Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Innenhochdruck-Umformung höchstfester Aluminiumlegierungen

Aluminiumlegierungen zählen zu den wichtigsten Leichtbauwerkstoffen und werden im modernen Karosseriebau für Außenhautbauteile bereits erfolgreich eingesetzt. Ein neuer Ansatz ist die Implementierung hochfester Aluminiumlegierungen in struktur- und crashrelevanten Bereichen, um eine ganzheitliche Leichtbaustrategie zu verfolgen. Da die Umformbarkeit dieser Legierungen jedoch eingeschränkt ist, fanden diese bisher lediglich im Flugzeugbau unter Einsatz spanender Fertigung Anwendung. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es daher umformtechnisch geeignete und wirtschaftlich sinnvolle Prozessrouten für diese Werkstoffklasse zu identifizieren und zu untersuchen. Von besonderem Interesse sind hierbei die Verfahren des Umformen im lösungsgeglühten, abgeschreckten und kaltausgelagerten Zustand (W-temper Forming) sowie das Umformen unter Abschreckbedingungen. In Abhängigkeit dieser beiden Prozessrouten und durch Variation der Prozessparameter sollen die Formgebungsgrenzen hochfester Legierungen der 7xxx Serie bei der Innenhochdruck-Umformung von rohrförmigen Halbzeugen signifikant erweitert werden. Kern des Projekts bilden die Charakterisierung der Halbzeuge, die numerische Prozessauslegung sowie die Herstellung eines Demonstrators. Als Zielgröße wird eine möglichst hohe Bruchdehnung bei höchsten Festigkeiten als finale Eigenschaft angestrebt, um crashrelevante Bauteile realisieren zu können. Der Nutzen für Unternehmen, insbesondere KMU, stellt sich derart dar, dass durch die praxisnahen Untersuchungen (etablierte IHU-Technologie, Verwendung stark nachgefragter Halbzeugwerkstoffe) und deren komprimierte Aufbereitung Informationen über den IHU-Prozess hochfester Aluminiumlegierungen anwenderfreundlich nutzbar bereitgestellt werden. Weiterhin werden die effektiven Prozessparameter zur Umformung und Wärmebehandlung der einzelnen Werkstoffe dargestellt. Ebenso ermöglicht die Wirtschaftlichkeitsanalyse einen schnellen Vergleich der untersuchten Prozesse untereinander.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens konnte erfolgreich nachgewiesen werden, dass die umformtechnische Herstellung hochfester Aluminiumbauteile aus rohrförmigen Halbzeugen durch Innenhochdruck-Umformung unter Verwendung unterschiedlicher Prozessführungsstrategien möglich ist. Neben dem Umformen im lösungsgeglühten und abgeschreckten Zustand (W-Temper-Umformung) wurde als weitere Prozessroute das Abschreckumformen (Hot Form Quench, HFQ) untersucht und beide Verfahren vergleichend einander gegenübergestellt. Es wurden Materialkennwerte für die beiden Prozessrouten ermittelt und die Umformprozesse begleitend simuliert. Auf Basis eines Ergebnisabgleichs zwischen Simulation und Experiment wurde nachgewiesen, dass numerische Prognose und experimentelle Realität sehr nah beieinander liegen und die ermitteln Werkstoffdaten das Verhalten im Prozess sehr gut abbilden. Es wurden systematische Untersuchungen mit numerischer Prozesskettenauslegung zur Umformung von Aluminium-Hohlprofilen aus den Legierungen EN AW-7020 sowie EN-AW 7075 durchgeführt. Letztlich erfolgte die Bewertung der finalen Werkstoffeigenschaften sowie der Ausformung von Bauteilen in Abhängigkeit der Umformparameter (Temperatur, Gefüge des Halbzeugs, Druckaufbaurate und max. Innendruck). Beide Prozessrouten eignen sich in der Kombination mit dem IHU gleichermaßen zur Herstellung komplexer Profilbauteile.

Mithilfe der vorgestellten Prozessrouten wird die Geometriefreiheit für die Herstellung von Profilbauteilen aus hochfesten Aluminiumlegierungen erheblich erweitert, was neue Anwendungsbereiche im Mobilitätssektor erschließt. Durch den umfangreichen Abschlussbericht sowie das speziell für Industrieanwender erstellte Merkblatt wurden die Forschungsergebnisse anwendungsnah und übertragbar für KMU aufbereitet.