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Jan 10, 2024

Vergangene GDIS-Präsentationen

Elektrofahrzeuge kamen auf den Markt und stellten neue Technologien und neue Herausforderungen für OEMs und ihre Zulieferer dar. Ein wesentlicher Schwerpunkt der aktuellen Forschung und Entwicklung liegt im Zusammenhang mit den Zellen.

Elektrofahrzeuge kamen auf den Markt und stellten neue Technologien und neue Herausforderungen für OEMs und ihre Zulieferer dar. Ein wesentlicher Schwerpunkt der aktuellen Forschung und Entwicklung liegt auf der Zellchemie, die sich rasant verbessert. Darüber hinaus werden neue Anforderungen an Sicherheit und Leistung gestellt, was zu einer ständigen Weiterentwicklung des Batterieträgers führt. In dieser Richtung definiert Gestamp eine innovative Batteriekastenlösung aus Stahl, die in einer Vielzahl von Elektrofahrzeugsegmenten eingesetzt werden kann.

Für dieses revolutionäre System wurden vier Grundanforderungen festgelegt: Hohe Energiekapazität, Stanzteile mit hoher Formbarkeit, vereinfachter Montageprozess und hohe Sicherheitsleistung. Auf Basis dieser vier Säulen wurde das erste Cell-to-Pack-Konzept entwickelt. Die Querträger wurden entfernt, um mehr Platz für zusätzliche Zellen zu schaffen. Die Gehäuse wurden unter Verwendung extra tiefgezogener Stahllegierungen neu gestaltet. Die Verbindungstechnologien wurden unter Berücksichtigung des Prozessenergieeintrags ausgewählt, um den endgültigen Verzug zu verringern und die Qualität der Endmontage zu verbessern.

Das neue Gestamp-Batteriekastendesign aus Stahl erzielte bei gleicher Außenverpackung eine Steigerung der Energiespeicherung um 15 %. Bauteile weisen einfache Geometrien mit einem hohen Grad an Herstellbarkeit auf. Die Karosserie und das Batteriegehäuse arbeiten als ganzheitliches System, was zu einer Lösung mit hoher Crashleistung und geringerem Gewicht führt.

Mit dem rasanten Wachstum des Marktes für Elektrofahrzeuge (EV) wird die allgemeine Batteriesicherheit immer wichtiger. Eine der anspruchsvollsten Aufgaben besteht darin, den Eingriff in das Batteriegehäuse während des Aufpralls unter Seitenaufprallbelastung zu minimieren. Schweller und Schwellerverstärkung sind entscheidend für die Festigkeit des lokalen Randbereichs zur Aufnahme seitlicher Belastungen. In dieser Studie wird ein vertikal gestapeltes Stahlrohrdesign (CVST) für die Kipphebelverstärkung unter Verwendung von Stahlsorten von 1500 und 1200 MPa vorgeschlagen. Seine Leistung wird im Vergleich zu einem vergleichbaren Aluminium-Strangpressdesign bewertet. Mit Massenparität erreicht das CVST-Design eine bessere Leistung bei der Spitzenkraft in der Dreipunkt-Biegeanalyse. Bewertet werden die Kostenvorteile des einfachen Stahlrohrdesigns sowie die Treibhausgasemissionen gegenüber extrudierten Aluminiumlösungen.

