Geschweißte Platinen mit verschiedenen Blechdicken

Automotive Worldwide
Geschweißte Platinen mit verschiedenen
Blechdicken und/oder Stahlgüten: Tailored
Blanks
Auszug aus dem Europäischen Produktangebot -Ausgabe
Bitte beachten Sie, dass die in diesem Katalog gemachten Angaben sich fortlaufend weiterentwickeln.
Wir ersuchen Sie deshalb, bei jeder Bestellung mit unseren Verkaufsteams Rücksprache zu nehmen,
um aktuell und bedarfsgerecht beraten zu werden. Sie können uns ebenfalls per Email unter volgender
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Geschweißte Platinen mit verschiedenen Blechdicken und/
oder Stahlgüten: Tailored Blanks
Präsentation
Tailored Blanks gehört zu den Geschäftsbereichen von ArcelorMittal und ist ein führender Hersteller von geschweißten Platinen, der in den
meisten Regionen der Welt über Design-und Produktionsstandorte verfügt. Geschweißte Platinen sind heute in der Konstruktion der
Rohkarosserie, dem sogenannten body-in-white (BIW), ein ganz wesentliches Bauelement. Sie bestehen aus miteinander verschweißten
einzelnen Blechzuschnitten aus Flachstahl unterschiedlicher mechanischer Eigenschaften und Geometrie (Dicke, Formbarkeit, Form, usw.).
Durch ihren Einsatz wird das Fahrzeuggewicht reduziert und die Crashfestigkeit, also die Fahrzeugsicherheit, erhöht. Gleichzeitig tragen sie
erwiesenermaßen zur Senkung der Gesamtherstellkosten bei. In einer Rohkarosserie kommen generell annähernd 20 geschweißte Platinen
zur Anwendung.
Fertigung geschweißter Platinen
Die Vorteile geschweißter Platinen lassen sich unter der Devise „der richtige Stahl in der richtigen Stärke an der richtigen Stelle" kurz auf den
Nenner bringen. Dieses Fertigungskonzept ermöglicht es, Blechzuschnitte unterschiedlicher Dicken aus verschiedenen Stahlgüten ohne
Nachbearbeitung und ohne oeberlappen der Zuschnitte miteinander zu verschweißen und so Material und Gewicht einzusparen.
Tailored Blanks bietet drei verschiedene geschweißte Platinentypen an:
Platinen relativ einfacher Geometrie mit linear verlaufenden Schweißnähten für hohe Produktivität oder Platinen komplexer Geometrie
mit nicht linear verlaufenden Schweißnähten für die Gewichtsoptimierung;
Punkt-oder remote lasergeschweißte Patchwork Platinen für die lokale Bauteilverstärkung.
Die Möglichkeit einer Kombination dieser beiden Lasergeschweißten Platinentypen ist natürlich gegeben.
Drei Fertigungstechniken
Anwendungsbereiche
Der Einsatz geschweißter Platinen ist heute bei allen Automobilherstellern und Zulieferern gängige Praxis. Die Anwendungsbereiche werden
immer zahlreicher und dementsprechend steigt auch die Anzahl geschweißter Platinen im Fahrzeug.
Kundenberatung
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Schon in der Projektierungsphase eines Fahrzeugs stehen den Kunden Fachingenieure, die Spezialisten auf dem Gebiet der Entwicklung
von Bauteilen aus geschweißten Platinen sind, zur Verfügung. Dabei wird jeder Kunde bis zur Serienfertigung der geschweißten Platine von
ein und demselben Ingenieur betreut, um im direkten Kontakt optimal reagieren zu können.
Die Entwicklungsingenieure der Forschung und Entwicklung von ArelorMittal bieten den Kunden eine Rundumbetreuung an, die von der
Konzeptentwicklung der geschweißten Platine über die Materialauswahl und Umformstrategie bis hin zu Machbarkeitsstudien reicht, und
erhebliche Einsparungen des bei der Prototypenentwicklung anfallenden Kosten-und Zeitaufwands gewährleistet.
