Gründerzentrum

Der Transfer von Erkenntnissen, prozesstechnischen Erfahrungen und technologischen Neuentwicklungen in der Umformtechnik in die industrielle Praxis steht im Vordergrund der Tätigkeit des Gründerzentrums UMFORMTECHNIK. Die Initiative des Transfers von Forschungsergebnissen entsteht oftmals aufgrund ökonomischer Tendenzen am Markt für umformtechnisch hergestellte Komponenten oder aufgrund von neuen Werkstoffen für umformtechnisch hergestellte Produkte, die sich in der Markteinführung befinden.

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Die Entwicklung und Umsetzung neuer Verfahren und Prozesse der Blechumformung vom „Labor“ in eine entsprechende Produktionstechnik im Unternehmen steht im Mittelpunkt verschiedener Entwicklungsprojekte des Transfer- und Gründerzentrums UMFORMTECHNIK am Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart. Den Schwerpunkt bilden hierbei die Charakterisierung neuer Blechwerkstoffe in Bezug auf deren fertigungstechnische Grenzen, deren Eigenschaften an den Grenzen etablierter Blechumformverfahren, spezielle Untersuchungen zum Themenbereich der Simulation, der Werkzeug- und Pressentechnik, uvm. Die Arbeitsgebiete des Gründerzentrums UMFORMTECHNIK am Institut für Umformtechnik reichen von Serien- und Sonderverfahren mit einer entsprechenden Mess-, Versuchs- und Anlagentechnik am Institut über Grundsatzuntersuchungen, gezielte Weiterentwicklungen bis hin zur Optimierung oder Kombination etablierter Verfahren mit neuen Prozessen (Fügen, Faserapplikationen etc.). Dazu zählen u. a. die Verfahrensentwicklung von Magnesiumblechformteilen, die Herstellung von Edelstahl- und Titanblechformteilen unter erhöhten Temperaturen, ebenso wie die Kombination von Textil-Blech-Verbundwerkstoffen in konventionellen Umformprozessen, uvm.

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Ein energieeffizienter und ressourcenschonender Einsatz von Werkstoffen bildet in der heutigen Massivumformung ein wesentliches Auslegungskriterium für zukünftige Bauteile, Baugruppen und auch dafür geeignete Produktionssysteme. Eine Beibehaltung der Technologieführerschaft auf diesem Gebiet bedeutet hierbei, den stetig steigenden Anforderungen an neue Produkte hinsichtlich deren spezifischer Festigkeit, Bauteilzuverlässigkeit und anderer Eigenschaftsprofile auf möglichst wirtschaftlichem und ressourcenschonendem Wege Rechnung zu tragen. Im Bereich der Massivumformung werden im Gründerzentrum UMFORMTECHNIK daher neuartige Prozessführungen zur Herstellung hohler Werkstücke durch Fließpressen, die Neugestaltung von Verfahren zur Verarbeitung höherfester Werkstoffe, neuartige Temperaturführungen vor, während und nach dem Umformen sowie neuartige Regelungskonzepte für Kaltfließpressverfahren erarbeitet. Diese gänzlich neuen Entwicklungen sollen technologische Ansätze liefern, um die Produktqualität auch nahe der Verfahrensgrenzen in engen Grenzen halten zu können.

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Die Formgebung im teilflüssigen Materialzustand und im Besonderen das Thixo-Schmieden bezeichnet die Formgebung von metallischen Werkstoffen zwischen der Solidus- und der Liquidustemperatur der eingesetzten Legierungen. Das Fertigungsverfahren ermöglicht die anspruchsvolle Formgebung schwer gießbarer Knetlegierungen und besitzt damit einen deutlichen Vorteil gegenüber dem konventionellen Druckgussverfahren. Weitere Vorteile dieser Semi-Solid-Formgebung sind kürzere Taktzeiten, ein geringerer Porenanteil, weniger Lunker und Materialeinschlüsse, sowie verbesserte mechanische Eigenschaften beispielsweise in Form von höheren Festigkeitskennwerten sowie Bruchdehnungen im Vergleich zu verschiedenen Gießverfahren. Darüber hinaus können die hergestellten Bauteile komplexe Geometrien mit sowohl dick- als auch dünnwandige Formen, als auch lange Fließwege aufweisen und dabei exzellente Oberflächenqualitäten erreichen. Die im Bereich Thixo-Umformen bearbeiteten Projekte im TGZ UMFORMTECHNIK betreffen insbesondere Anwendungen und Bauteilentwicklungen für die Medizintechnik, sowie die Automobilindustrie. Zielsetzung ist dabei die Entwicklung von Near-net-shape- und Net-shape-Formgebungs-prozessen für biokompatible und hochschmelzende Werkstoffe aus einer fertigungsorientierten und wirtschaftlichen Sichtweise.

