Das Presshärten ultra-hochfester Stahllegierung ist ein etabliertes Verfahren zur Fertigung sicherheitsrelevanter Karosseriekomponenten. Weiteres Leichtbaupotential bieten Bauteile mit maßgeschneiderten Eigenschaften. Im Fokus bisheriger Untersuchungen standen vor allem Prozessvarianten, um die Duktilität örtlich zu verbessern. Dem gegenüber gibt es bisher keine etablierte Verfahrensvariante, um bei gleichbleibendem Bauteilgewicht einen gegenteiligen Effekt, also eine lokale Festigkeitssteigerung, zu erzielen. Vielversprechend ist in diesem Zusammenhang der Prozess der Aufkohlung. Aufgrund des fehlenden Prozesswissens war die übergeordnete Zielsetzung der vorliegenden Dissertation die Erarbeitung eines grundlegenden Prozessverständnisses zur Gradierung der mechanischen Eigenschaften durch eine örtlich begrenzte Aufkohlung.
Zu diesem Zweck wurden zunächst prozessseitige und halbzeugseitige Einflussfaktoren bei der Aufkohlung analysiert. Durch eine ganzheitliche Charakterisierung wurde unter anderem ein grundlegendes Prozesswissen erarbeitet. Darauf aufbauend wurde die Ausdehnung der entstehenden Übergangszone gradierter Bauteile und der Einfluss einer Gradierung auf die mechanischen Eigenschaften untersucht. Die abgeleiteten Erkenntnisse wurden anhand eines Musterbauteils verifiziert. Neben einer Übertragung der Prozessführung auf eine andere Legierung erfolgte zudem eine Bewertung des Potentials aufgekohlter Halbzeuge für den Presshärteprozess.
Aktualisiert: 2022-09-27
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Die Presshärtetechnologie gewann in den letzten Jahren in der Automobilindustrie aufgrund steigender Anforderungen hinsichtlich Sicherheit und Leichtbau zunehmend an Bedeutung. Hierfür kommen meist Mangan-Bor-Stähle zum Einsatz, die im Lieferzustand gut umformbar sowie anschließend durchhärtbar sind. Durch die mit hohen Abkühlraten einhergehende Umwandlung des austenitischen Gefüges in Martensit lassen sich je nach Werkstoff Bauteile mit Festigkeiten von bis zu 2000 MPa herstellen. Zudem weisen beanspruchungsgerechte sowie steifigkeitsoptimierte Leichtbaustrukturen zunehmend eine profilintensive Bauweise auf, sodass für die Verarbeitung dieses Werkstoffes effiziente Verarbeitungstechnologien bereitgestellt werden müssen. Die vorliegende Arbeit soll das Anwendungspotenzial des Walzprofilierens mit integrierter Wärmebehandlung aufzeigen und Hemmnisse bezüglich des industrielle Einsatzes abbauen.
In Anlehnung an den indirekten Presshärteprozess wird zunächst eine Vorformung durch Kaltprofilieren und anschließend eine Wärmebehandlung parallel zur Bauteilkalibrierung realisiert, sodass maßhaltige Bauteile mit hoher Festigkeit sowie lokal definierten mechanischen Eigenschaften herstellbar sind. Als Technologieträger dient ein Hutprofil, dessen Form einem Längsträger nachempfunden ist. Um die Vor- und Nachteile der Technologie aufzuzeigen, wird die Wirkung verschiedener Einflussparameter mittels experimenteller und simulativer Methoden systematisch untersucht und dokumentiert.
Aktualisiert: 2023-01-19
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Moderne Warmformstähle benötigen Lösungen zur Integration tragfähiger Gewinde in dünnwandig ausgeführte Blechbauteile. Schweißmuttern stellen den Stand der Technik dar, sind jedoch aufgrund der prozessbedingten Wärmeeinbringung in die Fügezone als kritisch zu bewerten. Einen effizienten Ansatz zur Verkürzung der Prozesskette bei der Bauteilherstellung bildet das umformtechnische Fügen von Stanzmuttern während des Formhärtens. Die hohen Fügekräfte, welche bereits zur Ausbildung geringer Hinterschnitte notwendig sind, stellen jedoch eine große Herausforderung dar, welcher ebenfalls unter dem Aspekt einer Serientauglichkeit begegnet werden muss. Zur Analyse des Herstellungsprozesses wird ein Versuchswerkzeug entwickelt, mit welchem das Fügen von Stanzmuttern bei unterschiedlichen Blechtemperaturen im Labormaßstab umgesetzt wird. Unter Berücksichtigung des Fügeprozesses bei Raumtemperatur wird das Prozessverständnis für das Fügen bei hohen Blechtemperaturen aufgebaut. Mithilfe metallografischer Untersuchungen werden werkstoffphänomenologische Effekte durchdrungen, welche durch die Phasentransformationen während der Abkühlung im Blechwerkstoff erfolgen. Die hergestellten Verbindungen werden hinsichtlich der sich ausbildenden Verbindungsmerkmale bewertet und ein Prozessfenster abgeleitet. Eine Bewertung des mechanischen Eigenschaftsprofils der während des Formhärtens hergestellten Stanzmutterverbindungen erfolgt anhand von Tragfähigkeitsuntersuchungen. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse kann ein hohes Einsatzpotenzial der neuartigen Prozesskombination bestätigt werden, wodurch eine Steigerung der Effizienz in der Herstellung formgehärteter Bauteile realisierbar ist.
