Neue Materialien = größeres Prozessrisiko?

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1 EDAG-orum Karosserie ulda, 23.Juni 25 EDAG-orum Karosserie Leichtbau: Material und ertigungstechnik Prozessrisiko: Grenzformänderung und Prozessfenster Einflussgrößen auf die Prozesssicherheit olie 2

2 Leichtbau: Material und ertigungstechnik Anforderungen Automobilindustrie: Erfüllung der Sicherheitsanforderungen ( New Car Assessment Program ) Erheblich verringerter Kraftstoffverbrauch Verbesserte Umweltverträglichkeit Kostengünstige Großserien-Produktion Trend zum LEICHTBAU olie 3 Leichtbau: Material und ertigungstechnik Leichtbau: Umformtechnik ist nicht die Werkstoffsubstitution ertigungstechik ertigungstechik Verbindungstechnik ist die Summe aus Anwendungen der Konstruktionstechnik, Werkstofftechnik, Umformtechnik und Verbindungstechnik Konstruktionstechik Werkstofftechik olie 4

3 Leichtbau: Material und ertigungstechnik Werkstoffverteilung beim PKW Werkstoffverteilung beim PKW in Deutschland (Gewichts-%) Baujahr Baujahr Baujahr Baujahr 25 Trotz Zunahme von Kunststoff-, Aluminium- und Magnesiumkomponenten hat der Pkw Leichtbau die Entwicklung von höher- und hochfesten Stählen forciert Stahl und Eisen Elastomere Sonstige Kunststoffe Aluminium Sonstige NE-Metalle olie 5 Leichtbau: Material und ertigungstechnik Neue hochfeste Materialien - Potential und Anforderung Bruchdehnung [%] LSS < 21 MPa HSS MPa UHSS > 55 MPa I-Stähle W eiche Tiefziehgüten Höherfeste I-Stähle BH-Stähle Isotrope Stähle CMn Höherfeste mikrolegierte Stähle DP-/MP-Stähle TRIP-Stähle Martensitische Stähle Untere Streckgrenze [MPa] olie 6

4 Leichtbau: Material und ertigungstechnik Umformverfahren (Prozesse) Bruchdehnung [%] Tiefziehen komplexe Geometrie Tiefziehen einfache Geometrie Walzprofilieren und Biegen Warmumformung 1 Halbwarmumformung Hydromec Untere Streckgrenze [MPa] olie 7 Prozessrisiko: Grenzformänderung und Prozessfenster Ermittlung der ormänderung,6 Hauptdehnung -,4,2,5,4,3 -,3 -,2 -,1,1,2,3,4 Bruchgrenze Grenze der Einschnürung Grenzformänderungsdiagramm Hauptdehnung olie 8

5 Prozessrisiko: Grenzformänderung und Prozessfenster Werkstoffbeschreibung Grenzformänderung,7 9 liesskurve Dehnung,6,5,4,3 Dehnung liessspannung k f [N/mm²] ,2 3 2,1 1 -,4 -,3 -,2 -,1,1,2,3,4,5,6,2,4,6,8 1 1,2 Dehnung Vergleichsdehnung AlMgSi5 DP6 St14 olie 9 Leichtbau: Material und ertigungstechnik Umformmechanismen Tiefziehen d d 1 = ln(d /d 1 ) z.b. Eckengeometrie von R1 in Tiefe 3mm: =,34 liessspannung k f [N/mm²] Vergleichsdehnung liesskurve Bodenreisser 2 1,2,4,6,8 1 1,2 Grenzformänderung,7 Biegen = ln(s /2R) z.b. Radius R3 bei Blech Dicke,7 mm: =,8 Dehnung,6,5,4,3 Dehnung R,2,1 s -,4 -,3 -,2 -,1,1,2,3,4,5,6 Dehnung olie 1

6 Prozessrisiko: Grenzformänderung und Prozessfenster Systemabhängigkeit der Tiefziehfähigkeit f 1, f 2 f 1 (Umformprozess) f 1 = Blech Geometrie (Dicke, Oberflächenrauheit, etc.) Werkstoff (Streckgrenze, Zugfestigkeit, Gleichmaßdehnung, E-Modul) Anisotropie r- und n-wert Prozessfenster f 1 (Blech) f2 = Umformprozess Werkzeug: Geometrie (Abmessung, Oberfläche) Werkstoff (Art, Härte) Schmierstoff: Art, Menge Maschine: Ziehgeschwindigkeit, Niederhaltersteuerung, Steifigkeit, Umformtemperatur Tiefziehfähigkeit olie 11 Prozessrisiko: Grenzformänderung und Prozessfenster Prozessfenster Boden lansch Bodenreißer Niederhalterkraft Gutteilbereich altenbildung Grenzziehverhältnis Zarge max Ziehverhältnis ß olie 12

