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Hot Metal Gas Forming (HMGF) of boron-manganese steel tubes

 
: Alcelay Ugarte, X.

Chemnitz, 2007, 150 S.
Chemnitz, TU, Dipl.-Arb., 2007
Englisch
Diplomarbeit
Fraunhofer IWU ()
22MnB5; Antriebsstrangkomponente; Blechbearbeitung; boron steel; chassis component; gas forming; Halbwarmumformung; hardenable steel; hohles Bauteil; hot forming; hot gas forming; hot metal forming; hot metal gas forming; hydroforming; IHU; Innenhochdruck-Umformung; Karosseriebau; Leichtbau; lightweight design; power train component; press hardening; Presshärten; Rohrbau; sheet metal forming; Stahl; steel; structural steel; tube forming; tube hydroforming; temperature supported forming; temperature supported hydro forming; temperature supported hydroforming with gas; temperiertes Innenhochdruck-Umformen; temperiertes Innenhochdruckumformen mit gasförmigen Wirkmedien; T-IHU; T-IHU-G; warm forming; Warmumformung

Abstract
HMGF (T-IHU-G) für Bormanganstahle stellt eine erfinderische Technik für die Produktion struktureller Autoteile dar. Das Ziel der Umformung der verhärtbaren hochfesten Stahle bei erhöhter Temperatur besteht nicht nur darin, seine Umformeigenschaften wie beispielweise Belastungsmöglichkeiten zu verbessern und den Umformdruck zu verringern sondern auch andere Vorteile zu besitzen: Erhitzung und Abkühlung (mit einem kontrollierten Abkühlen) des Werkstückmaterials können dessen Stärke erhöhen und den Gebrauch der billigeren und allgemeineren verhärtbaren Stahllegierungen ermöglichen. Ehemalige Kennzeichnungresultate mit Borlegiertenstahle wurden verwendet , um die minimale Abkühlungsgeschwindigkeit für das Presshärten zu schätzen. Weiterhin sind die Prozessparameter identifiziert und deren Einfluss ausgewertet worden. Zu diesem Zweck errichtete man ein numerisches Modell des Prozesses in ABAQUS. Nachdem Sicherheitsaspekte und vorhandene Patente geprüft wurden, wurde ein Werkzeugkonzept entwickelt, konstruiert und analysiert, um den Einfluss der Prozessparameter experimentell festzustellen. Ziel war dabei die Überwachung und Optimierung des Konzeptes. Mehrere Erhitz- und Abkühlungsstrategien hat man anschließend für das Werkzeugkonzept ausgewertet. Des Weiteren wurde ein statistischer Versuchsplan für die bevorstehenden Probetests aufgestellt, um das numerische Modell zu validieren. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass mit HMGF bei Borstahle leichtere, steifere und preiswertere strukturelle Autoteile hergestellt werden können.

 

HMGF for boron manganese steels represents an innovative technique for manufacturing structural auto parts. The aim of forming quenchable high-strength steels at elevated temperature is not only to improve its forming properties like elongation and to reduce forming pressures. There is also an other advantage: heating and quenching (with a controlled cooling) the workpiece material can significantly increase its strength and enable the use of less expensive and more common hardenable steel alloys than the strain hardenable ones. Former characterization results of boron alloyed steels have been used in order to estimate the minimal cooling rate for the press hardening. Process parameters have been identified and its influence evaluated. A numerical model of the process has been built in ABAQUS for this purpose. After considering safety aspects and existing patents, a tool concept has been developed, designed and studied in order to experimentally determine the influence of the process parameters so that it can be monitored and optimised. Several heating and cooling strategies have been evaluated for the tool concept before its design. A statistical testing plan has been suggested for the forthcoming trial tests and to validate the numerical model. As a conclusion, lighter, stiffer and cheaper structural parts can be manufactured with HMGF of boron steels.

Boro-manganesoz aleatutako altzairuen HMGF preozesua teknika innobatibo bat da, auto pieza estrukturalak fabrikatzeko. Erresistentzia handiko altzairuen tenperatura altuko konformaketaren helburua, ez datza soilik materialaren konformabilitatea hobetzean eta beharrezko presioen murriztapenean. Beste abantaila nabarmen bat aurki daiteke: berotze eta bapateko tenplaketaren ostean (kontrolatutako hozketa bidez) piezaren materialaren erresistentzia nabarmenki handitu daiteke, eta deformazio bidez gogortzen direnak baino altzairu tenplagarri konbentzinal eta merkeagoen erabilpena ahalbideratzen du. Aurretik egindako materialaren karakterizazioak erabili dira materialaren beharrezko hozketa abiadura minimoa estimatzeko. Prozesuko parametroak identifikatu dira eta beraien eragina ebaluatu da; horretarako ABAQUS-en sortutako modelo numeriko bat erabili da. Segurtasun aspektuak eta patenteak begiratu ondoren, herraminta kontzeptu berri bat diseinatu eta garatu da, esperimentalki parametroen influentzia neurtzeko, ondoren prozesua kontrolatu eta optimizatu ahal izateko. Berotze eta hozketa sistema desberdinak ebaluatu dira diseinurako. Saiakuntza plan estatistiko bat proposatzen da, epe laburrean egingo diren saiakuntzetarako, modelo numerikoa balidatu eta zuzentzeko. Ondorio gisa, HMGF bidez pieza arinagoak, erresistenteagoak eta merkeagoak fabrika daitezke boro-manganesoa erabiliz.

El HMGF de aceros aleados al boro-manganeso representa una técnica innovativa para la fabricación de partes estructurales del automóvil. El objetivo de conformar aceros de alta resistencia a altas temperaturas no es sólo mejorar la conformabilidad del material y reducir la presión de conformado. Existe otra gran ventaja: al calentar y templar (con un enfriamiento controlado) la pieza, la resistencia del material puede aumentar significativamente, permitiendo el uso de aceros endurecibles más comunes y baratos que los endurecibles por deformación. Se han empleado resultados de caracterización de material anteriormente obtenidos para el acero aleado al boro para estimar la velocidad de enfriamiento mínima necesaria para obtener el press hardening. Los parámetros del proceso han sido identificados y se ha evaluado su influencia; para eso se ha preparado un modelo numérico en ABAQUS. Una vez considerados los aspectos de seguridad y patentes, se ha desarrollado y diseñado un concepto de herramienta para determinar la experimentalmente la influencia de los parámetros y así controlar y optimizar el proceso. Para el diseño se han evaluado varias estrategias de calentamiento y enfriamiento de la pieza. Se propone un plan de ensayos estadístico para los eventuales ensayos que se van a llevar a cabo para validar el modelo numérico. En conclusión, se pueden obtener piezas más ligeras, resistentes y baratas mediante HMGF de aceros al boro.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-57738.html