Innovative Sitzbauteile durch Umformen von Mehrphasenstählen

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Friedrich-Alexander-Univ. LFT Lehrstuhl für Fertigungs- technologie

Angesichts der im Crashfall vorherrschenden Lastpfade im Sitz und der erforderlichen hohen Strukturstabilität besitzen vor allem seitliche Sitzstrukturkomponenten mit tragender Funktion für die technologischen Untersuchungen unter seriennahen Bedingungen hohe Relevanz. Besonders die Seitenteile sind als zentrales Verbindungselement zwischen Sitzlehne und Fahrzeugkarosserie hohen Beanspruchungen im Crash ausgesetzt und unterliegen folgerichtig strengen Anforderungen hinsichtlich des Insassenschutzes. Diese werden nach gegenwärtigem Stand der Technik aus konventionellen Stahlblechwerkstoffen gefertigt, sodass merkliches Potenzial für den wirtschaftlichen Leichtbau mit höherfesten mehrphasigen Stählen gegeben ist.

Zugumformung und Biegeumformung gezielt kombiniert

Nach Definition des Referenzbauteils aus konventionellem Stahl wird eine unter werkstoff- und fertigungstechnischen Gesichtspunkten designoptimierte Sitzkomponente mit erheblicher Gewichtsreduktion definiert (Bild 2), wobei stofflicher, konstruktiver und fertigungstechnischer Leichtbau in Kombination angewendet werden.

Hierbei werden Verfahren der Zugumformung und der Biegeumformung gezielt miteinander kombiniert und bei der Gestaltung der neuartigen Sitzkomponente berücksichtigt, um eine Steigerung der Bauteilsteifigkeit zu erzielen. Aufgrund der resultierenden geometrischen Komplexität des Bauteils und der reduzierten Duktilität der Mehrphasenstähle ist bereits im Vorfeld der Untersuchungen eine mehrstufige Umformung anzustreben.

FE-basierte, effiziente Auslegung der Umformoperationen

Das Hauptaugenmerk liegt hierbei zunächst auf der FE-basierten, effizienten Auslegung der Umformoperationen. Zum einen ist die umformtechnische Machbarkeit im Sinne der stofflichen Umformbarkeit für die Prozessauslegung von grundlegender Bedeutung. Zum anderen müssen die Biegeoperationen und die erzielbare Formgenauigkeit der Biegeschenkel in den wesentlichen, formgebenden Umformstufen abgestimmt werden.

Voraussetzung für die effektive FE-Simulation ist eine prozessnahe Charakterisierung des Werkstoffverhaltens. Es müssen Eingangsdaten ermittelt werden, die eine realistische Beschreibung des plastischen Werkstoffverhaltens ermöglichen. Im Forschungsprojekt wurden zunächst Fließkurven zur Quantifizierung der Verfestigung ermittelt (Bild 3).

Optisches Dehnungsmesssystem erfasst Verfestigungsverhalten der höherfesten Stähle

Mittels eines optischen Dehnungsmesssystems kann im Vergleich zur konventionellen Versuchsdurchführung mit taktiler Messung von Probenlänge und -breite das Verfestigungsverhalten in einem größeren Verformungsbereich erfasst werden, was vor allem bei Werkstoffen mit reduziertem Formgebungsvermögen wie den betrachteten höherfesten Stählen von entscheidender Bedeutung ist. Auf diese Weise gewinnt eine nachfolgende Fließkurvenapproximation und -extrapolation mit analytischen Ansätzen an Genauigkeit und damit die FE-Simulation an Aussagefähigkeit. Daneben werden senkrechte Anisotropiekennwerte ermittelt, welche die Modellierung des Fließbeginns in der Simulation ermöglichen.

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