Stahlgüten
Geschweißte Platinen werden aus einer Vielzahl von Stahlgüten mit den unterschiedlichsten Beschichtungen hergestellt , einschließlich und
in zunehmendem Maße aus höchstfesten Güten wie Dualphasen-und TRIP-Stählen. In jüngster Zeit haben sich höchstfeste Stahlsorten, wie
z. B. Dual-, TRIP-und Multiphasenstähle, mehr und mehr durchgesetzt.
Bei der Verarbeitung höchstfester Stähle zu geschweißten Platinen gelten dieselben Vorteile wie beim Einsatz klassischer höherfester
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Stähle. Dies trifft übrigens auch auf bestimmte Warmumformstähle, wie die Güte Usibor 1500, zu.
Mit höchstfesten Stählen kann die Festigkeit geschweißter Platinen erhöht und ihr Gewicht durch den Einsatz geringerer Bleckdicken
optimiert werden.
In Bauteilstrukturen aus geschweißten Platinen können alle Vorteile höchstfester Stähle optimal genutzt werden, wenn sie mit weicheren
Tiefziehstählen zur Verbesserung der lokalen Umformbarkeit des Bauteils kombiniert werden. Für das Tiefziehen komplexer Bauteile ist eine
solche Kombination besonders vorteilhaft.
Potenzielle Bauteiloptimierung durch die Anwendung
geschweißter Platinen
Die jüngsten Entwicklungen im Rohkarosseriebau machen sich beides zu Eigen: die technologischen Vorteile der Bauweise mit
geschweißten Platinen und die zusätzlichen Vorteile der höchstfesten Stähle:
Der Einsatz geschweißter Platinen senkt die Fertigungskosten beim Fahrzeughersteller. Dieser Kostenvorteil erhöht sich mit der
Anwendung höchstfester Stähle. Angesichts steigender Rohstoffpreise ist die Kombination von Stahlgüten verschiedener Preislagen
von entscheidender Bedeutung. Hinzu kommt, dass höchstfeste Stähle für die Integration zahlreicher Funktionen die besten
Voraussetzungen bieten.
Das Stahlprogramm von ArcelorMittal bietet eine reichhaltige Auswahl an höchstfesten Stählen.
Tailored Blanks verfügt über ein voll operatives Spezialschweißverfahren für die Platinenfertigung, so dass den Kunden das komplette
ArcelorMittal Angebot aller höchstfesten Stähle und ihre respektiven Vorteile auch in Form lasergeschweißter Platinen zur Verfügung gestellt
werden kann.
Die Tabelle gegenüber veranschaulicht den letzten Stand
aller lieferbaren Kombinationen.
Know-how und die besten Analyseverfahren
Das Know-how aus eigenem Hause und die Anwendung der fortschrittlichsten Analyseverfahren gestatten es Noble International seine
Kunden in allen Phasen der Entwicklung und Fertigung neuer Bauteile aus geschweißten Platinen effizient zu beraten.
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In den frühen Stadien der Konzept-und Projektentwicklung, zum Zeitpunkt der Machbarkeitsstudie des zu realisierenden Bauteils, ist das
Kriterium der Umformbarkeit von kritischer Bedeutung. Bei dessen Bewertung kann auf eine numerische Simulation mit Finite-ElementeVerfahren nicht verzichtet werden.
Für die schnelle und präzise Voraussage von Spielräumen bei potenzieller Bruchgefahr hat ArcelorMittal zwei spezifisch für geschweißte
Platinen geltende Berechnungsmodelle entwickelt, die in ihrer Art im Geschäft mit geschweißten Platinen mustergültig sind: spezifisch auf geschweißte Platinen anwendbare Grenzformänderungskurven für die Vorhersage potenzieller Bruchgefahren in stark
belasteten Bereichen parallel zur Schweißnaht, und ein Bruchmodell für Bauteile aus stumpfgeschweißten Platinen für die Vorhersage potenzieller Bruchgefahren in der Schweißnaht in
Querrichtung.
