Presshärten

Durch den Einsatz der Finite-Element-Methode (FEM) bei der Auslegung und Analyse von Presshärteprozessen kann die Anzahl von zeit- und kostenaufwendigen Praxisversuchen in dieser Phase der Produktentstehung reduziert werden. Bei der Simulation der Warmblechumformung bzw. des Presshärtens werden aufgrund der Umformung bei hohen Temperaturen große Anforderungen an die Simulationssysteme gestellt. Hierbei sind zusätzlich zur mechanischen Betrachtung, wie bei normalen Tiefziehprozessen, auch die thermischen Wechselwirkungen zwischen den Werkzeugen und der Platine infolge des Wärmeübergangs zu berücksichtigen. Um diese Besonderheiten in der Simulation abbilden zu können, werden thermisch-mechanisch gekoppelte Berechnungsmodelle verwendet.

Veröffentlichung

Pressgehärtete Strukturbauteile sind ein Schlüsselfaktor für den Leichtbau von Autos und damit für die Reduzierung der Fahrzeugmasse bei gleichzeitiger Erhöhung der Crashsicherheit. Der Einsatz von abgeschrecktem 22MnB5 (Usibor 1500) hat sich in der Warmumformung für die Herstellung sicherheitsrelevanter Karosseriebauteile etabliert. Um den Anwendungsbereich für pressgehärtete Bauteile zu erweitern, ist eine prozesssichere Fügetechnik erforderlich. Hochfeste Bauteile können mit anderen Karosserieteilen im Widerstandspunktschweißverfahren gefügt werden. Hier ergeben sich Herausforderungen wie ungleichmäßige Schweißlinsenausbildungen mit einer fehlerhaften Verbindung bei Mehrblechverbindungen. Mechanische Fügeverfahren, wie zum Beispiel das Stanznieten, sind aufgrund der hohen Härte der gehärteten Teile nur bedingt einsetzbar. Zu diesem Zweck wird häufig eine Glühbehandlung durchgeführt, um die Festigkeit des Materials nach dem Presshärten zu verringern. Eine weitere Möglichkeit, erweichte Bereiche zu erzeugen, ist die Einführung einer lokalen Verformung in den austenitischen Werkstoff. Die Phasenbereiche im Umwandlungsdiagramm der kontinuierlichen Abkühlung werden zu kürzeren Abkühlzeiten verschoben, was die Entwicklung von verformungsinduziertem Ferrit ermöglicht. Die lokale Ausdünnung und Erweichung verbessert die Fügbarkeit durch mechanische und thermische Fügeverfahren, erhöht aber die Umformkraft. Daher wird in dieser Studie der Prozess der Warmumformung und der lokalen Verformung zunächst durch numerische Simulationen abgeschätzt. Die erforderliche Kraft für die Umformung und eine optimale Positionierung sowie die mögliche Anzahl von Umformstempeln werden untersucht. Weiterhin werden erste experimentelle Ergebnisse zur Machbarkeit von lokal gedünnten und erweichten Blechen vorgestellt. Darüber hinaus werden an den erzeugten Proben Fügeversuche durch Widerstandspunktschweißen und Stanznieten durchgeführt, um die praktische Wirksamkeit der lokalen Ausdünnung und die Verwendung von verformungsinduziertem Ferrit für kritische Verbindungen zu veranschaulichen.

„Extension of the Conventional Press Hardening Process by Local Material Influence to Improve Joining Ability “

Bernd-Arno Behrens, Sven Jüttner, Kai Brunotte, Fahrettin Özkaya, Maximilian Wohner and Eugen Stockburger (2020) Procedia Manufacturing, Volume: 47; pp. 1345-1352.