Ideale proportionale Belastungsbedingungen mit linearen Dehnungspfaden sind bei Umform- und Bruchanwendungen im Automobilbereich selten anzutreffen. Dennoch wurden die meisten Umform- und Bruchmodelle wie Umformgrenzkurven und phänomenologische Bruchflächen unter der Annahme linearer Dehnungspfade vorgeschlagen. In der vorliegenden Studie wurde der Einfluss nichtlinearer Dehnungspfade auf das Bruchverhalten von DP1180-Automobilstahl experimentell untersucht. Der DP1180 wurde bilinearen Dehnungsverläufen ausgesetzt, wobei der erste Pfad eine proportionale Dehnung in der Ebene unter einachsigen, ebenen Dehnungs- und gleichbiaxialen Bedingungen war. Anschließend wurden Bruchstücke entnommen und auf die zweite Belastungsstufe von Scherung bis hin zu biaxialer Spannung getestet. Die experimentellen Daten wurden dann verwendet, um beliebte phänomenologische Bruchmodi zu bewerten, die in Industrie und Wissenschaft verwendet werden, wie beispielsweise die Johnson-Cook- und GISSMO-Schadensmodelle. Es wird gezeigt, dass phänomenologische Bruchmodelle, die dehnungsbasierte Schadensindikatoren verwenden, zu erheblichen Fehlern in nichtlinearen Dehnungspfaden führen können. Ein alternativer Modellierungsansatz wird vorgeschlagen, indem ein spannungsbasiertes „Bruchpotenzial“ definiert wird, das mit proportionalen Testdaten kalibriert werden kann und ein phänomenologisches Schadensmodell für nichtlineare Belastungen erfordert. Abschließend werden Empfehlungen und Best Practices diskutiert, um den Testaufwand zur Charakterisierung des Material- und Bruchverhaltens für Crash-Anwendungen zu minimieren.

OEMs bewegen sich rasch in Richtung Elektrifizierung ihrer Fahrzeugflotten. Dieser Übergang des Antriebsstrangs vom Verbrennungsmotor (ICE) zu batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV) bietet eine große Chance für Stahl, insbesondere bei Batteriegehäusen. Während viele OEMs Stahlbatteriegehäuse für kleinere Massenmarktfahrzeuge aktiv in Betracht ziehen, neigen sie bei größeren Plattformen dazu, Aluminiumgehäuse zu verwenden. Die Bevorzugung von Aluminium ist möglicherweise auf die Notwendigkeit von Leichtbau, die Nichtverfügbarkeit effizienter Stahlkonstruktionen für Benchmarking, kurze Programmzeiten für detaillierte Konstruktionen und den Mangel an Leichtbaukonstruktionen, die von Tierlieferanten entwickelt und gefördert werden, zurückzuführen. ArcelorMittal hat eine Stahlfamilie entwickelt Batteriegehäuselösungen, um den spezifischen und vielfältigen Anforderungen unserer Automobilkunden gerecht zu werden. Diese Lösungen kombinieren innovatives Design mit der sinnvollen Verwendung der von ArcelorMittal erhältlichen Stahlsorten. Einige Optionen umfassen:

1. Modulkühlung über eine externe Kühlstruktur aus Stahl, die am Boden der Wanne angebracht ist.2. Kaltgeprägte und rollgeformte Konzepte, die die Vorteile der Stahlsorten 1300Y1500T nutzen, um die Gewichtsreduzierung zu maximieren.3. Ein Konzept mit einer einteiligen inneren Struktur aus presshärtbarem Stahl (PHS), um die Anzahl der Teile zu minimieren.

Alle Lösungen sind so konzipiert, dass sie die allgemein spezifizierten OEM-Anforderungen an Seitenknautschung und Eigenfrequenz erfüllen. Für alle Entwürfe werden Machbarkeitsbewertungen für Herstellung und Montage durchgeführt, um die Realisierbarkeit der Lösungen sicherzustellen.

Automobilhersteller bewegen sich schnell in Richtung Batterie-Elektrofahrzeuge (BEV), um eine saubere und nachhaltige Zukunft zu schaffen. Die Elektrifizierung bringt Flexibilität in die Fahrzeugarchitektur, indem sie sich an einen aktualisierten Antriebsstrang anpasst und gleichzeitig die Fahrzeugstruktur neu konzipiert.

