Entwicklung eines Schichtverbundwerkstoffes mit einseitigen Versteifungen und dünner Dämpfungsschicht sowie Charakterisierung seiner Umformeigenschaften
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Steigende Leichtbau- und Dämpfungsanforderungen an dünnwandige, flächige Bauteile sorgen trotz erhöhter Kosten für einen Einsatz moderner hybrider Schichtverbundwerkstoffe in Konstruktionsanwendungen. In der Luft- und Raumfahrtindustrie spiegeln solche Werkstoffe trotz erhöhter Kosten seit geraumer Zeit den aktuellen Stand der Technik wieder. Monolithische Blechbauteile besitzen im Vergleich zu Schichtverbundwerkstoffen mit polymerer Zwischenschicht eine höhere Steifigkeit. Diesen Nachteil von Schichtverbunden kompensieren die hier entwickelten Verbunde durch eine einseitige Versickung von einem der Deckbleche. Dadurch können leichtere Bauteile hergestellt werden, die jedoch umformtechnische Herausforderungen beinhalten. In Arbeitspaket 1 wurde die Simulation des Halbzeugs mit und ohne einseitiger Versteifung validiert. Die in Zugversuchen bestimmten Parameter wurden für einfache Tiefziehsimulationen ermittelt, um Deckblechversagen und Delamination der Zwischenschicht vorherzusagen. Die Validierung der Delamination bleibt ein bestehendes Problem. Das simulativ erstellte Arbeitsdiagramm zeigt, dass Delamination vorhersagbar, jedoch im untersuchten Intervall unabhängig von der Blechhalterkraft ist. Im zweiten Arbeitspaket wurde das Springbeulen von Sickenblechen simulativ und konstruktiv optimiert. Auf Basis von vier Kompensationsmaßnahmen wurde ein neues Werkzeug entwickelt, um zusätzlich Druckspannungen in die Sicke einzubringen. Die Druckspannungen reduzierten den Springbeuleffekt um bis zu 70%. Dieses Arbeitspaket diente als optimale Vorbereitung zur Herstellung der ebenen, einseitig versteiften Schichtverbunde, um den durch die Eigenspannungen hervorgerufenen Verzug zu minimieren. Im letzten Arbeitspaket wurden die Umformeigenschaften der einzelnen Komponenten als auch der Verbunde mittels standardisierter Versuche überprüft und charakterisiert. Die Umformeigenschaften wurden mittels Arbeitsdiagrammen quantifiziert und durch Formänderungsanalysen und Blechdickenverläufe validiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Innovative Schichtverbundwerkstoffe mit textiler Einlage für den Karosseriebau. EFB-Kolloquium, 2013
Bolay, C.; Vohrer, A.; Stegmaier, T.; Liewald, L.; Hager, T.; Planck, H.
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Shear cutting and counter shear cutting of sandwich materials. Journal of Manufacturing Processes 15, 2013, p.364-373
Bolay, C.; Thullner, S.
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Beitrag zur Umformung von ebenen und versteiften Schichtverbundwerkstoffen, Institut für Umformtechnik (Universität Stuttgart), 2014
Bolay, C.
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Material characterization and properties of newly developed sheet metal composites with stiffness increasing layers. Proceedings of IDDRG 2015, 2015
Hofmann, D., Liewald, M.
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Deep drawing of one-sided, stiffness increasing sheet metal composites. In: Journal of Key Engineering Materials. Volume 716, 2016. ISSN: 1662-9795
Hofmann, D.; Liewald, M.
