Durch hybrides Verbundschmieden können ein Stahlblech und ein Aluminiummassivteil schon im Umformprozess stoffschlüssig verbunden werden. Das ist besonders für den Automobilbau interessant.
Denn im automobilen Leichtbau werden hybride Strukturen sowohl aus unterschiedlichen Materialien, als auch aus Massiv- und Blechelementen eingesetzt. Häufig werden Ansätze aus dem Materialleichtbau und dem Strukturleichtbau verwendet, um Material anforderungsgerecht an den jeweiligen Stellen einzusetzen und Bauteilgewichte zu senken.
Das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) erforscht seit letztem Jahr gemeinsam mit dem Institut für Schweißtechnik und Trennende Fertigungsverfahren (ISAF) der TU Clausthal, wie massive Aluminiumbolzen und Stahlbleche stoffschlüssig gefügt werden können.
Da die Verbindung von Aluminium mit Stahl einige Herausforderungen birgt – wie Kontaktkorrosion oder die Bildung spröder intermetallischer Phasen – wird Zink als Lotwerkstoff genutzt. Der Aluminiumbolzen muss für das hybride Verbundschmieden an der Fügestelle mit Zink beschichtet werden. Die Tauchbeschichtung hat eine Dicke von 150 µm. Als Blech wird ein verzinktes Stahlblech (DX54+Z) genutzt.
Im IPH finden die Untersuchungen des Fügens durch Umformung unter anderem auf unterschiedlichen Umformpressen statt. Das Bild oben zeigt das Ergebnis eines ersten Fügeversuchs. Untersucht wurden verschiedene Temperaturbereiche (100 bis 360 °C) und Umformgeschwindigkeiten (50 bis 460 mm/s). Zwar konnte zunächst eine Verbindung erreicht werden, die Fügepartner trennten sich jedoch bei der Versuchsauswertung.
Nach den ersten Stauchversuchen, die zur Eingrenzung der zu untersuchenden Parameter genutzt wurden, sollen nun Umformversuche mit einem Umformwerkzeug durchgeführt werden. Um reproduzierbare Ergebnisse erzeugen zu können und eine definierte Fügezone zu generieren, wird für den Umformprozess ein Umformwerkzeug konstruiert.
Dieses Werkzeug ermöglicht es, eine reproduzierbare Umformung der Aluminiumbolzen bei definierter Temperatur durchzuführen. Die gefügten Hybridteile werden in weiteren Versuchen auf ihren Zusammenhalt und die Belastbarkeit der Verbindung geprüft.
Belastbare hybride Bauteile für den automobilen Leichtbau
Um die Hybridteile im Automobilbau einsetzen zu können, müssen sie weiterbearbeitet werden können. Daher werden auch im Projekt die Teile einem weiteren Bearbeitungsschritt unterzogen. Anhand von Tiefziehversuchen wird die Auswirkung eines Tiefziehprozesses auf den Zusammenhalt des Hybridteils untersucht.
Einsatzgebiete für die Hybridteile können beispielsweise Ösen für die Frachtsicherung, Halterungen aus Aluminium auf einem Stahlblech oder Verbindungselemente aus Aluminium an Achsschenkeln zur Verbindung mit Aluminiumlenkern sein.
Das Projekt „Hybrides Verbundschmieden als Fügeverfahren für Aluminiummassivteile und Stahlbleche“ wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert und läuft noch bis Ende 2018.
Quelle und weitere Infos: PHI-Hannover
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