OEMs bewegen sich in Richtung Massenproduktion von BEVs. Alternative Materialien wie Aluminium, Magnesium und Verbundwerkstoffe sind eine gute Wahl für kleine Stückzahlen, aber nicht ideal für große Produktionsmengen. Für die Verwaltung von Skaleneffekten ist die Kostenoptimierung von entscheidender Bedeutung. Um die Investitionen zu optimieren, vereinfachen OEMs die Montage, indem sie Montageschritte mithilfe sogenannter Megastrukturen reduzieren. Unsere lasergeschweißten Multi Part Integration™ (MPI)-Konzepte aus Stahl sind hervorragende Lösungen zur Bewältigung dieser Herausforderungen.

Die Laser Welded Blank (LWB)-Technologie ist eine bewährte Lösung, die Leistungsverbesserung, Teilekonsolidierung und Gewichtsoptimierung in Fahrzeugen ermöglicht. Darüber hinaus machen Kostenverbesserung, Modularität und nachhaltiger Stahleinsatz LWBs zu einer idealen Lösung für die architektonischen Herausforderungen von batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV).

ArcelorMittal Tailored Blanks (AMTB) wird unsere nächste Generation des MPI-Batteriepaketkonzepts aus Stahl vorstellen, das eine Neugestaltung der Fahrzeugarchitektur rund um den Passagier- und Batterieraum ermöglicht. Unser Designkonzept ermöglicht eine Zell-zu-Körper-Integration, die den Batteriesatz modular mit einer reduzierten Teileanzahl machen kann, indem möglicherweise der Boden entfällt und dem Kabinenraum zusätzliche Steifigkeit verleiht. Das Konzept wurde entwickelt, um eine Antwort auf die Dichtungsherausforderungen zu bieten, mit denen OEMs bei einem modularen Batteriepack konfrontiert sind. Ein oberes und unteres LWB-Clam-Shell-Design trägt dazu bei, die Batteriemodule abzudichten und gleichzeitig Crash-Lasten mithilfe von pressgehärtetem Stahl zu bewältigen.

Ziel unserer Präsentation ist es, ein starkes Argument für stahlbasierte Architekturen mit MPI-Designs zu liefern, die wichtige Voraussetzungen für Gewichtsreduzierung, Kostenverbesserung, Leistungsoptimierung und Reduzierung von Montagekomplexität, Kosten und Zeit sind und gleichzeitig die Nachhaltigkeit zukünftiger BEV-Designs verbessern.

Während sich der Automobilsektor weiter in Richtung Elektrifizierung bewegt, nimmt die Gesamtmasse der Fahrzeuge aufgrund des Batterieinhalts und der Erwartungen an die große Reichweite zu. Von besonderem Interesse ist das IIHS 2.0 Side Impact-Ereignis, da Masse und Geschwindigkeit der Aufprallbarriere zugenommen haben. Die Karosseriestruktur muss höhere Energieniveaus bewältigen und so die Unfallsicherheit des Fahrzeugs, die Sicherheit der Insassen und die Integrität der Batterie gewährleisten.

Gestamp nutzt Stempelstrategien in extremer Größe, um höhere Aufprallenergieniveaus zu bewältigen. Zu den Vorteilen gehören die Reduzierung der Teileanzahl, eine geringere Bauzeit/-komplexität des Fahrzeugs, die Eigenschaften von umweltfreundlichem Stahl und die Recyclingfähigkeit. Gestamp verfolgt einen ganzheitlichen Ansatz für das Energiemanagement von Fahrzeugen und geht das Aufprallereignis schrittweise auf die Karosseriestruktur ein. Obwohl alle Aufprallereignisse kritisch sind, hat Gestamp mit dem Nebenaufprall viel Erfahrung und bietet viele innovative Lösungen an. Der Fokus von Gestamp liegt heute darauf, wie der Stahltürring und die Schweller-/Wippenstruktur am besten genutzt werden können, um den IIHS 2.0-Seitenaufprall zu bewältigen und gleichzeitig den Insassen und das Batteriegehäuse zu schützen.