Aktualisiert: 2022-09-01
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In den letzten Jahren ist eine stetige Steigerung der Bedeutung von Profilen als Konstruktionselement zu verzeichnen. Vor allem Hohlprofile werden aufgrund deren großen Anpassungsfähigkeit bezüglich Flächenträgheitsmomente im Automobilbau oder in der Baubranche eingesetzt. Dabei stellt das Walzprofilieren das dominierende Fertigungsverfahren zur Herstellung von Hohlprofilen dar. Das praktisch unveränderte technologische Wirkprinzip des Fertigungsverfahrens erfährt durch die Integration einer flexiblen, lokal begrenzten Erwärmungseinrichtung und einer nachgelagerten Abkühlstrecke eine Weiterentwicklung, indem maßgeschneiderte profilförmige Bauteile mit einer über den Profilquerschnitt homogenen Festigkeitssteigerung bzw. mit gradierten Eigenschaften in Längs- und Querrichtung realisiert werden können.
Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Auswirkung der induktiven Erwärmung beim Austenitisieren eines walzprofilierten Erzeugnisses vor dem Abschrecken auf seine mechanischen Eigenschaften und Mikrostruktur. Die Ausführungen umfassen eine Darlegung des Einflusses der schnellen induktiven Erwärmung auf die Gefügeentwicklung, die Einleitung der Entfestigungsprozesse sowie auf erzeugte Eigenspannungen. Anhand der erzielten Ergebnisse wird eine Empfehlung zur Auslegung des Prozessfensters gegeben.
Aktualisiert: 2022-09-01
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Das wachsende Umweltbewusstsein und der stetige Anstieg der Fahrzeugzahlen stellen in der Automobilindustrie zentrale Herausforderungen dar, um neue Fahrzeugkonzepte zu entwickeln. Zur Sicherstellung der Insassensicherheit bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion findet als etabliertes Fertigungsverfahren das Presshärten Anwendung. Im Vergleich zu konventionellen Umformverfahren sind die Werkzeuge aufgrund der hohen thermo-mechanischen Beanspruchungen massiven Verschleißerscheinungen ausgesetzt. Um eine gleichbleibende Bauteilqualität sicherzustellen und den Wartungsaufwand zu reduzieren, ist ein geeigneter Verschleißschutz der Werkzeuge erforderlich. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei Ansätze verfolgt, um die Verschleißbeständigkeit von Presshärtewerkzeugen zu erhöhen. Zu diesem Zweck kam das Laserstrahllegieren sowie das Oberflächenbeschichten zum Einsatz. Der Fokus der Untersuchungen lag darauf, den Einfluss unterschiedlicher Legierungselemente und Elementkonzentrationen auf das Verschleißverhalten abzuleiten. Ein weiterer wesentlicher Bestandteil der Arbeit lag in der Entwicklung einer Auswertemethodik zur quantitativen Beschreibung des Oberflächenverschleißes, wodurch eine Bewertung der modifizierten Oberflächen im Hinblick auf die Verschleißneigung ermöglicht wurde. Im letzten Schritt erfolgte zur Sicherstellung der Anwendbarkeit der Oberflächenmodifizierung für den Presshärteprozess eine Übertragbarkeit auf einfache Bauteilgeometrien.
