R.; Moritz, J.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.04.007)
