UMFORMtechnik (Massiv)

 
 
   

Schmieden statt Schweißen

Ein Aluminiumbolzen und ein Stahlblech lassen sich allein durch Presskraft stoffschlüssig verbinden. Die Verbindung ist so stabil, dass das Blech anschließend tiefgezogen werden kann. Das sind die Ergebnisse des Grundlagenforschungs-Projekts „Verbundhybridschmieden“.

Forging instead of welding
Aluminium bolts and sheet steels can be joined by press force alone. The connection is so stable that the sheet can later be deep-drawn. This is a result of the basic research project “composite hybrid forging”.

Ein stabiles Umform-Füge-Verfahren gelang Wissenschaftlern vom Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) und Institut für Schweißtechnik und Trennende Fertigungsverfahren (ISAF) der TU Clausthal bei einer Umformtemperatur von 350 °C, einer Presskraft von 1500 kN, einer Umformgeschwindigkeit von 26,6 mm/s und einem Stauchweg von mindestens 9 mm. Je länger der Stauchweg, desto besser ist tendenziell der Zusammenhalt. Allerdings darf der Aluminiumbolzen nicht zu stark umgeformt werden, damit sich das Blech nicht ebenfalls verformt. Eine geringe Umformgeschwindigkeit ist zuträglich, weil die Diffusionsprozesse dann besser ablaufen können und die Moleküle Zeit haben, sich zu verbinden. Zudem kommt es auf die Geometrie des Aluminiumbolzens an: Er sollte weder spitz zulaufen noch abgerundet sein. Vielmehr sollte er flach sein, damit er möglichst großflächig auf dem Blech aufliegt.

Damit eine belastbare, stoffschlüssige Verbindung entstehen kann, kommt es zudem darauf an, den direkten Kontakt zwischen Aluminium und Stahl zu vermeiden. Denn wenn sich beide Metalle vermischen, entstehen spröde intermetallische Phasen. Die Forscher verwendeten deshalb Zink als Lotwerkstoff. Das Stahlblech und der Aluminiumbolzen wurden zunächst verzinkt, Zink mit Aluminium wie auch mit Stahl eine stoffschlüssige Verbindung eingeht, ohne dass spröde Phasen entstehen. Durch den Pressdruck beim Schmieden kommen die Zinkschichten in Kontakt, die Moleküle verbinden sich, und es entsteht eine stoffschlüssige, belastbare Verbindung. Die optimale Temperatur für das Umform-Füge-Verfahren liegt bei 350 °C, da sich bei dieser Temperatur das Aluminium gut umformen lässt und das Zink noch nicht schmelzflüssig ist. Optimale Ergebnisse haben die Forscher erzielt, indem sie den Aluminiumbolzen und das Stahlblech vor der Umformung auf 350 °C erwärmten. Die stoffschlüssige Verbindung, die beim Umformen entsteht, hält Belastungen von bis zu 2,1 kN stand und ist damit genauso stabil wie eine Schweißverbindung. Auch bei einer anschließenden Umformoperation – das Blech wurde tiefgezogen – hielt die Verbindung.

Das Grundlagenforschungs-Projekt Verbundhybridschmieden wurde vom IPH und ISAF gemeinsam durchgeführt und von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH)
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30419 Hannover
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Technische Universität Clausthal
Institut für Schweißtechnik und Trennende Fertigungsverfahren (ISAF)

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38678 Clausthal-Zellerfeld
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