Die Innovationen OLPB Door Ring und Wave Rocker von Gestamp bieten eine hochfeste und kostengünstige Lösung für die Herausforderung des Energiemanagements. Der OLPB-Türring, der vor dem Heißprägen aus punktgeschweißten Rohlingen besteht, bietet (~7–10 %) Kosteneinsparungen gegenüber herkömmlichen Architekturen und reduziert gleichzeitig Masse, Teileanzahl und Anlagenkomplexität. Der Steel Wave Rocker besteht entweder aus Press Hard- oder hydrogeformtem Stahl und absorbiert maximale Energie in einer kompakten Umgebung, um ein Eindringen in das Batteriegehäuse zu verhindern.

Design und Herstellung moderner Batterieträger für Elektrofahrzeuge (EV) folgen derzeit keinem einheitlichen Standard und weisen eine Vielzahl unterschiedlicher Anforderungen, Materialien und Verbindungstechnologien auf. Während ein Design auf extrudierten Aluminiumprofilen basiert, verwenden andere Modelle höherfesten Stahl Legierungen. Einige Batteriekästen können zum Aufladen häufig ausgetauscht werden. andere bleiben langfristig im Fahrzeug. In jedem Fall ist die Verbindung zwischen Batterieträger und Karosserie nicht nur bei jeder Bewegung mechanischen Belastungen ausgesetzt, sondern muss auch dauerhaft korrosionsbeständig und auch bei zyklischer Belastung wasserdicht sein. Dieser Vortrag veranschaulicht die Anforderungen an Verbindungselemente , insbesondere bei der Anwendung von Batterieträgern, und wie deren Leistung nachgewiesen und verifiziert werden kann. Die relevanten Simulations-, Prüf- und Messmethoden werden erläutert und anhand praktischer Beispiele unterschiedlicher Konstruktionen aus Strangpressprofilen und höherfesten Stählen präsentiert.

Sumitomo Heavy Industries hat eine neue Pressformtechnologie Steel Tube Air Forming (STAF) für die Formung von Rohbauteilen (BIW) wie A-Säulenverstärkung, Stoßfängerverstärkung, Seitenrahmen usw. entwickelt. Das Konzept von STAF konzentriert sich auf maximale Gewichtsreduzierung und Reduzierung der Herstellungskosten in einem einzigen Prozess. Beim STAF-Verfahren wird ein Stahlrohr in „einem einzigen Schritt“ in den Werkzeugen von Pressmaschinen bearbeitet. Ein Stahlrohr wird jouel-erhitzt (Hochgeschwindigkeit), luftgeformt und gehärtet.

STAF-Formteile haben ein charakteristisches Aussehen mit optimal gestalteten Flanschen, TS über 1500 MPa und einer kontinuierlich variierenden Struktur mit geschlossenem Querschnitt. Erstens können STAF-geformte Teile aufgrund ihrer geschlossenen und geflanschten Geometrie die Grundleistung gegenüber herkömmlichen warmumgeformten Teilen deutlich verbessern. Sumitomo kann mit einer Gewichtsreduzierung um rund 30 % rechnen. Der einzigartigste Teil des Prozesses ist vor allem die Formung verschiedener Flansche, die umgebende Teile in STAF integrieren, die Verbindung verbessern und die Leistung steigern können. Die Flansche von STAF reduzieren die Anzahl der Teile erheblich und senken so die Herstellungskosten und Werkzeuginvestitionen. Darüber hinaus setzen wir ein kompaktes Jouel-Heizgerät in die Praxis um, das den herkömmlichen großen Heizofen ersetzt. Der Heizprozess führt nicht nur zu einer enormen Energieeinsparung, sondern reduziert auch die CO2-Emissionen der Geräte erheblich.

Wie oben beschrieben ist STAF die neueste Technologie, die die Leistung drastisch verbessern und Gewicht und Herstellungskosten reduzieren kann.

Die Ambitionen der Urbanisierung und der Netto-Null-Emissions-Politik tragen wesentlich zur Verlagerung des Verkehrs hin zu Mobilität auf Abruf bei. Es wird ein deutliches Wachstum im Bereich Mobility as a Service (MaaS) (Mitfahrgelegenheit) erwartet, und bei diesen Fahrzeugen wird der Schwerpunkt auf autonomen Fahrzeugtechnologien und der Elektrifizierung liegen. Diese Präsentation beschreibt detailliert die Entwicklung eines neuen Karosseriestrukturdesigns für ein vollständig autonomes Fahrzeug der Stufe 5 unter Verwendung der neuesten AHSS-Qualitäten (Advanced High-Strength Steel) und Herstellungsverfahren.

Das Fahrzeugkonzept entstand im Rahmen des Steel E-Motive-Projekts, einer Zusammenarbeit zwischen WorldAutoSteel und Ricardo, dem in Großbritannien ansässigen Ingenieur- und Nachhaltigkeitsberatungsunternehmen. Das Fahrzeug wurde unter Berücksichtigung des neuen Transportmittels entwickelt, wobei der Benutzer, der Flottenbetreiber und die Betriebsumgebung des Fahrzeugs im Mittelpunkt stehen. Ein Wechsel vom Fahrerbetrieb zum vollständig autonomen Betrieb macht Fahrerschnittstellen und -steuerungen überflüssig und ermöglicht den Insassen, an unkonventionellen Orten und in unkonventionellen Ausrichtungen zu sitzen. Gesetzliche Anforderungen wie die Sicht des Fahrers und die Verdunkelung werden ebenfalls aufgehoben, was weitere Freiheiten eröffnet, beispielsweise die Möglichkeit, Strukturen dort zu platzieren, wo zuvor Verglasungen vorhanden waren. Diese Freiheiten haben die Schaffung einer einzigartigen und geräumigen Transportumgebung ermöglicht, die gleichzeitig kompakt und wendig im Stadtzentrum ist.

Trotz kompakter Abmessungen mit kurzen vorderen und hinteren Überhängen sorgen eine ausgefeilte Technik und der auf die spezifischen Fahrzeuganforderungen zugeschnittene Einsatz von AHSS für die Einhaltung globaler Hochgeschwindigkeits-Crash- und Sicherheitsanforderungen. Diese Präsentation enthüllt weitere Details dieses 2,5-jährigen Konzeptdesign-Entwicklungsprogramms für die Fahrzeug- und Karosseriestruktur von Steel E-Motive, die verwendeten Stahlsorten und -technologien sowie die erzielte Leistung.

Der Übergang zur Elektromobilität (E-Mobilität) und die daraus resultierenden Veränderungen in den Karosseriestrukturen stellen neue Anforderungen an Strukturbauteile. Vor allem prismatische, profilförmige Bauteile finden zunehmend Anwendung. Aus wirtschaftlicher Sicht sind diese neuen Bauteile jedoch nur bedingt mit den im Karosseriebau von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor vorherrschenden Fertigungsverfahren herstellbar. Demgegenüber eröffnet das Rollformen neue Möglichkeiten zur effizienten Herstellung dieser neuartigen Strukturbauteile. Nicht nur aus Gründen der Crash-Performance zeigt sich insbesondere bei Strukturen für moderne Elektrofahrzeuge, dass Profile mit einer Multifunktionalität eingesetzt werden -Kammerquerschnitte unterliegen einer wachsenden Nachfrage. Gleichzeitig erhöhen die zu transportierenden Batteriemassen den Bedarf an gewichtsreduzierenden Maßnahmen in der Karosseriestruktur, sodass zunehmend hoch- und ultrahochfeste Stahllegierungen (UHSS) mit Festigkeiten von bis zu 1700 MPa und mehr zum Einsatz kommen gebraucht. Aufgrund dieser Materialanforderungen bzw. Querschnittsanforderungen stoßen zahlreiche Herstellungsverfahren für profilförmige Strukturen wie Strangpressen, klassische Biegeverfahren und Tiefziehen an ihre Leistungsgrenzen oder überschreiten diese. Das Rollformen hingegen kann diese Anforderungen erfüllen und stellt weiterhin eine wirtschaftliche Alternative zur Herstellung der benötigten Mehrkammerprofile aus hochfesten Werkstoffen dar. In diesem Vortrag stellen wir aktuelle Strategien zur Herstellung solcher Profile durch Rollformen vor . Neben der theoretischen Darstellung der grundsätzlichen Eignung dieses Herstellungsverfahrens diskutieren wir anhand konkreter Beispiele die Herstellungsstrategie sowie den Umgang mit den spezifischen Herausforderungen hochfester Werkstoffe (u.a. wechselnde Materialeigenschaften). Als Beispiele dienen Fertigungslinien für Komponenten namhafter OEMs, die Dreistern in den vergangenen Jahren realisiert hat.

