Aufsteigende Technologie: Presshärten in der Automobilindustrie

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1 Vortrag des Monats 05. April 2016 Aufsteigende Technologie: Presshärten in der Automobilindustrie M.Sc. Artur Akimow Jürgen Kaiser Neue Materialien Bayreuth GmbH / Professor Dr.-Ing. V. Ploshikhin /

2 Agenda Einleitung Presshärten Maßgeschneiderte Eigenschaften Trends und Entwicklungen Warmumformung bei NMB Anlagentechnik Potentiale / 2 /

4 Einleitung Gründe für den zunehmenden Einsatz pressgehärteter Bauteile Trends Zunahme der Gesamtfahrzeuggewichte Höhere gesetzliche Auflagen Leichtbau Maschinenmarkt (2012); Eggers, U. et al. (2013); Institut der deutschen Wirtschaft Köln (2015); ThyssenKrupp Steel Europe (2012) / 4 /

5 Einleitung Gründe für den zunehmenden Einsatz pressgehärteter Bauteile Trends Zunahme der Gesamtfahrzeuggewichte Höhere gesetzliche Auflagen Leichtbau Höhere Steifigkeit und Crashsicherheit mit weniger Bauteilen bei geringeren Materialdicken und damit geringerem Gewicht! Maschinenmarkt (2012); Eggers, U U. et al. (2013); Institut der deutschen Wirtschaft Köln (2015); ThyssenKrupp Steel Europe (2012) / 5 /

6 Einleitung Gründe für den zunehmenden Einsatz pressgehärteter Bauteile Volkswagen Passat: Fahrzeuggenerationsabhängige Gewichtszunahme Autozeitung ung (2013); ( 0 Umformtechnik Magazin (2011); Steinhoff, K. et al. (2012) / 6 /

7 Einleitung Einordnung pressgehärteter Bauteile Steinhoff, K. et al. (2012); ThyssenKrupp Steel Europe (2012) / 7 /

8 Einleitung Leichtbau & Sicherheit am Beispiel Audi A3 21,7 % Ultra-high-strength steels (hot-formed) 13,6 % Ultra-high-strength steels 26,3 % High-strength steels 35,2 % Soft steels 3,2 % Aluminum-sheet / -profile Maschinenmarkt (2012); Youtube (2013); AutoNews (2012); Carbodydesign (2016) / 8 /

9 Einleitung Spektrum warmumgeformter Strukturbauteile Steinhoff, K. et al. (2009) / 9 /

11 Presshärten Verfahrensabläufe Naderi, M. (2007); Voestalpine (2013); ThyssenKrupp Steel Europe (2012) / 11 /

12 Presshärten Prozessablauf/ Gefügeumwandlung Ungehärtet Pressgehärtet Steinhoff, K. et al. (2012); ThyssenKrupp Steel Europe (2012) / 12 /

13 Presshärten Prozessablauf/ Gefügeumwandlung Steinhoff, K. et al. (2012); ThyssenKrupp Steel Europe (2012) / 13 /

14 Presshärten Vor-/ Nachteile des Presshärtens Doege, E., Behrens, B. (2010); Tschätsch, H. (2010); ThyssenKrupp Steel Europe (2012) / 14 /

16 Maßgeschneiderte Eigenschaften Produktmerkmale Umformtechnik Magazin (2006b); Steinhoff, K. et al. (2012); ThyssenKrupp Steel Europe (2012) / 16 /

17 Maßgeschneiderte Eigenschaften Crashperformance Verbesserte Crashperformance durch kontrollierte plastische Deformation Steinhoff, K. et al. (2012); ThyssenKrupp Steel Europe (2012) / 17 /

18 Maßgeschneiderte Eigenschaften Alternativen zur Einstellung maßgeschneiderter Eigenschaften ThyssenKrupp Steel Europe (2012); Umformtechnik Magazin (2006a); Steinhoff, K. et al. (2009) / 18 /

19 Maßgeschneiderte Eigenschaften Maßgeschneiderte Eigenschaften durch geometrische Gradierung / 19 /

20 Maßgeschneiderte Eigenschaften Tailor Rolled Blanks Geometrische Gradierung Patente: Mannesmann Thyssen Krupp Siemens AG Uvm. Ryabkov, N. et al. (2008); Umformtechnik Magazin (2006b); Mubea (2011) / 20 /

21 Maßgeschneiderte Eigenschaften Tailor Welded Blanks Geometrische Gradierung Eggers, U. et al. (2013); Industrial Laser Solutions (2016); Springer (2008) / 21 /

22 Maßgeschneiderte Eigenschaften Patchwork Blanks Geometrische Gradierung Eggers, U. et al. (2013); Salzgitter AG (2016); ArcelorMittal (2016) / 22 /

23 Maßgeschneiderte Eigenschaften Mögliche Anwendungsbereiche Geometrische Gradierung Salzgitter AG (2016); ArcelorMittal (2016) / 23 /

24 Maßgeschneiderte Eigenschaften Maßgeschneiderte Eigenschaften durch Gefügegradierung / 24 /

25 Maßgeschneiderte Eigenschaften Partielle Erwärmung I Gefügegradierung BMW AG (2012); Steinhoff, K. et al. (2012) / 25 /

26 Maßgeschneiderte Eigenschaften Partielle Erwärmung II Gefügegradierung Steinhoff, K. et al. (2012) / 26 /

27 Maßgeschneiderte Eigenschaften Tailored Tempering Gefügegradierung Maschinenmarkt (2012); Steinhoff, K. et al. (2012) / 27 /

28 Maßgeschneiderte Eigenschaften Übersicht Geometrische Gradierung Gefügegradierung / 28 /

30 Trends und Entwicklungen Trend zu feinen und lokal wärmebehandelten Bereichen Gehärtet ca MPa Transferzone Weich ca. 650 MPa Zukunft Weiche Fügebereiche Weiche Flansche zum Fügen und für bessere Crashperformance Tailor Rolled Blanks in Kombination mit partiellem Härten Komplett gehärtet Partiell gehärtet Weiche Flansche Weiche Bereiche Schmalerer Übergangsbereich (zwischen hart & weich) Bergweiler (2013) / 30 /

31 Trends und Entwicklungen Verbundpresshärten ÿ Kombination von hoher Festigkeit und Bruchzähigkeit ÿ Kein plötzliches Versagen bei hoher Belastung Eggers, U. et al. (2013); Maschinenmarkt (2015) / 31 /

32 Trends und Entwicklungen IHU-Presshärten Blechnet (2010); Frauenhofer IWU (2015); Frauenhofer IWU (2016) / 32 /

33 Trends und Entwicklungen Alternative Erwärmungsverfahren - Kontakterwärmung Ploshikhin, V. et al. (2011); Maschinenmarkt (2013) / 33 /

35 Wir sind Außeruniversitäre Forschungseinrichtung für Materialund Prozessentwicklung Gegründet im Jahr 2000 Anzahl der Mitarbeiter (Juli 2015): 46 Drei Geschäftsbereiche: Kunststoffe Metalle Future Solutions / 35 /

36 Unsere Aufgabe F&E-Dienstleister zwischen Forschung und Anwendung Forschung Entwicklung Anwendung / 36 /

37 Unsere Entwicklungsziele Optimierung von Verarbeitungsprozessen Entwicklung neuartiger Materialvarianten Entwicklung innovativer Prozessvarianten / 37 /

38 Unsere Geschäftsbereiche Kunststoffe Metalle Future Solutions Faserverbundwerkstoffe Spritzgießsonderverfahren Partikelschäume Analytik Additive Fertigung Warmumformung/ Kontakterwärmung Analytik Polymere Funktionsmaterialien Partikel und Grenzflächen Nanokomposite Superlegierungen Duromere Polymeradditive Energieeffiziente elektrothermische Prozesse / 38 /

39 Unsere Geschäftsbereiche Kunststoffe Metalle Future Solutions Faserverbundwerkstoffe Spritzgießsonderverfahren Partikelschäume Analytik Additive Fertigung Warmumformung/ Kontakterwärmung Analytik Polymere Funktionsmaterialien Partikel und Grenzflächen Nanokomposite Superlegierungen Duromere Polymeradditive Energieeffiziente elektrothermische Prozesse / 39 /

40 Warmumformung bei NMB Wärmeübertragung durch Kontakt Schneller und direkter Wärmeeintrag in das Bauteil / 40 /

41 Warmumformung bei NMB Übersicht Versuchsanlagen Kontakterwärmung Laboranlage für Kontakterwärmung und Prozesssimulation Versuchsstand lokale Wärmebehandlung Versuchsanlage zum Warmumformen / 41 /

43 Anlagentechnik Versuchsanlage zum Warmumformen / 43 /

44 Anlagentechnik Kontakterwärmung Warmumformlinie / 44 /

45 Anlagentechnik Laboranlage für Kontakterwärmung und Prozesssimulation Parameterstudien für Warmumformprozesse oder Wärmebehandlung Probengröße ca. 200x120mm² / 45 /