Diese Modelle sind auf sämtliche geschweißten Platinen anwendbar, einschließlich geschweißter Platinen aus höchstfesten Stählen.
Spezifische Grenzformänderungskurven für geschweißte Platinen
Obwohl das Versagen eines Bauteils in der Regel durch einen Bruch im schwächsten Metall verursacht wird, ist wiederholt nachgewiesen
worden, dass die einfache Zugrundelegung der Grenzformänderungskurve des weichsten Stahls keine präzise Vorhersage des potenziellen
Auftretens von Einschnürungen im Schweißnahtbereich stumpfgeschweißter Platinen ermöglicht.
Um dieses Problem zu lösen, haben ArcelorMittal ein spezifisches numerisches Berechnungsverfahren für Bauteile aus geschweißten
Platinen entwickelt. Damit kann der tatsächlich vorliegende Bruchtoleranzbereich beim Tiefziehen eines Bauteils aus geschweißten Platinen
präzise im Vorfeld ermittelt werden.
Anwendungsbeispiel einer speziell für geschweißte Platinen entwickelten Grenzformänderungskurve -einziges Mittel für eine präzise
Vorhersage von während des Tiefziehens auftretenden und später am Bauteil festzustellenden Brüchen:
Bruch am fertigen Bauteil
Simulation für die Stähle A1 und B1 ohne spezielle
Grenzformänderungskurve für Anwendungen in
geschweißten Platinen
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Mit den spezifischen Grenzformänderungskurven für
geschweißte Platinen können potenzielle Bruchgefahren
während der Umformsimulation im Vorfeld ermittelt werden
Simulation für die Stähle A1 und B1 mit spezieller
Grenzformänderungskurve für Anwendungen in
geschweißten Platinen
Spezifische Grenzformänderungskurven für geschweißte Platinen sind für die präzise Vorhersage von Einschnürungen unverzichtbar.
Ein neues Modell für die Vorhersage von Dehnungsveränderungen in Längsrichtung zur Schweißnaht
Die Forschung und Entwicklung von ArcelorMittal hat ein neues Modell entwickelt, um potenzielle Bruchgefahren in Längsrichtung zur
Schweißnaht im Vorfeld zu berücksichtigen.
In diesem Modell wird das Zusammenwirken der folgenden physikalischen Größen erfasst:
mechanische Größen (mechanische Eigenschaften, ...)
metallurgische Größen (chemische Zusammensetzung, ...)
thermische Größen (Wärmeleistung, Geschwindigkeit, ...)
Vergleich zwischen im Experiment gemessenen und mit dem
neuen Modell von ArcelorMittal berechneten Dehnraten: es
besteht in allen Fällen eine hervorragende Korrelation.
Für alle geprüften höchstfesten Stahle lässt sich im Vergleich der berechneten Modelldaten mit vorliegenden Versuchsergebnissen eine
ausgezeichnete Korrelation feststellen.
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Damit verfügt Tailored Blanks über zwei spezifisch für Bauteile aus geschweißten Platinen entwickelte Analyseverfahren, mit deren Hilfe ihre
Kunden in Co-Engineering Projekten noch effizienter beraten werden können.
Bauteile aus warmumgeformten geschweißten Platinen
Im Zuge des Umweltschutzes und der sich ständig verschärfenden CO2 -Auflagen ist auch die Automobilindustrie gezwungen, das Gewicht
ihrer Fahrzeuge ohne Mehrkosten und ohne Beeinträchtigung der Performance durch innovative und möglichst noch leistungsfähigere
Leichtbaulösungen zu reduzieren.
