Innenhochdruck-Umformung von endkonturnahen Tailored Tubes

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IBF Institut für Bildsame Formgebung RWTH Aachen

Ziel des Vorhabens war es daher, das Potenzial von hochfesten Tailored Tubes mit variablem Durchmesser in der IHU zu untersuchen und eine numerische Methode zu entwickeln, mit der die Bauteile bereits vor der Fertigung belastungsangepasst ausgelegt werden können.

Leichtbau-Möglichkeiten anhand tiefgezogener B-Säule ermittelt

Zur Ermittlung des Leichtbau-Potenzials der Verfahrenskombination wurde eine tiefgezogene B-Säule aus der Mercedes-Benz-C-Klasse W203 als Referenz herangezogen. Über ein angepasstes Lastenheft, das unter anderem das Package, die Öffnungen und die Crasheigenschaften umfasste, konnte eine Vergleichbarkeit der Bauweisen gewährleistet werden.

Für eine optimierte Auslegung der B-Säule wurde zunächst die Prozesskette numerisch abgebildet und anhand von Experimenten in einem vorhandenen Werkzeugsystem validiert. Anschließend wurden die validierten Modelle hinsichtlich des Lastenheftes und der geforderten Crashperformance angepasst und bezüglich ihres Gewichtes optimiert.

Geschlossene Modellierung der IHU-Prozesskette

Es wurde eine Möglichkeit geschaffen, die wesentlichen Prozessschritte numerisch abzubilden und die Rechenergebnisse von einem Modell auf das nachfolgende zu übertragen. Die Rohreinformung, die Vorformung und die Innenhochdruck-Umformung wurden als die Schritte in der Prozessfolge identifiziert, die einen wesentlichen Einfluss auf das Materialverhalten im Crash haben (Bild 1 – siehe Bildergalerie).

Bildergalerie

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Diese Prozessschritte wurden sowohl experimentell als auch numerisch nachvollzogen. Zur Berechnung der einzelnen Prozessschritte diente der explizite Finite-Elemente-Solver (FE-Solver) LS-DYNA. Die Rohreinformung wurde aus Zeitgründen idealisiert auf Basis der elementaren Theorie berücksichtigt.

Eine FE-Berechnung der Rohreinformung würde zu einem ernormen Anstieg der notwendigen Rechenzeit der Prozesskette führen. Zusätzlich sind für die Optimierung des Designs der Werkzeuge und der Tailored Tubes diverse Simulationen notwendig, so dass der Rechenaufwand intolerabel steigen würde.

Ergebnisse der IHU-Simulation mit Experimenten in Werkzeugsystem verglichen

Die Ergebnisse aus der Simulation wurden mit Experimenten in einem Werkzeugsystem aus dem atlas-spaceframe-Projekt [3] verglichen. Dieses Werkzeugsystem eignete sich hervorragend, um die numerischen Modelle zu validieren, da es zum Herstellen einer Cabrio-B-Säule mit Hilfe der IHU-Prozesskette entwickelt wurde. Das reelle Materialverhalten in der Prozesskette wurde mit den gekoppelten Simulationsmodellen sehr gut widergespiegelt. Deshalb konnten die Modelle für die Optimierung herangezogen werden.

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