Umformtechnisches Fügen

Prof. Dr.-Ing. A. Erman Tekkaya
Institut für Umformtechnik und Leichtbau (IUL)
Technische Universität Dortmund
Baroper Straße 301
44227 Dortmund
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Ziele

Im Teilprojekt A10 wurden Fügestrategien zum umformtechnischen Fügen entwickelt. Ziel war es hierbei, die Flexibilität und Komplexität in Bezug auf die zu fügenden Bauteile und den Verfahrenseinsatz zu steigern. Hierzu wurden grundlegende Untersuchungen zum stoffschlüssigen Fügen von Profil-Blechverbindungen mit Impulsmagnetschweißen durchgeführt. Dies beinhaltete die Entwicklung einer geeigneten Prozessführung und der erforderlichen Fügewerkzeuge. Ergänzend wurden Untersuchungen zum kraft- und formschlüssigen Fügen durch Weiten sowie zur umformtechnischen Fügestellenvorbereitung mittels elektromagnetischer Umformung durchgeführt.

 

Zusammenfassung

Bisher stand die Entwicklung von Strategien und Gestaltungsregeln zum umformtechnischen Fügen von Profil-Profilverbindungen im Fokus des Teilprojekts A10. Dabei wurde vor allem die Gestaltung von Verbindungen, bei denen die Lastübertragung kraft- oder formschlüssig erfolgte, und die entsprechende Prozessführung zur Erzeugung hochbelasteter Fügestellen untersucht. In Phase III des SFB/TR 10 wurden die grundlegenden Untersuchungen zum umformtechnischen Fügen auf die Erzeugung von Blech-Profilverbindungen erweitert.

Mittels IHF erzeugte Fügeverbindungen am SFB/TR10 Demonstrator
Mittels IHF erzeugte Fügeverbindungen am SFB/TR10 Demonstrator

 

 

Diese wurden durch das impulsmagnetische Schweißen, einer Verfahrensvariante der elektromagnetischen Umformung (EMU), gefügt. Dabei wurden stoffschlüssige Verbindungen durch die Kollision der Fügepartner bei sehr hohen Geschwindigkeiten erzeugt. Die blechförmigen Bauteile wurden hierbei durch starke, kurzzeitig wirkende impulsförmige Magnetfelder beschleunigt. In diesem Teilprojekt wurde der Einfluss der wichtigsten Prozessparameter auf die Verbindungsfestigkeit von Blech-Profilverbindungen untersucht und daraus geeignete Fügestrategien abgeleitet. Zudem wurden geeignete Werkzeugkonzepte zum impulsmagnetischen Schweißen entwickelt werden. Diesbezüglich stellte besonders die Werkzeugentwicklung für die Verbindung von 2D- oder 3D-gekrümmten Bauteilen eine große Herausforderung dar. Neben der Entwicklung von Strategien zum Fügen von Blech-Profilverbindungen wurden im Teilprojekt A10 auch die Untersuchungen zu kraft- und formschlüssigen Profil-Profilverbindungen fortgeführt. Hierbei lag der Fokus auf dem Fügen durch elektromagnetische Umformung, da das Fügen mittels Innenhochdruck bereits sehr detailliert in Phase II untersucht wurde. Auf Basis der bisherigen Forschungsarbeiten wurden Strategien und Gestaltungsregeln zum Fügen von Profilen mit eingebetteten Funktionselementen und für höherfeste Aluminiumlegierungen entwickelt. Darüber hinaus wurden die Anforderungen an das Fügestellendesign unter dem Aspekt der zyklischen und dynamischen Bauteilfestigkeit untersucht werden. Um die Verfahrensflexibilität zu steigern, wurden zudem grundlegende Untersuchungen zum Fügen durch Weiten mittels EMU durchgeführt und daraus die zielführenden Fügestrategien abgeleitet.

Auf Grundlage dieser experimentellen Untersuchungen wurden für das Fügen mittels elektromagnetischer Umformung analytische bzw. halbanalytische Modelle zur Prozess- und Fügestellenauslegung entwickelt. Für die Verifikation der entwickelten Modelle erfolgte ein Abgleich mit experimentellen Versuchen und entsprechenden FE-Berechnungen.