Nachweislich können diese Auflagen mit Bauteilen aus geschweißten Platinen in Verbindung mit höchstfesten Stählen erfüllt werden, da
dabei sowohl die material-als auch die konstruktionsbedingten Vorteile voll zum Tragen kommen.
Ausgehend von dieser Prämisse wurden auch Bauteile aus warmumgeformten geschweißten Platinen entwickelt.
Sie vereinen die Vorteile der Bauweise aus geschweißten Platinen, d. h. optimale Materialausnutzung und dünnwandige Blechzuschnitte, mit
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den Vorteilen der Warmumformung und den daraus resultierenden optimalen mechanischen Eigenschaften. Der Einsatz der Güte Usibor
1500 in Bauteilen aus geschweißten Platinen ist ein prägnantes Beispiel für diese Kombination.
Spezielles Schweißverfahren für warmumgeformte Platinen
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Aufgrund der besonderen technischen Merkmale der Güte Usibor 1500 und in erster Linie aufgrund der aluminierten Beschichtung hat
ArcelorMittal ein spezielles Schweißverfahren entwickeltq, um die Integrität der Schweißnähte sowie die betriebliche Perfomance der
realisierten Bauteile zu gewährleisten.
Das Fügeverhalten von im Stumpfstoß lasergeschweißten
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Platinenbauteilen aus Usibor 1500 -Vergleich zwischen
einem klassischen und dem speziell von ArcelorMittal
entwickelten Schweißverfahren. Wie nachstehend
veranschaulicht wird das Bruchrisiko mit dem
Spezialverfahren aus dem Schweißbereich in den
Metallbereich verlagert.
Ziel dieser von ArcelorMittal sowohl im Materialbereich als auch auf dem Gebiet der Fertigungstechnik durchgeführten Entwicklung war es,
den Kunden die crashfesten Bauteile aus warmgeformten geschweißten Platinen mit all den garantierten Betriebssicherheiten anzubieten,
die erwartet werden.
Hinsichtlich der Bauteilkonzeption ging es dabei in erster Linie darum sicherzustellen, dass die Schweißnaht im fertigen Bauteil unter keinen
Betriebsbedingungen einen Schwachpunkt darstellt.
Dies ist gelungen und die Konstruktionsingenieure von Rohkarosserien können mit den für eine crashfeste Karosserieauslegung üblichen
Berechnungsmethoden arbeiten, ohne dabei zusätzliche anspruchsvolle Bruchmodelle für den Schweißbereich berücksichtigen zu müssen.
Ductibor® 500 " zunehmender Einsatz warmumgeformter geschweißter Platinen
Auf die Vorteile der Warmumformung geschweißter Platinen ist eingangs in diesem Kapital schon hingewiesen worden. In diesem
®
Zusammenhang wurde die Güte Ductibor 500 gezielt für Anwendungen in Bauteilbereichen entwickelt, die in Aufprallsituationen durch ihre
starke Verformung ein Höchstmaß an Energieaufnahme gewährleisten müssen.
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Auf die Vorteile der Warmumformung geschweißter Platinen ist eingangs in diesem Kapital schon hingewiesen worden. In diesem
®
Zusammenhang wurde die Güte Ductibor 500 gezielt für Anwendungen in Bauteilbereichen entwickelt, die in Aufprallsituationen durch ihre
starke Verformung ein Höchstmaß an Energieaufnahme gewährleisten müssen.
Dies gilt für alle crashrelevanten Bereiche der Fahrzeugkarosserie, einschließlich der vorderen und hinteren Schweller, die den Großteil der
Energie abbauen müssen.
Die nebenstehende Darstellung zeigt die typische
Verformung einer B-Säule aus warmumgeformten
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geschweißten Platinen aus Usibor 1500 und Ductibor 500
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während eines Seitenaufpralls. Der untere, aus Ductibor 500
bestehende Teil der Säule verformt sich und baut dabei
ausreichend Energie ab, um die Funktionstüchtigkeit der
kompletten Säule im weiteren Verlauf des Aufpralls zu
gewährleisten.
