Kragenziehen von Sandwichblechen

Im Rahmen dieses Projekts wird Kragenziehen verwendet, um in Sandwichblechen versteifte Anbindungsstellen zu schaffen, die für nachgelagerte Fügeprozesse verwendet werden. Das Ziel ist es, ein Prozessverständnis für das Kragenziehen von Sandwichblechen zu entwickeln und Gestaltungsrichtlinien abzuleiten, um eine prozesssichere und wirtschaftliche Fertigung von Fügestellen in Sandwichblechen zu ermöglichen.

Motivation

Um die ständig steigenden Leichtbauanforderungen zu erfüllen, existieren unterschiedliche Ansätze. Häufig werden moderne Verbundwerkstoffe verwendet, die durch ihren spezialisierten Aufbau bessere gewichtsspezifische Eigenschaften als konventionelle, monolithische Werkstoffe besitzen. Die Kombination steifer Deckbleche (meist Stahl oder Aluminium) mit leichten Kernwerkstoffen (häufig Kunststoffe) zu Sandwichblechen ermöglicht bei hauptsächlich biegebeanspruchten Bauteilen eine deutliche Gewichtsreduktion bei gleichbleibender Steifigkeit. Sandwichbleche mit Polymerkernen weisen zudem geräuschdämpfende Eigenschaften auf und sind daher prädestiniert für Fassaden- und Karosserieteile.

Obwohl die Herstellung von Sandwichblechen zum Stand der Technik zählt, sind insbesondere im Bereich Fügen und Umformen noch zahlreiche Herausforderungen zu lösen. Beispielsweise weisen Sandwichbleche ein gegenüber konventionellen Blechen komplexeres Umformverhalten auf, welches mit zusätzlichen Versagensmechanismen einhergeht. Weiterhin liegen die benötigten Prozesstemperaturen für thermische Fügeverfahren deutlich über der Zersetzungstemperatur von Kunststoffen und bei vorgespannten Verbindungen besteht das Risiko des Vorspannkraftverlusts durch Kriechen des Polymerkerns.

[1] Exemplarisches Prozessfenster für D Stempel = 10 mm, R Stempel = 1,5 mm und R Ziehring = 0,45 mm. Dargestellt sind experimentell hergestellte Kragen (Datenpunkte) und numerisch abgeschätzte Verläufe der Prozessgrenzen (Farbflächen)

Vorgehensweise

Zu Beginn wird ein numerisches Modell aufgebaut, das die Entwicklung eines modularen Versuchswerkzeugs und weiterführende Untersuchungen unterstützt. In umfangreichen Versuchsreihen werden verschiedene Prozess- und Geometrieparameter variiert und deren Einflüsse sowie Prozessgrenzen untersucht. Parallel dazu erfolgt die kontinuierliche Erweiterung und Optimierung des FE-Modells.

Nach der Beherrschung des Prozesses werden verschiedene, anwendungsrelevante Konzepte für Fügeverbindungen gestaltet und deren Festigkeit geprüft. Die gewonnenen Erkenntnisse werden in einer analytischen Modellvorstellung zusammengeführt. Diese ermöglicht es, auch nicht explizit untersuchte Materialkombinationen auszulegen.

[2] Schliffbild eines erfolgreich gezogenen Kragens mit diesen Parametern

Danksagung

Die hier dargestellten Forschungsarbeiten finden im Rahmen des IGF-Vorhabens 18773 N der Forschungsvereinigung Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V. (EFB) statt. Dieses wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Ferner bedanken wir uns bei allen Industriepartnern, die das Forschungsprojekt „Kragenziehen von Sandwichblechen“ unterstützen:

  • Audi AG
  • BMW Group
  • Daimler AG
  • FILZEK TRIBOtech
  • Graepel Löningen GmbH & Co. KG
  • RAZIOL Zibulla & Sohn GmbH
  • Rhenus Lub GmbH & Co KG
  • Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH
  • Siebenwurst Werkzeugbau GmbH
  • thyssenkrupp Steel Europe AG
  • Volkswagen AG