Werkstoffgerechtes Konstruieren und Gestalten mit metallischen Werkstoffen

Moderne Konstruktionen im Maschinen- und Fahrzeugbau werden oft aus Umwelt- und Kostengründen als Leichtbaukonstruktionen ausgeführt. Dabei spielen metallische Werkstoffe auf Grund ihres hohen Recyclingpotential und ihrer hervorragenden Verarbeitbarkeit trotz ihrer zum Teil recht hohen Dichte nach wie vor eine bedeutende Rolle. Neue Fertigungs- und Fügeverfahren ermögliche neuartige konstruktive Lösungen. Dabei kann zum Teil auf neue, metallische Halbzeuge zurückgegriffen werden.
Die aktuelle Entwicklung der zur Fertigung von Blechen verwendeten Stähle, Aluminiumund Magnesiumlegierungen sowie ihre spezifischen Fertigungseigenschaften werden einleitend beschrieben. Es schließt sich eine Klassifizierung von Halbzeugen und Beschreibung der Fertigung der Halbzeuge an, die auf den Leichtbau ausgerichtet ist. Dabei werden Probleme, Grenzen und typische Fehlermöglichkeiten bei der Herstellung der Halbzeuge beleuchtet.
Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung und Untersuchung neuer Halbzeuge. Beispielhaft sind hier die leichten Stahlrohre als Leichtbauprofile, ihre Vorformung durch Gleitziehen und ihre Ausformung durch einen geringen Wirkmediendruck genannt. Es werden verschiedene Fertigungsmöglichkeiten diskutiert. Sie eignen sich für Tragwerke und Rahmenstrukturen und stellen eine Kombination aus Rohrprofil und Biegeträger dar.
Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit ist die Entwicklung des Verfahrens zur Herstellung von blechebenen Aluminium Stahl Tailored Blanks. Sie werden durch einen Kaltpressschweißvorgang bei gleichzeitiger Umformung durch Walzen hergestellt und weisen, anders als bei schmelzgeschweißten Tailored Blanks, keine interkristallinen Phasen auf. Damit eignen sie sich prinzipiell auch für Karosserieaußenteile.
Den größten Umfang nehmen die strukturierten Feinbleche als neuartige Halbzeuge für den Konstruktionsprozeß ein. Ihr Materialverhalten wird ausführlich dargestellt und unter Nutzung von FEM- Simulationen erläutert. Die dazu entwickelten angepassten Prüfverfahren werden vorgestellt. Sie unterscheiden sich erheblich von den Prüfverfahren für glatte Bleche, die nur das Materialverhalten, nicht aber die Halbzeugeigenschaften wiedergeben. Die durchgeführte Zug-, Biege- und Torsionversuche zeigten eine starke Struktur- und Materialabhängigkeit. Die Ergebnisse der Untersuchungen zur mechanischen und wirkmedienbasierten Umformung werden vorgestellt und auf ihre Praxistauglichkeit überprüft. Dabei werden Kennwerte für Werkzeuge und Strukturen für die Konstruktion bereitgestellt. Die für die Gestaltung von Bauteilen oft so wichtigen Fügeverfahren des Klebens, Punktschweißens und Schraubens werden an strukturierten Feinblechen sowohl untereinander als auch mit glatten Feinblechen untersucht und dargestellt.
Zusammenfassend werden die Vor- und Nachteile der neuen Halbzeugarten sowie weiterer Forschungsbedarf beschrieben. Für jedes Halbzeug sind Konstruktions- und Gestaltungshinweise erarbeitet worden.