Potenzielle Anwendungsbereiche für warmumgeformte
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geschweißte Platinen aus Usibor 1500 und Ductibor 500 Potenziell ein Volumen von 60 kg Warmumformstahl oder
20% des Rohkarosseriegewichts
Crahverhalten von Bauteilen aus warmumgeformten geschweißten Platinen aus Usibor® 1500 und Ductibor® 500
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Sämtliche Bauteilstrukturen aus im Stumpfstoß lasergeschweißten Platinen in der Kombination Usibor 1500 /Usibor 1500 und Usibor
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1500 /Ductibor 500 sind mehrfach hinsichtlich ihrer Crashperformance charakterisiert und geprüft worden. Die Prüfergebnisse werden den
Kunden zur Verfügung gestellt, damit sie diese Bauteile bei der Konzeption oder während der Projektphase ihres Fahrzeugs mit in Erwägung
ziehen können.
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Crash behavior characterization of Usibor 1500 /Ductibor
500 welded blank solutions: bending (left) and compression
(right) – mit freundlicher Genehmigung der Adam Opel
GmbH
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Im Verlauf der dargestellten Crashtests konnten folgende Punkte bestätigt werden:
Es tritt kein Bruch im Schweißnahtbereich auf;
Die Stabilität der Struktur ist einwandfrei;
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Der Bauteilbereich aus Ductibor 500 verformt sich und erfüllt seine Funktion des Energieabbaus;
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Der Bauteilbereich aus Usibor 1500 verformt sich nicht und erfüllt seine Schutzfunktion.
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Es sei darauf hingewiesen, dass auch die mechanischen Eigenschaften der Güte Ductibor 500 eingehend charakterisiert worden sind
(dynamische Zugversuche bei hoher Geschwindigkeit, Hopkinson-Bar-Versuch, ...) und den Kunden als komplettes Produktblatt zur
Verfügung stehen.
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Bauteile aus warmumgeformten geschweißten Platinen aus Usibor 1500 /Usibor 1500 und Usibor 1500 /Ductibor 500 stellen eine Lösung
dar, deren Festigkeit, Stabilität und Crashperformance einschlägig dokumentiert und nachgewiesen ist.
Den Karosseriekonstrukteuren eröffnen sie für die Gewichts-, Performance-und Kostenoptimierung im Fahrzeugbau ganz neue
Möglichkeiten.
Gewichts-und sicherheitsoptimierte Fahrzeuge für die Gegenwart und Zukunft Lösungen aus Usibor® 1500 /Ductibor® 500
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Lasergeschweißte Platinen aus Usibor 1500 /Ductibor 500
haben die Automobilhersteller überzeugt und werden mehr
und mehr als Standardlösung für neue Plattformen
eingesetzt.
Anwendung bei B-Säulen: Vergleich zwischen dem Konzept aus lasergeschweißten Usibor® /Ductibor® -Platinen und der monolytischen
Lösung
Monolythische Lösung (Referenz)
Oder
Konzept aus lasergeschweißten Platinen
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Geringe Materialausnutzung (bis zu 67%)
Hohe Ausschussraten beim Zuschnitt Hohe Materialkosten
Keine Kosteneinbußen bei lasergeschweißten Platinen aufgrund der optimalen Materialausnutzung (>85%).
Jedwede Optimierung der Blechdicke führt zu Gunsten lasergeschweißter Platinen zu Gewichts-und Kosteneinsparungen.
Im Vergleich mit monolytischen /partiell gehärteten Blechen mit einer Dicke von 1,75 mm ergibt sich bei Einsatz von lasergeschweißten
Platinen aus Usibor® 1,75 mm /Ductibor® 1,5 mm eine Masseneinsparung von 8,5% und eine Kosteneinsparung von 6,5%.
© ArcelorMittal | Letzte Änderung: 10-06-2015
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