Aktualisiert: 2021-07-29
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In dieser Dissertation wird schwerpunktmäßig ein Chromstahl, mit Hinblick auf die Verwendung für crashrelevante Strukturbauteile im Automobilbau, nach entsprechender Wärmebehandlung untersucht. Ziel der Dissertation ist es, das Potenzial dieses Stahls unter Berücksichtigung prozessrelevanter Einflussfaktoren zu bewerten. Sämtliche Erkenntnisse ergeben ein Prozessfenster des Stahlwerkstoffs X46Cr13 für die Warmumformung von Bauteilen moderner Karosserien. Dies beinhaltet die Ermittlung einer geeigneten Wärmebehandlungsroute sowie die Durchführung von umformtechnischen Untersuchungen. Auf der Grundlage von experimentellen Versuchen zeigt die abschließende Betrachtung von X46Cr13 für den großseriennahen Warmumformungsprozess im automobilen Bereich die Stärken aber auch die Herausforderungen auf.
Aktualisiert: 2021-04-21
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In dieser Dissertation wird schwerpunktmäßig ein Chromstahl, mit Hinblick auf die Verwendung für crashrelevante Strukturbauteile im Automobilbau, nach entsprechender Wärmebehandlung untersucht. Ziel der Dissertation ist es, das Potenzial dieses Stahls unter Berücksichtigung prozessrelevanter Einflussfaktoren zu bewerten. Sämtliche Erkenntnisse ergeben ein Prozessfenster des Stahlwerkstoffs X46Cr13 für die Warmumformung von Bauteilen moderner Karosserien. Dies beinhaltet die Ermittlung einer geeigneten Wärmebehandlungsroute sowie die Durchführung von umformtechnischen Untersuchungen. Auf der Grundlage von experimentellen Versuchen zeigt die abschließende Betrachtung von X46Cr13 für den großseriennahen Warmumformungsprozess im automobilen Bereich die Stärken aber auch die Herausforderungen auf.
Aktualisiert: 2021-07-01
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Mit steigenden Fahrzeugzahlen in Deutschland nehmen die Anforderungen an moderne Pkws hinsichtlich Sicherheit und Effizienz stetig zu. Der Einsatz pressgehärteter Bauteile erlaubt es, Gewichtseinsparungen bei der Rohkarosserie zu erzielen und gleichzeitig den Schutz der Fahrzeuginsassen zu verbessern. Hohe Umformtemperaturen verhindern den Einsatz von Schmierstoffen, sodass hohe Reibung und starker Werkzeugverschleiß das Prozessfenster limitieren. Um das volle Potential des Presshärteverfahrens auszunutzen, bedarf es daher der Entwicklung von Maßnahmen zur Reduzierung von Reibung und Verschleiß. Hierfür wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Methodik zur Charakterisierung der Reib- und Verschleißbedingungen beim Presshärten erarbeitet, die eine gezielte und reproduzierbare Analyse der tribologischen Bedingungen ermöglicht. Mithilfe dieser Methodik wurde ein umfassendes Prozessverständnis in Bezug auf die vorherrschenden tribologischen Bedingungen geschaffen. Aufbauend auf diesem Prozessverständnis wurden werkzeugseitige Maßnahmen zur Reduzierung von Reibung und Verschleiß identifiziert. Hierbei zeigte sich, dass die Wahl und die Wärmebehandlung des Werkzeugwerkstoffs und der Einsatz von PVD-Werkzeugbeschichtungen Reibung und Verschleiß verringern können. Abschließend wurde die Übertragbarkeit der Erkenntnisse aus den Laborversuchen auf eine B-Säulen-Geometrie im Labormaßstab gezeigt, sodass die grundsätzlichen Erkenntnisse für den Presshärteprozess genutzt werden können.
Aktualisiert: 2020-09-10
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Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei alternative Verfahren der Warmblechumformung zur Erzeugung lokal angepasster Bauteileigenschaften entwickelt und untersucht. Mit der Prozesskette der Warmumformung mit anschließender Wärmebehandlung soll die Haltezeit im Werkzeug verkürzt und so eine Produktionssteigerung erzielt werden. Außerhalb der Presse ist somit das Einstellen spezifischer Gefügezustände in einem Bauteil möglich. Mit dem Verfahren des Gleitziehbiegens mit gleichzeitiger Wärmebehandlung soll die Variantenvielfalt höchst- und ultrahöchstfester Bauteile erhöht werden. In simulativen und experimentellen Versuchen werden die Prozessgrenzen der neuen Verfahren aufgezeigt. Im Rahmen umfangreicher Bauteil- und Prozessanalysen werden die neuen Prozessketten bewertet und die Vor- und Nachteile aufgezeigt. Mit diesen zwei neuen Verfahren sollen ultrahöchstfeste Bauteilbereiche und Bauteilbereiche mit einer höheren Duktilität und damit einhergehend einer höheren absorbierbaren Deformationsenergie in einem Bauteil erzeugt werden.
