Entwicklung eines Verfahrens zur Umformung von Aluminiumblechwerkstoffen bei kryogenen Temperaturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Brosius
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542202029

Leichtbauwerkstoffe wie Aluminiumlegierungen spielen eine wichtige Rolle bei der Gewichtsreduzierung. Ihre eingeschränkte Umformbarkeit bei Raumtemperatur stellt jedoch eine große Herausforderung dar und schränkt ihren Einsatz ein. Signifikante Verbesserungen der Umformbarkeit lassen sich zwar beispielsweise durch Erholungsglühen oder Warmumformung mit mehreren Prozessschritten erzielen. Diese Verbesserung der Umformbarkeit geht jedoch auf Kosten diverser positiver Eigenschaften wir Festigkeit, Bauteilqualität oder Kosten. Um dies zu vermeiden, können Aluminiumbleche bei kryogenen Temperaturen umgeformt werden, wobei die Grenze zum Einstellen der positiven Eigenschaften Gegenstand der hier beantragten Forschung sein soll. Im beantragten Forschungsvorhaben soll als zentrale Forschungsfrage die Kombination der kryogenen Blechumformung mit der Makrostrukturierung von Matrize und Niederhalter beim Tiefziehen behandelt werden. Durch eine spezielle, wellenartige Geometrie der formgebenden Werkzeuge wird im Gegensatz zu konventionellen Tiefziehwerkzeugen die Kontaktfläche zwischen Werkzeug und Blech im Bereich des Niederhalters reduziert. Der Forschungsansatz hier beruht somit auf der Minimierung der Kontaktfläche zwischen Blech und Werkzeug, um den Wärmestrom und damit die Erwärmung des Blechs zu unterdrücken. In diesem Vorhaben soll daher untersucht werden, wie der Einsatz makrostrukturierter Werkzeuge es ermöglicht, die Blechtemperatur während der Umformung im kryogenen Bereich zu erhalten, ohne dass eine zusätzliche Kühlung der Werkzeuge oder der Umgebung erforderlich wird. Um dieses Ziel zu erreichen, ist eine Methode zur lokalen geometrische Ausgestaltung der Makrostrukturierung zu entwickeln, sodass der Wärmestrom zwischen Werkzeug und Werkstück auf ein Minimum reduziert und die Faltenbildung während des Tiefziehprozesses vermieden wird. Darüber hinaus ist die lokale Grenztemperatur des Blechs zu ermitteln, ab welcher die Vorteile der kryogenen Werkstoffeigenschaften von Aluminiumlegierungen zum Tragen kommen. Die Grenztemperatur stellt somit die relevante Prozessgröße dar, und die technologische Beherrschung des Temperaturhaushalts während des transienten Prozessablaufs ist die mit der Identifikation einer geeigneten Prozessführungsstrategie verknüpfte, primäre Forschungsaufgabe.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen