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Keywords
- Baustahl, Fügen durch Knickbauchen, Verfahrensgrenze, Finite Elemente Simulation (1)
- Faserverstärkung (1)
- Finite element method (FEM) Joining (1)
- Hybrid (1)
- Joining (1)
- Knickbauchen (1)
- Leichtbau (1)
- Metal forming (1)
- Metall-Kunststoff-Verbund (1)
- Rohre (1)
- Umformfügen (1)
- mechanical joining (1)
- mechanisches Fügen (1)
- parametrisiertes FE-Modell (1)
- shape optimization (1)
- tube forming (1)
- upset bulging (1)
Institute
Ermittlung von Verfahrensgrenzen für das Fügen durch Knickbauchen anhand des Werkstoffes E235+N
(2015)
Die Dauerschwingfestigkeit ist eine wichtige sowie für die Auslegung von zyklisch belasteten Bauteilen in Umformmaschinen notwendige Materialkenngröße. Diese Kenngröße ist nicht nur material- sondern auch fertigungsprozessabhängig.
Aufgrund der rapiden Entwicklung von additiven Fertigungsanlagen und Werkstoffen mangelt es an hinreichenden Erfahrungswerten zu den Betriebseigenschaften von additiv gefertigten Bauteilen.
Daher ist es wichtig, die Eignung von additiv gefertigten Bauteilen für Umformmaschinen im Vorfeld technologisch und wissenschaftlich zu untersuchen. Die Ermittlung der Dauerschwingfestigkeit von additiv gefertigten Komponenten für Umformmaschinen liefert außerdem einen Mehrwert für die konstruktive Auslegung anderer AM-Bauteile mit einem vergleichbaren Belastungskollektiv und
ermöglicht eine Topologieoptimierung von Komponenten von Umformmaschinen.
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde die Dauerschwingfestigkeit additiv gefertigter Bauteile in Abhängigkeit von der Gesamtheit der Herstellungsparameter eines WAAM-Prozesses sowie diverser Nachbehandlungsmethoden erfolgreich anhand des Fallbeispiels
Pleuel ermittelt.
Außerdem wurde die Anwendbarkeit von WAAM-Prozessen zur Herstellung von individuellen Anlagenbauteilen für den Bereich Umformmaschinen erfolgreich belegt. Mit den ermittelten Dauerschwingfestigkeitswerten konnte eine Grundlage zur Auslegung weiterer AM-Bauteile mit vergleichbaren Belastungskollektiv sowie Topologieoptimierung genannter Bauteile geschaffen werden.
Die Untersuchungen erfolgten an Laborproben geeigneter Geometrie in Bezug auf das Realbauteil und unter Gewährleistung der thermischen Übertragbarkeit auf Realbauteile. Abschließend ist mittels eines skalierten Demonstratorbauteils die Machbarkeit nachgewiesen worden.
Im Rahmen des DFG-AiF-Clustervorhabens »Großserientaugliche Prozessketten für hochintegrierte Bauteile aus hybriden Faser-Kunststoff / Metall-Verbunden« beschäftigt sich das Fraunhofer IWU, die TU Chemnitz und das IFUM mit der Entwicklung großserienfähiger Prozessketten zur effizienten Verarbeitung von Faser-Kunststoff / Metall (FK/M)-Verbunden zu konturierten Werkstücken, insbesondere unter Berücksichtigung der Anforderungen aus der Automobilindustrie. Dazu werden zwei grundlegende serienfähige Prozessketten für die Fertigung profilierter Bauteile entwickelt: Bei der Prozesskette 1 werden ebene FKM-Verbunde, bestehend aus optimiertem thermoplastischen Faser-Kunststoff und dünnwandigen Metalldecklagen, thermisch unterstützt zu profilierten Strukturbauteilen umgeformt. Die Prozesskette 2 behandelt eine neue Prozessvariante, bei der während der gemeinsamen Umformung von thermoplastischen Faser-Kunst¬stoff-Verbunden und metallischen Blechen die Verbindung der Einzelwerkstoffe zu hybriden Strukturen prozessintegriert erfolgt. Bei der Technologieentwicklung wird die gesamte Prozesskette von der Temperierung der Materialien über das Handling der Einzelkomponenten bis hin zur Umformung und Abkühlung der Teile unter Druckbeanspruchung betrachtet. Für diese Prozesskette wird ein Werkzeug ausgelegt und unter seriennahen Bedingungen umgesetzt. Die Machbarkeit beider Prozessvarianten wird an einem Technologiedemonstrator nachgewiesen und hinsichtlich der Prozessfähigkeit und der Verfahrensgrenzen miteinander verglichen.
Als branchenspezifischer Technologiedemonstrator wurde gemeinsam mit den projektbegleitenden Firmen der Dachquerträger einer PKW-Karosserie ausgewählt. An der fertiggestellten Komponente werden die mechanischen Bauteileigenschaften bei statischer Belastung geprüft. Ziel ist die Bewertung des Einsatzpotentials der untersuchten FK/M-Verbunde in Karosseriestrukturen von PKWs unter Leichtbaugesichtspunkten. Auf Basis des erarbeiteten Prozess-Know-hows können die Prozesszeiten und -kosten belastbar kalkuliert werden. Damit steht der Industrie zum Abschluss des Verbundprojekts ein umfassendes Instrument zur prozessorientierten Bauteilauslegung, Technologieplanung und Kalkulation anwendungsbereit für die Serienfertigung zur Verfügung.