https://opencms.uni-stuttgart.de/fak7/ifu/Forschung/Forschungsgebiete/img_Forschung/Forschung_Werkstoffe.jpg Die Kenntnis über die Umformeigenschaften metallischer Werkstoffe ist zur optimalen Auslegung entsprechender Bauteile und Fertigungsprozesse erforderlich. Zur Ermittlung dieser Eigenschaften stehen dem Gründerzentrum zahlreiche Verfahren, Messmethoden und Prüfmaschinen zur Charakterisierung von Blechwerkstoffen, Stangenmaterial, Profilen und Drähten zur Verfügung. Zusätzlich zu den konventionellen Charakterisierungsverfahren kommen neue Prüfmethoden zum Einsatz, die eine beanspruchungsgerechte und fertigungsprozessnahe Werkstoffprüfung ermöglichen. Hierzu zählt die Bewertung der Kantenrissempfindlichkeit moderner, hochfester Blechwerkstoffe nach dem Scherschneiden durch den am Institut für Umformtechnik entwickelten Diabolo-Test. Des Weiteren ist die erweiterte Prüfung der Biegbarkeit von Blechen mit dem Knickbiegeversuch möglich. Dieser Test ermöglicht die Prüfung von Blech-, Guss- und Strangpressproben mit einer in-situ Aufnahme der auftretenden Formänderungen unter verschiedenen, dynamisch applizierten Belastungen. Die Prüfung von mehrachsigen Spannungszuständen in der Blechumformung mit wechselnden Beanspruchungsrichtungen, sogenannten nicht-linearen Dehnpfaden, erfolgt mit Hilfe des hexagonalen Streckrahmens. Dieser erlaubt die gezielte Beanspruchung von Blechproben auf definierten, nicht-linearen Dehnpfaden bis zum Versagen der Probe. Weiterhin steht in dieser Arbeitsgruppe ein Thermo-Mechanisches-Prüfsystem GLEEBLE 3800c zur Charakterisierung diverser anderer metallischer Werkstoffe zur Verfügung. Zahlreiche andere Prüfeinrichtungen wie ein Stauchplastometer mit einer Presskraft von 1.000 kN, eine Warmtiefungs-Anlage für die Prüfung von Superplast-Legierungen (Aluminium / Magnesium), Prüfeinrichtungen für die Bestimmung von Grenzkurven von Blechwerkstoffen im ebenen Dehnungsraum.

 

Leistungsübersicht / Kooperationsmöglichkeiten des

TGZ UMFORMTECHNIK an der Universität Stuttgart

 

Blechumformung und Hydroforming

  • Durchführen von Umformsimulationen
  • Formänderunsanalysen am Bauteil
  • Verschleissuntersuchungen unter Serienbedingungen
  • Verfahrensfragen / Verfahrensoptimierung / Modifikation von Umformwerkzeugen
  • Untersuchungen zur Sensitivität, Robustheit und numerische Optimierung von Blechumformprozessen
  • Untersuchungen zum Energieverbrauch durch den Umformprozess
  • Verfahrenstechnische Grundsatzuntersuchungen zum Tief- und Streckziehen
  • Tribologische Analysen / Messungen / Erfassen der Oberflächentopografie von Werkzeugen und Platinen / Schmierstoffuntersuchungen
  • Werkzeugbau: Prototypenwerkzeuge und seriennahe Umformwerkzeuge / Lieferung von Musterteilen bis zu 10.000 Bauteile pro Jahr
  • Auslegung von Methodenplänen für einfache Bauteile aus Blech und Bearbeitung von verfahrensspezifischen Fragen zur Herstellbarkeit
  • Herstellung von prototypischen Textil-Faserblechen, Umformversuche dazu, Charakterisierung der Bauteileigenschaften usw.
  • Temperaturmanagement in Umformwerkzeugen: Kühlen und Erwärmen mittels elektrischer Energie

Ansprechpartner:                Dipl.-Ing. Pat.-Ing. Philipp Schmid

 

