Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen

Transkript

1 Lehrstuhl für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen Univ.-Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel FU_BE 1

2 15. April 2004 Prof. Dr.-Ing. Bernd Engel FU_BE 2

3 Übersicht Anforderungen der Automobilindustrie Neue Materialien - Materialmix Chance und Anforderung an die Umformtechnik Übergeordnete Themen Folien unter: FU_BE 3

4 Anforderungen der Automobilindustrie 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 BMW E60, Quelle: ATZ/MTZ extra August 2003 D FU_BE 4

5 Anforderungen der Automobilindustrie Materialien im Karosseriebereich des neuen 5er BMW Aluminium Beplankungsteile Ein ausgeprägter Materialmix ist Kennzeichen neuer Pkw Strukturen BMW E60, Quelle: ATZ/MTZ extra August 2003 D FU_BE 5

6 Anforderungen der Automobilindustrie Produktionsprozesse BMW E60, Quelle: ATZ/MTZ extra August 2003 D FU_BE 6

7 Anforderungen der Automobilindustrie Tendenzen - Forderungen Tendenz zum Materialmix in PKW-Strukturen Einsatz hochfester Materialien in komplexen Geometrien Einsatz geschlossener Profile Einsatz unterschiedlicher Umformtechnologien FU_BE 7

8 Chance und Anforderung Crash Simulation auf der Basis unterschiedlicher Eingabedaten Materialwerte aus dem Zugversuch Umformsimualtion Materialwerte vom umgeformten Teil Annahme: Wandstärke und Festigkeit über gesamtes Bauteil gleich Unterschiedliche Wanddicken und Festigkeiten als Funktion des Werkstoffes und des Umformprozesses FU_BE 8

9 Chance und Anforderung Crash Simulation auf der Basis unterschiedlicher Eingabedaten Base Crash-Simulation Mapping Mapping Data aus allen Umformprozessen Base mit Mapping FU_BE 9

10 Chance und Anforderung Mapping Daten für die Crash-Simulation ohne Mapping mit Mapping Zunahme der Wanddicke Base Mapping FU_BE 10

11 Chance und Anforderung Neue hochfeste Materialien - Chance und Anforderung FU_BE 11

12 Chance und Anforderung Neue hochfeste Materialien - Chance und Anforderung FormLimit Curve Flow-Curve 0, ,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Hauptdehnung ϕ 1 Stress [N/Mpa] ,4-0,3-0,2-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Hauptdehnung Strain ϕ 2 Dehnung ϕ [-] AlMgSi05 DP600 St14 Strain FU_BE 12

13 Chance und Anforderung Neue hochfeste Materialien - Chance und Anforderung Rückfederung Umformgrenzen FU_BE 13

14 Anforderungen der Automobilindustrie Tendenzen - Forderungen Hochfeste Materialien mit hoher Kaltverfestigung und sehr niedriger Dehnung Hochfeste Materialien mit hoher Rückfederungsrate Komplexe Beschreibung des Umformvorganges und Vorhersage der Machbarkeit Simulation unabdingbar FU_BE 14

15 Übergeordnete Themen Systemabhängigkeit der Tiefziehfähigkeit f 1, f 2 f 1 - Blechfunktion: Geometrie (Dicke, Oberflächenrauhheit, ) Werkstoff (Härte, Streckgrenze, Bruchdehnung, r- und n-wert, E- Modul ) Tiefziehfähigkeit f2 - Umformfunktion: Werkzeug: (Abmessung, Oberflächenrauheit, Beschichtung, Werkstoff) Schmierstoff: Art, Menge Maschine: Ziehgeschwindigkeit, Niederhalterdruck, Temperatur FU_BE 15

16 Übergeordnete Themen Bestimmung der Rückfederung 900 Flow-Curve Umformung Stress [N/Mpa] Rückfederung DP600 Rückfederung St14 Rückfederung AlMgSi ,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Strain FU_BE 16

17 FU_BE 17 = ) ( s s b b dy y b y M σ Übergeordnete Themen Bestimmung der Rückfederung E, R P0,2, Rm, s 0 Annahme: Belastungsspannung wird gleichgroße elastische Entlastungsspannung entgegengesetzt = ) ( s s r r dy y b y M σ

18 Übergeordnete Themen Bestimmung der Rückfederung Unter Bestimmung der ungelängten Schicht gilt: M b σ y r ( y ) = Et + R p0, s0 b 12 M = Et + b s0 R p 0,2 α 2 = 1 α r b r b s 0 E E t = R m A R g p0,2 Werkstoff Biegwinkel Biegeradius Blechdicke Blechbreite Rückfederung [ ] [mm] [mm] [mm] [ ] St ,42 AlMgSi0, ,43 DP ,94 FU_BE 18

19 Übergeordnete Themen Bestimmung der Rückfederung FU_BE 19

20 Übergeordnete Themen Bestimmung der Max. Ziehkraft Die Ziehkraft wird vom Ziehstempel durch Zugspannungen in der Zarge auf die eigentliche Umformzone im Flansch übertragen: F ges = F id + F R + F R R + N F B Ideelle Umformkraft Umformkraft unter alleiniger Berücksichtigung des Werkstoffes und der Umformgeometrie Reibkraft F RN Reibkraft F RN Biegekraft F B - Reibkraft zwischen Ziehring und Niederhalter - Reibung an der Ziehringrundung - Biegung um die Ziehringrundung FU_BE 20

21 Übergeordnete Themen Bestimmung der Ziehkraft FU_BE 21

22 Übergeordnete Themen Bestimmung der Niederhalterkraft FU_BE 22

23 Übergeordnete Themen Formenordnung 1. Grundelemente 3. Zusammengesetze Elemente 2. Nebenformelemente FU_BE 23

24 Übergeordnete Themen Formenordnung Standard-Hut-Profil FU_BE 24

25 Übergeordnete Themen Ermittlung Werkstoffkennwerte Fliesskurve Grenzformänderungskurve FU_BE 25

26 Übergeordnete Themen Bestimmung Grenzformänderung Nakazimaproben Grenzformänderungsschaubild Erichsenprüfmaschine FU_BE 26

27 Übergeordnete Themen Profilprüfung Schweißnahtprüfung Max. Umfangsdehnung Berstdruck Fließdruck FU_BE 27

28 Übergeordnete Themen Datenbank Form Limit Curve Flow-Curve 0, , , ,4 0,3 0,2 Stress [N/Mpa] , ,4-0,3-0,2-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 Strain Hauptdehnung Strain ϕ 2 Dehnung ϕ [-] Werkstoff E-Modul R p0,2 R m n gl s 0 k f flc AlMgSi ,15 1 DP ,15 1 St ,25 1 F z,ref F N,ref. FU_BE 28

29 Übergeordnete Themen Übergeordnete Themen Werkstoffbeschreibung durch Standardversuche und durch Approximation Tribologische Untersuchung der Reibpaarungen Bestimmen der Reibzahlen Rechenmodelle zum Abschätzen der Eigenschaften von neuen Materialien Modellversuche zum Nachweis der Abschätzformeln und dem experimentellen Nachweis unterschiedlichen Verhaltens - Skalierung Datenbank mit Sammlung relevanter Daten FU_BE 29