46 Anlagentechnik KWB Prozesssimulator / 46 /

48 Potentiale NE-Metalle (Al, Mg, ) AlSi- Beschichtung Dünn-/ Dickwandige Umformteile Unbeschichtete Werkstoffe Presshärten Werkstoffkonditionierung Wirtschaftlicher Kleinserienbetrieb Partielle Eigenschaftsgestaltung / 48 /

49 Quellen Quellen ArcelorMittal (2016) Geschweißte Platinen mit verschiedenen Blechdicken und/oder Stahlgüten: Tailored Blanks [ ] AutoNews (2012) Audi zeigt am neuen A3 den Kampf um Zehntelmillimeter [ ] Meisterbock_id_32173&picindex=23 Autozeitung (2013) VW PASSAT: 40 Jahre Erfolgs-Geschichte im Rückblick [ ] b5-b6-b7-gn Bergweiler (2013) Lokale Wärmebehandlung mit Laserstrahlung zur Verbesserung der Umform- und Funktionseigenschaften von hochfesten Stählen. Dissertation. Print RWTH Aachen, Aachen. Blechnet (2010) Presshärten von Hohlprofilen mittels Innenhochdruck-Umformung [ ] BMW AG (2010) Wärmebehandlung von härtbaren Blechbauteilen. Patent: DE A1 ( ) Carbodydesign (2016) Audi A3: design story - Image Gallery [ ] / 49 /

50 Quellen Quellen Doege, E., Behrens, B. (2010) Handbuch Umformtechnik. Springer Verlag, Berlin. Eggers, U. et al. (2013) Werkstoff- und Halbzeugtechnologien für Leichtbau-Anwendungen. In: Leichtbau in der Fahrzeugtechnik. Springer Verlag, Wiesbaden. Frauenhofer IWU (2015) Presshärten von Profilen und Blechen [ ] ssh%c3%a4rten.pdf Frauenhofer IWU (2016) Presshärten von Blechen und geschlossenen Profilen [ ] Industrial Laser Solutions (2016) Tailor welding coils with the fiber-delivered laser [ ] Institut der deutschen Wirtschaft Köln (2015) CO2-Regulierung in Europa [ ] Maschinenmarkt (2012) Tailored Tempering macht Automobile leichter und sicherer [ ] / 50 /

51 Quellen Quellen Maschinenmarkt (2013) Ofenfreier Prozess für das Presshärten ist möglich [ ] Maschinenmarkt (2015) AP&T setzt auf Weiterentwicklungen beim Presshärten [ ] Mubea (2011) Tailor Rolled Products: Herstellungsprozess [ ] herstellungsprozess/ Naderi, M. (2007) Hot Stamping of Ultra High Strength Steels. Print RWTH Aachen, Aachen. Ploshikhin,V., Kaiser, J., Langejürgen, M., Lengsdorf, C., Heyde, M., Roll, K. (2011) Neue Entwicklungen in der Erwärmungstechnologie beim Warmumformen von Blechen, In: Int. Tagung MEFORM 2011, Freiberg. Ryabkov, N., Jackel, F., van Putten, K., Hirt, G. (2008) Production of blanks with thickness transitions in longitudinal and lateral direction through 3D-Strip Profile Rolling. In: International Journal of Material Forming. Springer, Paris. Salzgitter AG (2016) Product Development with Tailored Welded Blanks and Patchwork Systems [ ] / 51 /

52 Quellen Quellen Springer (2008) Weitere Verbesserungen bei Tailored Blanks [ ] Steinhoff, K. et al. (2009) Optimized processes and products in hot sheet metal forming. In: Hot sheet metal forming of highperformance steel. Verlag Wissenschaftliche Scripte, Auerbach. Steinhoff, K. et al. (2012) Hot Stamping of Multi-Material Composites. In: Hot sheet metal forming of high-performance steel. Verlag Wissenschaftliche Scripte, Auerbach. ThyssenKrupp Steel Europe (2012) Warmumformung im Automobilbau: Verfahren, Werkstoffe, Oberflächen. Verlag Moderne Industrie, Landsberg/ Lech. Tschätsch, H. (2010) Praxis der Umformtechnik. Vieweg und Teubner Verlag, Wiesbaden. Umformtechnik Magazin (2006a) Entwicklungstendenzen beim Presshärten in der Automobilindustrie [ ] Umformtechnik Magazin (2006b) Praxis/ Bandbearbeitung: Durch dick und dünn [ ] / 52 /

53 Quellen Quellen Umformtechnik Magazin (2011) Warmumformung: Bedarf steigt bis 2015 rasant [ ] rasant_17428_de/ Voestalpine (2013) PHS-Ultraform - Der Maßstab für presshärtende Stähle [ ] Youtube (2012) Ford Fiesta 2000 Euro NCAP Crash Test [ ] / 53 /