Leichtbau in der Blechumformung

Forschungsthemen im Bereich "Blechumform- und Schneidverfahren"

Ressourcenschonung und Leichtbau stellen am IFU nach wie vor die dominierende Motivation für den Großteil der Entwicklungsprojekte in Industrie und Forschung dar. Aufgrund der steigenden Leichtbauanforderung müssen Blechbauteile eine immer höhere Steifigkeit sowie gleichzeitig ein möglichst geringes Gewicht aufweisen. Zudem werden von den Konstrukteuren nicht nur leichtere Blechbauteile, sondern auch Bauteile mit höherer Genauigkeit und geometrischer Komplexität gefordert. Daher konzentriert sich die Forschung am IFU auf diesem Gebiet auf die Prozess- und Werkzeugentwicklung sowie die Verbesserung der Wertschöpfung von Blechteilen und Karosseriekomponenten. Hierbei werden im Wesentlichen zwei Strategien verfolgt:

  1. "Leicht und steif": Blechbauteile aus Leichtbauwerkstoffen mit hoher Steifigkeit.
  2. "Dünnwandig und hochfest": Bauteile aus dünnem und hochfestem Blechwerkstoffen.

Beim Einsatz moderner metallischer Leichtbauwerkstoffe besteht die Herausforderung, trotz der teilweise eingeschränkten Verarbeitbarkeit im Vergleich zu konventionellen Karosseriewerkstoffen, gleichermaßen eine herausragende Qualität zu liefern und die Herstellkosten des Bauteils in Grenzen zu halten. Durch die Entwicklung hochfester und duktiler Aluminium- und Magnesiumwerkstoffe und innovativer Wärmebehandlungsprozesse ist es möglich, die Bauteilwanddicken zu reduzieren. Der Beitrag des Instituts für Umformtechnik (IFU) der Universität Stuttgart zur Erreichung der Gesamtzielsetzung innerhalb des Verbundprojektes SMiLE umfasst dabei folgende Aktivitäten: Charakterisierung des Umformverhaltens neuartiger, modifizierter Aluminium- und Magnesiumwerkstoffe für Bleche und Profile in Zusammenarbeit mit den Materialherstellern, Verbesserung der Beschreibung des Versagensverhaltens bei der Herstellung von Karosseriebauteilen, dadurch verbesserte Ausnutzung des Umformpotentials, Begleitung der Bauteilherstellung, Mitwirkung bei der Charakterisierung der Bauteileigenschaften sowie die Darstellung des Leichtbaupotentials der Neuentwicklungen.
Letztlich soll im Rahmen dieses Projektes der am IFU bereits entwickelte Werkstoffnavigator (siehe Abb.) um weitere Kriterien und innovative Werkstoffe für die Blech- und Profilumformung erweitert werden.


Laufzeit: 01.2015 - 03.2019

Stefan Walzer, M. Sc.

Gefaltete Monozelle mit einer lokal begrenzten Umformzone an zuvor definierten Faltkanten


Das Ziel des Forschungsprojektes ist die Realisierung eines umformtechnischen Herstellprozesses von komplexen zellulären Faltstrukturen aus Feinblech. Die Faltstrukturen weisen ein im Vergleich zu ebenen Blechen ein deutlich gesteigertes Flächenträgheitsmoment auf, wodurch sich die Biege- und Torsionssteifigkeit von so konzipierten flächigen Bauteilen stark erhöhen lässt. Durch die multidirektionale Faltkantenorientierung der Struktur sind die mechanischen Eigenschaften des Verbundes annähernd flächenisotrop und vergleichbar mit denen von Honigwabenkernen. Gleichzeitig bietet der im Rahmen des Projekts entwickelte Herstellprozess das Potential, die Fertigung deutlich wirtschaftlicher zu gestalten und auf Fügestellen im Verbundkern zu verzichten. Die Faltstrukturen können Honigwabenstrukturen in vielen Bereichen als Kernstruktur ersetzen und zusätzlich auch als optische Außenfassade oder als Wärmetauscher eingesetzt zu werden. Im bisherigen Verlauf des Forschungsprojektes wurden die benötigten Fertigungsstufen ermittelt, prototypische Werkzeugkonzepte entwickelt und gefertigt. Für die Herstellung werden zwei Fertigungsstufen realisiert: eine erste zur initialen Erzeugung der Faltkanten in dem ebenen Halbzeug, eine zweite zur Auffaltung der Struktur auf Sollhöhe. Zur Untersuchung des mechanischen und des werkstofftechnischen Verhaltens der Struktur während der Faltung wurden ebenfalls numerische Modelle entwickelt. Die lokale Begrenzung der Umformung durch vorab definierte multidirektionale Faltkanten und die Berücksichtigung einer geeigneten Faltkinematik durch den Faltprozess führen zu guten Umformergebnissen.


Laufzeit: 01.2015 - 03.2019

Matthias Schneider, Dipl.Ing.

Zum Seitenanfang