7 Prozessrisiko: Grenzformänderung und Prozessfenster Prozessstabilität kontinuierliche Erfüllung der Qualitätsanforderungen (bezogen auf das Bauteil) Hohe technische Verfügbarkeit (bezogen auf Werkzeug und Maschine) Anforderung: Erfassen von Abweichungen Voraussetzung Prozeßverständnis geeignete Analyse Reaktion auf Abweichungen Voraussetzung geeignete Anlage geeignete Stellglieder olie 13 Einflussgrößen auf die Prozesssicherheit Chargenschwankungen Platine Geometrie: Zuschnitt und Blechdicke Materialeigenschaften: R p,2, R m, A g Schwankungsbreiten in einem beobachteten Serienprozess über 1 Chargen: Abweichung [%] 25,% 2,% 15,% 1,% 5,%,% Schwankungsbreite Blechwerte Material Blech R p,2 R m s Veränderung Rücksprung [mm],7,6,5,4,3,2,1, Âuswirkung Schwankungsbreite auf Rückfederung DP 6 Wanddicke 1,5 mm Rp,2 Rm s Kennwert olie 14

8 Einflussgrößen auf die Prozesssicherheit Stellgrößen zur Beeinflussung der Rückfederung Radius am Ziehring orm und Lage der Ziehsicken Niederhalterkraft und Kraftverteilung Einflussgrößen auf die Rückfederung Blechdicke Biegeradien an Stempel, Matrize und Ziehsicken Krümmung der Biegekanten (Profil) Endbeschnitt und Lochung Ziehtiefe olie 15 Einflussgrößen auf die Prozesssicherheit Niederhaltersteuerung 5,5 Einfluss Niederhalterkraft auf Rückfederung Verschiebung Aussenpunkt [mm] 5 4,5 4 3, Niederhalterkraft [kn] Verschiebung normal Verschiebung tangential Verschiebung gesamt olie 16

9 Einflussgrößen auf die Prozesssicherheit System Zieheinrichtung / Werkzeug für eine Vielpunktansteuerung Halten ließen gezielte Bereichsansteuerung unabhängige Bereiche auf der Niederhalteroberfläche olie 17 direkte Krafteinleitung Quelle: Schuler Einflussgrößen auf die Prozesssicherheit Druckverteilung beim massiven Niederhalter Pin 2 = 1 kn Quelle: Schuler olie 18 Pin 2 = 2 kn

10 Einflussgrößen auf die Prozesssicherheit Druckverteilung beim segmentelastischen Niederhalter Pin 3 = 1 kn olie 19 Quelle: Schuler Pin 3 = 2 kn Einflussgrößen auf die Prozesssicherheit Druckverteilung 1 kn 1 kn Krafteinleitungspunkte olie 2 15 kn 1 kn 15 kn 15 kn Quelle: Schuler

11 Einflussgrößen auf die Prozesssicherheit Zylinderanordnung beeinflußte Bereiche a b Quelle: Schuler olie 21 Einflussgrößen auf die Prozesssicherheit Einfluß der Ziehstablage auf die Rückfederung olie 22

12 Einflussgrößen auf die Prozesssicherheit Wechselbeziehungen in der ertigungstechnik Umformen ügen Crash Bauteil Material Maschine CAD Logistik Verfahren Konstruktion Berechnung Kalkulation Design olie 23 Leichtbau: Material und ertigungstechnik Prozessstabilität: ist nicht die rage nach dem Werkstoff olie 24 fertigungsgerechte Konstruktion Verfahrensbezogene Werkstofftechnik konstruktions- und materialspezifische ertigungstechnik liegt in der Verantwortung der Werkstofftechnik, Umformtechnik und Verbindungstechnik Quelle: Gestamp

13 Einflussgrößen auf die Prozesssicherheit Vielen Dank für Ihre Aufmerk samkeit Prof. Dr. Ing. Bernd Engel olie 25