Motivation und Zielsetzung
Der konstruktive Leichtbau kann einen Beitrag zur Einsparung von Ressourcen in der Herstellungsphase liefern und senkt umweltschädliche Emissionen während der Nutzungsphase. Die neuartige Tailored-Forming-Technologie ermöglicht die Umsetzung einer wirtschaftlichen Gewichtsreduzierung durch den lokalen Einsatz des Leichtbauwerkstoffs Aluminium an geeigneter Stelle. Dabei zeichnet sich das Tailored-Forming durch die umformtechnische Verarbeitung Nutzung vorgefügter hybrider Halbzeuge aus, was die gezielte thermomechanische sowie geometrische Beeinflussung der Fügezone ermöglicht. Zur Bewertung des industriellen Potentials der Tailored-Forming-Technologie wurde mit dem Anwendungspartner NSK Deutschland GmbH als Technologiedemonstrator eine dynamisch beanspruchte Ritzelwelle ausgewählt, welche im Einsatz häufigen Lastwechseln unterliegt. Anhand statischer und dynamischer Bauteilversuche wurde das Einsatzpotential der hybriden Ritzelwelle demonstriert.
Ergebniszusammenfassung
In Zusammenarbeit mit dem Anwendungspartner wurde die Geometrie und Bauteilanforderungen definiert. Die Herstellung der hybriden Halbzeuge erfolgte mittels Reibschweißen. Um einen möglichst vollflächigen Verbund mittels Reibschweißen zu erzeugen, wurden verschiedene Schweißflächengeometrien untersucht. Die hybriden Halbzeuge wurden anschließend durch Fließpressen umgeformt. Während der Umformung treten aufgrund der unterschiedlichen Fließspannungen der Materialien kritische Zugspannungen im Bereich der Fügezone auf, die zu einem Aufreißen führen können. Um diese Zugspannungen zu reduzieren, wurden die hybriden Halbzeuge inhomogen induktiv erwärmt mit dem Ziel, die Fließspannungsniveaus anzugleichen. Ebenfalls wurde die Umformung mit einem Gegendruck überlagert. Die induktive Erwärmung sowie der Umformprozess wurden dabei numerisch abgebildet, um geeignete Temperaturprofile und Gegendrücke zu identifizieren. Nach der Umformung wurden die Wellen wärmebehandelt, um die Festigkeit des Aluminiums zu erhöhen. Um den Zielkonflikt zwischen Steigerung der Festigkeit und Anwachsen der intermetallischen Phase und der damit verbundenen Schwächung der Verbundfestigkeit zu lösen, wurde eine angepasste Wärmebehandlungsroute entwickelt. Abschließend wurden die Bauteile statisch und dynamisch hinsichtlich ihrer Einsatzeigenschaften geprüft. Das Testprogramm umfasste u.a. Torsionsversuche, um sicherzustellen, dass die Ritzelwelle das im Einsatz vorliegende Drehmoment übertragen kann. In den Versuchen konnten insbesondere die Varianten mit konischer Schweißflächengeometrie und 160 MPa Gegendruck überzeugen und die Werte der eingesetzten Aluminiumlegierung im warm ausgelagerten T6 Zustand erreichen.
Laufzeit
Das Transferprojekt T2 wurde über zwei Jahre bis einschließlich 2021 im Rahmen des Sonderforschungsbereichs gefördert.
Veröffentlichungen
Teilprojektleitung
30823 Garbsen
30823 Garbsen