Aktualisiert: 2020-01-01
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Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei alternative Verfahren der Warmblechumformung zur Erzeugung lokal angepasster Bauteileigenschaften entwickelt und untersucht. Mit der Prozesskette der Warmumformung mit anschließender Wärmebehandlung soll die Haltezeit im Werkzeug verkürzt und so eine Produktionssteigerung erzielt werden. Außerhalb der Presse ist somit das Einstellen spezifischer Gefügezustände in einem Bauteil möglich. Mit dem Verfahren des Gleitziehbiegens mit gleichzeitiger Wärmebehandlung soll die Variantenvielfalt höchst- und ultrahöchstfester Bauteile erhöht werden. In simulativen und experimentellen Versuchen werden die Prozessgrenzen der neuen Verfahren aufgezeigt. Im Rahmen umfangreicher Bauteil- und Prozessanalysen werden die neuen Prozessketten bewertet und die Vor- und Nachteile aufgezeigt. Mit diesen zwei neuen Verfahren sollen ultrahöchstfeste Bauteilbereiche und Bauteilbereiche mit einer höheren Duktilität und damit einhergehend einer höheren absorbierbaren Deformationsenergie in einem Bauteil erzeugt werden.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Die vorliegende Arbeit zielt auf eine Verbesserung der numerischen Modellierung von Formhärteprozessen ab, um exakte Prognosen hinsichtlich des thermomechanischen Materialverhaltens während des Formhärtens sowie der resultierenden Bauteileigenschaften treffen zu können.
Zunächst erfolgt die Ermittlung einer experimentellen Datenbasis, um das Verständnis über die in Formhärtewerkstoffen ablaufenden metallurgischen Phänomene zu erweitern. Dafür wird ein Abschreck-Umform-Dilatometer verwendet, mit dessen Hilfe die wesentlichen Prozessparameter innerhalb von Formhärteprozessen im Labormaßstab variiert werden können.
Daran anschließend wird ein Stoffgesetz entwickelt, welches metallurgische Effekte in den Materialroutinen berücksichtigt. Dabei liegt das Hauptziel auf der numerisch exakten Beschreibung von Phasentransformationen in Abhängigkeit von umformspezifischen Parametern.
Zur Validierung des entwickelten Stoffgesetzes unter realitätsnahen Randbedingungen erfolgt abschließend die Modellierung von durchgeführten Bauteilversuchen. In den Bauteiluntersuchungen konnte äquivalent zu den Umform-Dilatometer-Versuchen die verformungsinduzierte Beeinflussung der Mikrostrukturentwicklung gezeigt werden.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Zugenommene Sicherheitsanforderungen, gesetzliche Umweltauflagen und die Erhöhung der Reichweiten insbesondere für die Elektromobilität sorgen für einen stetigen Anstieg pressgehärteter Bauteile im Automobilbau. Der wachsende Einsatz pressgehärteter Bauteile erfordert weltweit höhere Produktionskapazitäten und neue Produktionsanlagen.
Bezogen auf die Anforderungen an eine kompakte, flexible und ressourcenschonende Produktion gilt es im Rahmen dieser Arbeit das Prozessfenster bezüglich einer schnellen Platinenerwärmung ausfindig zu machen. Die Ermittlung des Prozessfensters basiert auf der Untersuchung des Grundwerkstoffs 22MnB5, der Al-Si-Beschichtung und der verwendeten induktiven Erwärmungstechnik.
Zunächst wird auf der Grundlage einer Literaturrecherche ein guter Überblick über den aktuellen Stand der Technik und Wissenschaft beim Presshärten gegeben.Um den Einfluss einer schnellen Erwärmung auf den Grundwerkstoff zu analysieren, werden Warmfließkurven erstellt sowie Zugversuche, Härtemessungen und Gefügeuntersuchungen durchgeführt. Für die Untersuchung der Machbarkeit der induktiven Erwärmung von Platinen für das Presshärten werden verschiedene Ansätze vorgestellt und Lösungen erarbeitet. Die Beschichtung wird zunächst bezüglich ihrer Eignung zur schnellen Erwärmung im heutigen Anlieferzustand untersucht. Für die Erzielung einer Verkürzung der Erwärmungszeiten wird die Beschichtung speziell durch ein Glühprozess vordiffundiert. Die veränderte Beschichtung durchläuft den Presshärteprozess und wird anschließend auf ihre Qualität und Eignung für die Automobilindustrie geprüft. Abschließend wird das ermittelte Prozessfenster anhand von Versuchen mit einem Prinzipbauteil überprüft.
Aktualisiert: 2019-12-12
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