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08-07-2019 | Umformen | Nachricht | Article

Umformbarkeit von Aluminium-Bauteilen verbessert

Author:
Nadine Winkelmann

Ein neues Verfahren verbessert die Umformbarkeit von TWBs aus Aluminium erheblich. Dabei wird der Schweißprozess als lokales Lösungsglühen in den Prozessablauf miteinbezogen.

Bei der Herstellung von Fahrzeugkarossen werden vor allem Materialien verwendet, die möglichst leicht, hochfest, gleichzeitig aber crash-sicher sind. Aluminium, höchstfeste Stähle sowie insbesondere Alu/Stahl-Hybride gelten in diesem Zusammenhang nach wie vor als idealer Kompromiss der gewünschten Materialeigenschaften bei guter Kosten-Nutzen-Balance. Eine bereits etablierte Möglichkeit das Gewicht moderner Fahrzeugkarosserien zu senken besteht darin sogenannte Tailor Welded Blanks (TWB) einzusetzen. Dies sind Blechplatinen bei denen entsprechend der späteren Beanspruchung Blechzuschnitte mit unterschiedlichen Dicken oder Werkstoffeigenschaften zunächst im flachen Zustand verschweißt und anschließend mittels Umformen und Tiefziehen zu leichtbauoptimierten Bauteilen weiterverarbeitet werden.

Integrierte Wärmebehandlung

Was bei Stahlplatinen kein Problem ist, kann bei Aluplatinen problematisch werden: Die Schweißnaht hat eine geringere Festigkeit als der umgebende (Grund-)Werkstoff, da Aluminium durch das Schweißen lokal an Festigkeit verliert. Das bedeutet, dass die Schweißnaht beim Umformen oder Tiefziehen reißt. An der Materialprüfungsanstalt (MPA) der Universität Stuttgart wurde nun ein Verfahren entwickelt, dass die Umformbarkeit von TWBs aus Aluminium erheblich verbessert, indem es eine Wärmebehandlung in den Fertigungsprozess integriert. Dabei bezieht die neu entwickelte Wärmebehandlungsstrategie bereits den Schweißprozess als lokales Lösungsglühen in den Prozessablauf mit ein.

Durch eine gezielt getimte Wärmebehandlung beziehungsweise Warmauslagerung direkt nach dem Schweißen ermöglicht das neue Verfahren einen bisher unerreichten Umformgrad und damit eine prozesssichere Integration von TWBs aus Aluminium. Ein weiterer Vorteil ist, dass das neue Verfahren auch auf hybride TWBs aus Aluminium und Stahl angewendet werden kann. Durch Einsparung des Prozessschrittes Lösungsglühen können überdies sowohl der Energieeinsatz als auch die Fertigungskosten erheblich reduziert werden. 

Warmauslagerungen erhöhen die Festigkeit

Das Verfahren besteht aus zwei Schritten, die problemlos in den Fertigungsprozess integriert werden können. Im ersten Schritt wird das lokale Lösungsglühen während des Schweißprozesses bei der Herstellung der TWBs genutzt, um in einer anschließenden Niedertemperatur-Warmauslagerung lediglich die Festigkeit der Schweißnaht vor dem Kaltumformen gezielt zu erhöhen und damit eine Dehnungslokalisation zu vermeiden. Die zweite Warmauslagerung erfolgt nach der Umformung während des Lackeinbrennens und erhöht die Festigkeit des gesamten Bauteils inklusive Schweißnaht bis zum Erreichen der Gebrauchseigenschaften. Die Eignung des Verfahrens ist bereits in Zugversuchen mit entsprechend behandelten Schweißnähten an EN AW 6016 (T4) demonstriert worden.

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