Kryogene Umformung von Aluminium-Außenhautbauteilen für automobile Anwendungen

Ein geringeres Fahrzeuggewicht senkt den Treibstoffverbrauch und somit auch den Ausstoß von schädlichen Treibhausgasen. Daher wird versucht, Fahrzeuge durch den Einsatz von Leichtmetallen, insbesondere Aluminiumlegierungen, immer leichter zu gestallten. Allerdings ist die Umformbarkeit von Aluminiumblechen bei Raumtemperatur eingeschränkt. Um ein rissfreies Tiefziehen von komplexen Aluminiumbauteilen realisieren zu können, werden solche Bauteile derzeit bei erhöhten Temperaturen umgeformt. Dabei ändert sich der mikrostrukturelle Ausgangszustand des Bleches. Um diesen Nebeneffekt zu vermeiden und das Umformvermögen von Aluminium trotzdem zu erhöhen, gibt es die Möglichkeit den Umformprozess bei tiefkalten (kryogenen) Temperaturen durchzuführen. Aluminiumlegierungen haben die Eigenschaft, dass die Gleichmaßdehnung, das Verfestigungsverhalten und die Zugfestigkeit mit sinkender Temperatur deutlich steigen. Zum Nachweis dieser verbesserten Umformbarkeit unter kryogenen Bedingungen wurde im vorangegangenen Projekt (FFG-Projektnr. 838893, ausgezeichnet mit dem Innovationspreis OÖ 2015) eine Prozesskette für kryogene Aluminiumblechumformung entwickelt. Bei diesem Prozess erfolgte der Nachweis, dass komplexe Bauteile (Miniatur B-Säule), die bei Raumtemperatur nicht rissfrei tiefziehbar waren, bei sehr tiefen Temperaturen ohne Riss umgeformt werden konnten. Der Umformprozess selbst birgt bei diesen tiefen Temperaturen große Herausforderung und wurde im vorhergehenden Projekt unter Laborbedingungen erfolgreich durchgeführt. Eine Industrialisierung dieses Prozesses zur Serientauglichkeit erfordert eine Weiterentwicklung in der Umformwerkzeugtechnik, sowie eine erweiterte Automatisierung der kryogenen Prozesslinie. Ebenso zeigen die im vorherigen Projekt erzielten Ergebnisse ein großes Potenzial bei der Entwicklung neuer Legierungen, die besonderes für den Umformprozess bei sehr tiefen Temperaturen geeignet sind.. Folgende Herausforderungen sind im vorliegenden Projekt zu bewältigen: • Ausgehend von etablierten 5xxx und 6xxx Aluminiumwerkstoffen die am Markt verfügbar sind, ist eine Entwicklung von Legierungssystemen mit optimierten Eigenschaften hinsichtlich kryogener Umformbarkeit durchzuführen. • Den qualitativen und quantitativen Nachweis der optimierten Legierungen soll durch ein geometrisch komplexes Außenhautbauteil erfolgen. Der Fokus des, durch numerische Simulation optimierten, Werkzeugbaus liegt daher auf der Erreichung möglichst tiefer Temperaturen um das kryogene Umformpotential der Aluminiumlegierungen möglichst auszureizen. • Automatisierung der Kühlprozesslinie zum Nachweis der Serientauglichkeit des gesamten kryogenen Umformprozesses. Zur Zielerreichung stehen besonderes die im vorgehenden Projekt gewonnenen Erfahrungen und Erkenntnisse, sowie die technischen Möglichkeiten der Projektpartner zur Verfügung. Die Projektergebnisse sollen zur industriellen Anwendung des kryogenen Umformprozesses führen und dadurch jedem Partner in seinem Geschäftsbereich wirtschaftlichen und technischen Nutzen bringen.