Umformverhalten von großflächigen, dünnwandigen und sphärischen Strukturen im Flugzeugbau

Es besteht stetiger Trend, Flugzeugstrukturen aufgrund
ökologischer und ökonomischer Gründe weiter bzw. neu zu
entwickeln. Dabei bietet die neuartige Aluminiumlegierung
AlMgSc aufgrund einiger sehr guten Eigenschaften großes
Potential zum Einsatz im Flugzeugrumpf. Beispielsweise wirkt
sich vorteilhaft aus, dass großflächige und dünnwandige
Strukturen aus AlMgSc hervorragend kriechumgeformt werden
können, wobei die Werkstücke bei erhöhter Temperatur und
über einen längeren Zeitraum hinweg pneumatisch in eine
Negativform gedrückt werden.
Während das niederhalterlose Kriechumformen zylindrischer
bzw. einfach gekrümmter Bleche problemlos möglich ist, neigen
jedoch sphärische bzw. doppelt gekrümmte Strukturen zum
Beulversagen während des Umformens.
Die vorliegende Arbeit behandelt zunächst die Herstellbarkeit
dünnwandiger und sphärisch gekrümmter Werkstücke durch
das niederhalterlose pneumatische Umformen mit besonderem
Fokus auf das Beulversagen. Dabei wird durch experimentelle,
numerische und analytische Untersuchungen die Gefahr des
Beulens, die sogenannte „Beulkritikalität“, in Abhängigkeit
geometrischer und werkstofftechnischer Größen ermittelt.
Des Weiteren wird beschrieben, wie beulkritische Bleche
durch die geeignete Nutzung von Niederhaltern versagensfrei
umgeformt werden können.
Darüber hinaus erfolgt eine Evaluierung zur Anwendung
von Heizmatten als energieeffiziente Möglichkeit der
ofenlosen Blecherwärmung beim Kriechumformen
anhand von mehreren Versuchen. Abschließend wird die
Übertragbarkeit der Erkenntnisse an zwei luftfahrtbezogenen
Anwendungsbeispielen gezeigt.