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Erweiterung von Prozessgrenzen der Bonded Blank Technologie durch hydromechanische Umformung

Laufzeit:01.01.2008 – 30.09.2010
Förderung:AVIF / FOSTA
Kontakt:blechumformungifum.uni-hannover.de

Bei der Doppellagenblechtechnik (Bonded Blanks) werden lokal Bereiche eines Bauteils durch die Verwendung eines Verstärkungsbleches und/oder einer höheren Materialgüte verstärkt. Hierzu wird das Verstärkungsblech auf das Grundblech aufgeklebt. Aufgrund der spezifischen Prozessanforderungen kommt hier ein Klebstoff zum Einsatz, der in einem zweistufigen Prozess abbindet bzw. aushärtet. In der ersten Stufe liegt die Klebschicht in Form eines Thermoplasten vor, was den Umformprozess erst möglich macht, da die Klebfuge unter der extrem hohen Umformpressung steht und kein Klebstoff herausgedrückt werden darf. In der zweiten Stufe wird der Klebstoff vernetzt, was zu einer hohen Gebrauchsfestigkeit führt und prozesseffizient in der Trockenstufe der KTL-Einbrennlackierung erfolgt. Das Verstärkungsblech kann dabei eine andere Blechdicke als das Grundblech aufweisen. Die Blechzuschnitte (Grund- und Verstärkungsblech) werden in einem Werkzeug zusammen umgeformt und können sich dabei relativ zueinander verschieben. Die Prozessgrenzen sind durch die maximale Differenz der Festigkeit bzw. Dicke des Verstärkungsbleches und der minimalen Festigkeit bzw. Dicke des Grundbleches vorgegeben. Werden diese Prozessgrenzen überschritten, tritt eine Kerbwirkung auf, und ein Reißer wird im Grundblech initiiert.
Ziel des Forschungsvorhabens war die Erweitung der Prozessgrenzen der Bonded Blank Technik mit geklebten Platinen durch die hydromechanische Umformung. Hierbei wurde eine Verminderung der Kerbwirkung im Grundblech erreicht. Darüber hinaus wurde insbesondere eine Steigerung der Verhältnisse Festigkeit/Dicke des Verstärkungsbleches zur Festigkeit/Dicke des Grundbleches angestrebt. Das Forschungsvorhaben wurde durch zwei Forschungsstellen bearbeitet, das IFUM bearbeitete die Umformtechnik und das ifs die Klebtechnik zum Fügen von Verstärkungsblech und Grundblech mittels nachvernetzbaren Schmelzklebstoffen.


Im Rahmen des Projekts wurden im hydromechanischen und im klassischen Tiefziehverfahren lokal verstärkte Doppellagenblechverbunde in unterschiedlichen Werkstoff- Klebstoffkombinationen umformtechnisch hergestellt. Neben einer stilisierten Federbeindomgeometrie, in deren Kuppe ein Verstärkungsblech eingebracht ist, sind Untersuchungen an Bauteilen mit Rechteckgeometrie durchgeführt worden.

Weiterhin wurde die zweistufige Klebtechnik zum Fügen der Doppellagen mit neuartigen reaktiven Schmelzklebstoffen untersucht und parallel mit einem in der Anwendungsforschung der Bonded Blanks Technik schon früher zum Einsatz gekommenen Klebstoffsystem vergleichend untersucht. Die prozesstechnischen Anforderungen der Bonded Blank Technik an die Klebstoffe und die unproblematische Integration der Klebtechnik in die bestehenden Fertigungslinien im Rohbau der Fahrzeugindustrie wurde dabei besonders berücksichtigt. Es zeigte sich, dass alle untersuchten Klebstoffe im Vorhaben prinzipiell für die zweistufige Klebtechnik für Bonded Blanks geeignet sind. Sie lassen sich in den Applikationsformen als feines Pulver im Pulversprühprozess oder in Folienformunproblematisch auf die Bleche auftragen, können durch einfache thermische Prozesse als klebfreie Beschichtung in einem lagerfähigen Zustand flexibel in der Produktion vorgehalten und in einem einfachen thermischen Pressenvorgang zur Doppellage gefügt werden.

 

Alle Klebstoffe erhielten eine Versuchsfreigabe für den KTL-Serienbeschichtungsprozess bei einem OEM der Fahrzeugindustrie, da keine schädigende Wirkung auf die Vorbereitungsbäder und die Lackierung selbst zu befürchten sind.

Da die Verbesserung der Umformeignung der Klebstoffe bei erhöhten Temperaturen nachgewiesen werden sollte, kam ein beheizbares Tiefziehwerkzeugsystem zur Herstellung von Rechtecknäpfen zum Einsatz. Im Rahmen dieser Versuchsreihe wurden lokal verstärkte Doppellagenbleche zunächst im Ofen bis auf 45 °C (für die Polyurethanklebstoffe) bzw. 90 °C (für den reaktiven Co-Polyamid) erwärmt und dann im Werkzeug, das mittels integrierter Heizelemente auf die gleichen Temperaturen einstellbar ist, umgeformt. Das Bauteilverhalten wurde bei der anschließenden finalen Aushärtung und im Rahmen von Beultests untersucht. Dabei konnte eine Verbesserung der Verbundhaltbarkeit von warm umgeformten Doppellagenblechen in der finalen Aushärtungsstufe nachgewiesen werden. Eine Veränderung des Steifigkeitsverhaltens erwärmt umgeformter Bauteile konnte in den Beulversuchen jedoch nicht beobachtet werden.

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