Innovative Fertigungsverfahren

Unterschiedliche Blechdicken zu einem festen Verbund zusammengeführt

Maßgenaue Verbindung zweier unterschiedlicher Materialien und Blechdicken

Der Einsatz von Werkstoffen mit höherer Festigkeit stellt die Fügetechnik in der Automobilbranche und anderen Industriezweigen vor große Herausforderungen. Die Kombination verschiedener Materialien und Blechdicken gewinnt zunehmend an Bedeutung. Etablierte thermische Fügeverfahren wie das Schweißen stoßen schnell an ihre Grenzen. Festigkeitsverluste, erhöhte Verzugsneigung und Rissanfälligkeit können die Folge sein. Beim Verbinden von Rohren oder Profilen mit Blechen kann das Knickbauchen als umformtechnisches Fügeverfahren eine Alternative sein.

Das Verfahren ermöglicht eine kosten- und ressourceneffiziente Fertigung von Produkten.
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Prof. Dr.-Ing. Markus Bambach, Leiter des Fachgebiets Konstruktion und Fertigung, entwickeln diese mechanischen Fügeverfahren, die zwei Werkstücke durch eine plastische Umformung und nicht durch das lokale Aufschmelzen zweier Materialien, verbinden. "Durch dieses Verfahren können Taktzeiten verringert, Fügeoperationen automatisiert oder die Maßgenauigkeit an der Fügestelle erhöht werden", so Bambach.

In einem im Jahr 2014 erfolgreich abgeschlossenen Projekt erhielten die Forscher umfangreiche Ergebnisse zum grundlegenden Prozess des Fügens durch Knickbauchen bei Raumtemperatur. Im darauf aufbauenden Projekt, das nun abgeschlossen ist, stehen die weitere Prozessoptimierung und eine der Umformung vorausgehende Erwärmung im Vordergrund. "Wir konnten zeigen, dass die Erwärmung des Werkstücks an der Stelle, die verformt werden soll, ein verbessertes Ergebnis bei gleichzeitig verringertem Kraftaufwand ermöglicht. Ebenso können Rohre durch eine kurzzeitige lokale Wärmebehandlung mit vordefinierten Knickstellen versehen werden, was die Flexibilität dieses Fügeverfahrens weiter erhöht", so der wissenschaftliche Mitarbeiter Michael Rusch. Die Erwärmung der
Rohre auf bis zu 700 Grad Celsius realisieren die Wissenschaftler durch eine selbst gefertigte induktive Erwärmungsanlage, welche berührungslos und mit hohem Wirkungsgrad arbeitet.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler befassten sich vorrangig mit experimentellen Untersuchungen. In Zusammenarbeit mit dem Link zu einer externen Seite Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) der Universität Hannover konnte eine computergestützte Simulation des Verfahrens, zum Beispiel zur Vorhersage von Prozessparametern, realisiert werden. Ein kürzlich gestartetes Nachfolgeprojekt befasst sich von Mai 2016 bis April 2018 mit der Erhöhung der Verbindungsfestigkeit und der Erweiterung des Anwendungsspektrums beim Fügen durch Knickbauchen.

Das Projekt mit dem Titel "Prozessoptimierung des Fügens durch Knickbauchen mittels lokaler Halbwarmumformung" wurde vom EFB – Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V. finanziert und betreut. Das zweijährige Projekt unterstützte die Link zu einer externen Seite Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Link zu einer externen Seite Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.