In einem Kooperationsprojekt des Instituts für Bildsame Formgebung und des Instituts für Kraftfahrzeuge der RWTH Aachen, (DE), wurde das Potenzial der Kombination hochfester endkonturnaher Tailored Tubes mit der Innenhochdruck-Umformung (IHU) am Beispiel einer PKW-B-Säule aus der Mercedes-Benz-Klasse W203 untersucht. Über ein angepasstes Lastenheft konnte eine Vergleichbarkeit der Bauweisen gewährleistet werden. Die Rohreinformung, die Vorformung und die Innenhochdruck-Umformung wurden sowohl experimentell als auch numerisch nachvollzogen. Zur Berechnung der einzelnen Prozessschritte diente der explizite Finite-Elemente-Solver (FE-Solver) LS-DY-NA. Die Ergebnisse aus der Simulation wurden mit Experimenten in einem Werkzeugsystem aus dem atlas-spaceframe-Projekt verglichen. Das reelle Materialverhalten in der Prozesskette wurde mit den gekoppelten Simulationsmodellen sehr gut widergespiegelt. Die Crashperformance wurde anhand eines Komponententests ermittelt. Dieser Test repräsentiert den IIHS-Seitencrash (Insurance Institute for Highway Safety). Ohne Berücksichtigung der Umformeinflüsse drang der Crashschlitten in der Simulation tiefer in die B-Säule ein. Insbesondere bei den untersuchten hochfesten Werkstoffen, wie dem Dualphasenstahl DP600, dem mikrolegierten Stahl H340LAD, dem nichtrostenden Stahl H400 oder dem lufthärtenden Stahl LH900, hat die Umformhistorie einen entscheidenden Einfluss auf die Eigenschaften des fertigen Bauteils. Nach der Validierung der numerischen Modelle wurde die Geometrie der Werkzeuge an die Anforderungen des Lastenheftes der B-Säule des W203 angepasst. Zur numerischen Verifizierung der Herstellbarkeit der neuen Geometrie wurde die aus dem Tiefziehen bekannte Grenzformänderungskurve herangezogen. In die Versagenskriterien wurde ein Sicherheitsfaktor von 20 % integriert. Nachdem eine Bauweise, die den Anforderungen des Lastenheftes genügte, zur Verfügung stand, wurde die Wandstärke der Tailor Rolled Tubes bzw. die Materialkombination der Tailor Welded Tubes so weit optimiert, dass eine mit der Referenz-B-Säule identische Crashperformance entstand. Die steifigkeitsfördernde Prozesskette der IHU in Kombination mit den höherfesten Materialien und der lokalen Anpassung der Halbzeuge an die folgende Belastung ermöglichte eine Gewichtsreduktion von 7,9 kg für die Referenz-B-Säule auf durchschnittlich 4,9 kg (38 %). Die Kosten, die für diesen Gewichtsvorteil notwendig sind, wurden auf Basis des ULSAB-Kostenmodells (Ultra Light Steel Auto Body) abgeschätzt. Die Herstellungskosten konnten nahezu konstant gehalten werden.
Innenhochdruck-Umformung von endkonturnahen Tailored Tubes. Blechumformung
MM - Maschinenmarkt. Das IndustrieMagazin ; 6 ; 22-25
2009
4 Seiten, 6 Bilder, 4 Quellen
Article (Journal)
German
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