Massivumformung

  • Untersuchung aller heute bekannten Kaltfließpressverfahren
  • Durchführen von Umformsimulationen
  • Verfahrensfragen / Verfahrensoptimierung
  • Untersuchungen zur Sensitivität, Robustheit und numerische Optimierung von Massivumformprozessen -       Weiterentwicklung von Kaltmassivumformverfahren
  • Durchführung von Machbarkeitsuntersuchungen, bestehend aus Prozesssimulation, Werkzeugkonstruktion, Werkzeuginbetriebnahme, Parametervariation und Herstellung von Musterteilen
  • Rohteil- und Bauteilanalyse (Oberfläche, Mikrohärteverteilung)
  • Schadensanalyse und Optimierung etablierter Kaltfließpressprozesse, mit Hilfe einer Prozesssimulation, optischen Verfahren usw.
  • Aufnahme von Stauchfließkurven mit dem thermomechanischen Prüfsystem GLEEBLE 3800c
  • Tribo-Tests hinsichtlich Schmierstoff- oder Werkzeugwerkstoffeignung für konventionelle Fließpressverfahren insbesondere für höherfeste Werkstoffe
  • Entwicklung neuartiger Fließpressverfahren durch Verfahrenskombinationen oder Integration zusätzlicher Fertigungsschritte (Institutsübergreifende Zusammenarbeit)
Ansprechpartner:                Dr.-Ing. Alexander Felde

 

Formgebungsverfahren (Semi-Solid Forming Technology)

  • Rheologische Messungen metallischer Werkstoffe im teilflüssigen Zustand
  • Konstruktion und Bau von Prototypenwerkzeugen für die Formgebung im teilflüssigen Materialzustand
  • Einstellung des Formgebungsprozesses und Herstellung von Versuchsbauteilen
  • Thermodynamische Auslegung von Formgebungswerkzeugen (Ansys Workbench)
  • Strömungstechnische Simulation des Materialflusses in Formgebungswerkzeugen (Flow-3D)
  • Rheologische Untersuchung von metallischen Werkstoffen (bis zu 1000°C; Hochtemperatur-Rheometer)
  • Thermomechanische Materialcharakterisierung für die Formgebung im teilflüssigen Materialzustand (GLEEBLE 3800c)
  • Prüfung der erzeugten Gefügestrukturen und Anfertigung entsprechender Probenkörper

Ansprechpartner:                Dipl.-Ing. Kim Riedmüller

 

Werkstoffcharakterisierung

  • Zugversuche nach DIN EN ISO 6892-1 bei RT und erhöhten Temperaturen
  • Aufnahme von Grenzformänderungskurven (FLCs) nach ISO DIN EN ISO 12004 bei RT und erhöhten Temperaturen
  • Biegeversuche
  • Stauchversuche
  • Grundsatzuntersuchungen zur Charakterisierung von Blechwerkstoffen
  • Aufheizversuche / Gefügeveränderungen / Mikro-Härte-Messungen
  • Vorrecken von Blechproben (Aufbringen von bi-axialen, uni-axialen und plane-strain Vordehnungen mittels 6-Achs-Spannrahmen und nach Marciniak) / Mehrschritt-Prüftechnik
  • Ermittlung der Kantenrisssensitivität
  • Prüfung von rostfreien Blechwerkstoffen / austenitische und ferritische Legierungen
  • Modellierung / Fließkurvenapproximation / Fließortbestimmung
  • Aufbau von Prüfeinrichtungen für die Massiv- und Blechumformung
  • Messen / Charakterisierungen von Werkstoff- und Gefügeveränderungen in der Prozesskette des Kunden

Ansprechpartner:                Dipl.-Ing. Klaus Drotleff

 

Weiterbildung

  • Weiterbildung in ausgesuchten Wissensgebieten in Form der Schulungsreihe „Umformwissen Kompakt“
  • Aktuelle Bausteine: Blechwerkstoffe, Blechumformung allgemein, Massivumformung allgemein, Methodenplanung, Werkzeuginbetriebnahme
Ansprechpartner:                Dipl.-Ing. Sergei Senn

 

Kontaktaufnahme

 

Institut für Umformtechnik
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Mathias Liewald
Universität Stuttgart
Holzgartenstraße 17
70174 Stuttgart

Tel:             +49 (0)711 / 685-83960
Fax:           +49 (0)711 / 685-83839
E-Mail:       tgz@ifu.uni-stuttgart.de