Die geringen Dichten von Aluminium- und besonders Magnesiumlegierungen und die daraus resultierenden hohen spezifischen Festigkeiten machen diese Metalle attraktiv für Leichtbaukonstruktionen im Automobil- und Flugzeugbau. Das Gewicht von stranggepressten Hohlprofilen in diesen Transportmitteln ließe sich weiter senken, wenn es möglich wäre große Wandstärken nur an besonders stark belasteten Stellen eines Profils zu realisieren und in den übrigen Bereichen eine geringere Wanddicke zu erzeugen. Auf diese Weise müsste nicht das gesamte Hohlprofil mit dem größten Querschnitt produziert werden. Ziel des Vorhabens ist es, durch das Umformverfahren „indirektes Strangpressen“ zunächst mittels axial beweglicher Dornspitze Rund- und Formrohre mit über die Länge variabler Wandstärke in einem einzigen Prozessschritt herzustellen. Zu einem späteren Zeitpunkt sollen dann komplexere Hohlprofile durch geeignete Konstruktion von Kammerwerkzeugen produziert werden. Die Strangpressversuche werden durch mikrostrukturelle Charakterisierung der Pressprodukte begleitet, um die Einflüsse der Pressparameter auf den Pressprozess und auf die Eigenschaften der Pressprodukte zu untersuchen. Dabei kommen Licht- und Elektronenmikroskopie, sowie röntgenographische Untersuchungsverfahren zum Einsatz. Die mechanischen Eigenschaften der Hohlprofile sollen durch Zug- und Druckversuche an entnommenen Materialproben sowie durch Druckversuche an ganzen Hohlprofilabschnitten bestimmt werden.
Dieses Projekt wurde durch Mittel der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
Ansprechpartner: Dr.-Ing. Maik Negendank
Im Zuge erhöhter Bemühungen um einen modernen Leichtbau hat Magnesium als leichtester metallischer Konstruktionswerkstoff in den letzten 10 Jahren wieder an Bedeutung gewonnen. Jedoch werden Magnesiumlegierungen im Automobilbau fast ausschließlich als Gussbauteile verwendet, obgleich sie grundsätzlich strangpressbar sind. Stranggepresste Profile aus Magnesiumknetlegierungen werden in der Serienfertigung derzeitig noch nicht eingesetzt. Dies ist unter anderem in der mangelnden Korrossionsbeständigkeit und Schweißbarkeit der heutzutage verfügbaren Magnesiumknetlegierungen begründet. Aus diesen Überlegungen heraus, stellen Profile aus Magnesiumknetlegierungen mit einer Hülle aus einer korrossionsbeständigen und konventionell schweißbaren Aluminiumlegierung einen möglichen Lösungsansatz dar. Jedoch ergibt sich aufgrund des unterschiedlichen Verformungsverhaltens von Magnesium- und Aluminiumlegierungen beim Strangpressen eine Durchmengung der beiden Werkstoffe im Bereich der Pressnähte. Basierend auf den mittels FEM-Simulationen des Materialflusses von Magnesium und Aluminium sowie des Magnesium-Aluminiumverbundes beim Strangpressen durch ein Kammerwerkzeug gewonnenen Erkenntnissen werden speziell für die Coextrusion optimierte Werkzeuge in Abhängigkeit der Prozessparameter bestimmt, so dass Verbundprofile mit homogenen Eigenschaften über den Querschnitt und die Länge prozesssicher hergestellt werden können.
Dieses Projekt wurde durch Mittel der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
Ansprechpartner: Priv.-Doz. Dr.-Ing. Sören Müller
Durch das Umformverfahren Strangpressen ist die Herstellung von Magnesiumblechen in einem Prozessschritt möglich. Zudem weisen stranggepresste Mg-Flachprofile im Vergleich zu gewalzten Blechen Unterschiede in ihrer Mikrostruktur und in ihren mechanischen Eigenschaften auf. So wird in den stranggepressten Profilen eine ausgeprägte Anisotropie in der Blechebene beobachtet. Für nachfolgende Umformprozesse sind aber möglichst isotrope Materialeigenschaften wünschenswert. Hieraus ergibt sich das Ziel, durch eine geeignete Wahl der Mg-Legierung und der Prozessparameter, unter Verwendung des direkten Strangpressens, einfache sowie komplexe Mg-Bleche mit einer Breite > 150 % des Aufnehmerdurchmessers herzustellen, die sich durch ein möglichst umformfreundliches Materialverhalten auszeichnen. Begleitend werden Finite Elemente Simulationen durchgeführt, um zum einen kritische Prozessparameter, die zu einem instabilen Materialfluss führen, zu identifizieren bzw. zu lokalisieren und zum anderen um die Ursache für den starken Anstieg der Profilaustrittstemperatur während des Mg- Strangpressens zu klären. Zur Bewertung der Umformbarkeit der Bleche werden neben Tiefungsversuche auch Grenzformänderungsschaubilder bei erhöhten Temperaturen ermittelt. Hierzu wird das Verfahren angepasst und weiterentwickelt und der Versuchsstand modifiziert.
Dieses Projekt wurde durch Mittel der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
Ansprechpartner: Priv.-Doz. Dr.-Ing. Sören Müller
Der Trend, verstärkt Werkstoffverbunde auf Aluminiumbasis als Leitermaterialien einzusetzen, macht vielfältige Strategien zur Verbundprofilherstellung notwendig. Das Strangpressen von zwei oder mehr Werkstoffpartnern bietet eine Möglichkeit der Herstellung von Hybridprofilen in einem einzigen Umformschritt. Für den Erfolg des Verbundstrangpressens ist das gleichmäßige Fließen der Materialpartner in der Umformzone über den kompletten Pressprozess hinweg erforderlich. In vorangegangenen Untersuchungen wurde gezeigt, dass mittels des hydrostatischen Strangpressens makroskopisch fehlerfreie Cu/Al-Verbundstangen produziert werden können. Demnach liegen dabei offenbar geeignete Fließbedingungen vor, die einen gleichmäßigen Materialfluss für beide Werkstoffe und somit zur Verbundherstellung gewährleisten. Verfahrenstechnisch ist das hydrostatische Strangpressen durch das Befüllen des Blockaufnehmers mit einem Druckübertragungsmedium vor dem Pressbeginn allerdings deutlich aufwändiger und weniger produktiv als die Verfahrensalternativen des direkten und indirekten Strangpressens. Des Weiteren müssen die Bolzen bei diesem Verfahren stets konisch ausgestaltet sein, wodurch der Aufwand der Bolzenpräparation bei diesem Pressverfahren deutlich erhöht ist. Im Gegensatz dazu bietet das indirekte Strangpressen ähnlich wie das hydrostatische Strangpressen ebenfalls einen sehr homogenen Materialfluss, jedoch ohne die beschriebenen Nachteile. Allerdings können durch den im Vergleich zum hydrostatischen Pressen abweichenden Spannungszustand auch andere Fließbedingungen vorherrschen und somit die Verbundqualität beeinflussen. Ziel des vorliegenden Antrags ist es daher, Cu/Al-Werkstoffverbunde durch das indirekte Strangpressverfahren herzustellen und deren Eigenschaften in Abhängigkeit von den verwendeten Prozessparametern zu charakterisieren. Aus dieser Zielsetzung ergeben sich unterschiedliche grundlagenwissenschaftliche Fragestellungen, die im Rahmen des Vorhabens untersucht werden sollen. Hierzu zählen unter anderem die Klärung der Einflüsse des vorliegenden Spannungs- und Dehnungszustands, des Materialflusses und der Reibungsverhältnisse auf die Bedingungen zur Verbundausbildung bei Verwendung des indirekten Pressverfahrens.
Dieses Projekt wurde durch Mittel der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
Ansprechpartner: M. Sc. Stefan Kuhnke
Hohlprofile mit komplexer Querschnittsgeometrie werden überwiegend über Kammerwerkzeuge stranggepresst. Durch die Matrizeneinläufe wird das Pressmaterial zunächst in zwei oder mehrere Teilstränge geteilt und schließlich in der Schweißkammer vor dem Austreten aus dem Matrizendurchbruch wieder zusammengeführt. Dabei entstehen Längsnähte und bei nachfolgenden Pressungen zusätzlich Quernähte im Pressprofil. Die Pressnahtausbildung ist für die Profilqualität von entscheidender Bedeutung. Während das Strangpressen von Hohlprofilen mit Hilfe von Kammerwerkzeugen bei Aluminium-werkstoffen weitgehend bekannt ist, wurden derartige Arbeiten mit Magnesiumlegierungen bisher kaum durchgeführt. Das Fehlen notwendiger Erkenntnisse zur Nahtbildung in Hohlprofilen aus Magnesiumlegierungen, zur mikrostrukturellen Charakteristik der Naht und zu den Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften machen grundlegende Untersuchungen notwendig. Im Rahmen dieses Projekts wird einerseits eine umfassende Charakterisierung der mikrostrukturellen und der mechanischen Eigenschaften der Strangpressnähte in Abhängigkeit der am Pressprozess beteiligten Parameter durchgeführt. Andererseits werden begleitend FE-Simulationen zur Optimierung des Strangpressens von Magnesiumhohlprofilen mittels Kammerwerkzeuge realisiert.
Dieses Projekt wurde durch Mittel der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
Ansprechpartner: Priv.-Doz. Dr.-Ing. Sören Müller
Aufgrund des bisherigen Erkenntnisstands, lassen sich die derzeit unbefriedigenden Simulationsergebnisse auf die mangelhaften Erkenntnisse bezüglich der Reibvorgänge im Presskanal und somit auch auf die unkorrekt angewandten Ansätze bei der FEM – Modellierung und -Berechnung, insbesondere beim Reibungsmodell, zurückführen.
Zur Erzielung einer exakten Simulation ist es jedoch erforderlich sowohl eine Verifikation aller Entwicklungsschritte durch experimentellen Abgleich anhand von einer parametersensitiven Spezialmatrize als auch eine FEM – Implementierung durch den Software-Entwickler durchzuführen.
Durch den Einsatz eines sensitiven Matrizendesigns ist es möglich, die Einflüsse der wesentlichen ‘Werkzeug-Prozessparameter‘ auf den Materialfluss erkennbar zu machen und zeitgleich ein geeignetes Referenzmodell für die Verifizierung eines theoretischen Reibmodells in den Händen zu halten. Die Ergebnisse aus den experimentellen Untersuchungen zum Einfluss der Presskanalgeometrie und damit auch der im Presskanal herrschenden Reibungsverhältnisse, auf die Strangaustrittsgeschwindigkeit wurden mit den anhand numerischer Methoden erzielten Ergebnissen verglichen werden.
Darüber hinaus trugen die aus den experimentellen Untersuchungen gewonnenen neuen Erkenntnisse hinsichtlich der Presskanalreibung und deren Mechanismen zur Entwicklung der notwendigen Modellerweiterungen bei, um auch für dieses Fertigungsverfahren ein geeignetes Tool zur rechnergestützten Planung der Prozesse zu liefern. Dies geschah in enger Zusammenarbeit sowohl mit dem Werkzeughersteller als auch mit dem Software-Entwickler.
Dieses Projekt wurde im Rahmen der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) durch Mittel des Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.
Ansprechpartner: Priv.-Doz. Dr.-Ing. Sören Müller