Die Bedeutung der tatsächlichen Bruchdehnung wurde zunächst bei der Darstellung der lokalen Formbarkeit bei der Materialauswahl verschiedener hochfester Stähle (AHSS) mit ähnlicher Zugfestigkeit hervorgehoben. Inspiriert durch die entsprechenden Studien wurden in einer Vorgängerarbeit die tatsächlichen Bruchdehnungsergebnisse verglichen, die entweder mittels digitaler Bildkorrelation (DIC) oder Bruchflächen-Laserscanning an verschiedenen AHSS-Zugtestproben gemessen wurden. Diese Arbeit kam zu dem Schluss, dass die DIC-basierten Testergebnisse die Bruchdehnung vergleichsweise unterschätzten. Als fortlaufende Studie analysierte die vorliegende Arbeit das DIC-basierte Testverfahren weiter und führte eine solche Unterschätzung hauptsächlich auf die Annahme der Volumenkonstanz zurück. Darüber hinaus wurde in dieser Arbeit darauf hingewiesen, dass die Bruchflächen-Laserscanning-Methode aufgrund derselben Annahme die tatsächlichen Bruchdehnungsergebnisse in gewissem Maße überschätzte. Dennoch wurde beobachtet, dass unterschiedliche AHSS-Qualitäten von diesen beiden Messmethoden unterschiedlich beeinflusst wurden. Daher wurde ein Rasterelektronenmikroskop (REM) eingesetzt, um die Morphologie verschiedener Mikrohohlräume und Grübchen auf verschiedenen Bruchflächen zu untersuchen und so eine solche Diskrepanz zu erklären. Um die Annahme der Volumenkonstanz zu umgehen, wurden in dieser Arbeit zwei alternative Methoden vorgeschlagen, darunter eine DIC-basierte Ausdünnungsmessmethode und eine Hybridmethode, und deren Vor- und Nachteile diskutiert. Darüber hinaus wurden in dieser Arbeit auch die Auswirkungen der DIC-Aufzeichnungsbildrate und die Verwendung verschiedener Ertragsfunktionen zur Ableitung der effektiven Dehnung untersucht. Nicht zuletzt wurde durch die Ausweitung der Überlegungen auf die Schadensbruchmodellierung für Umform- und Crashsimulationen die Bedeutung der wahren Bruchdehnungsgenauigkeit weiter hervorgehoben.

Coating Free Press Hardened Steel (CFPHS) ist eine neuartige, von der General Motors Company patentierte Stahlsorte mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und Oberflächenqualität im Vergleich zum aktuellen Marktfavoriten, AlSi-beschichtetem 22MnB5. CFPHS hat im Vergleich zu 22MnB5 eine höhere Zugfestigkeit und eine verbesserte Zähigkeit, was ein geringeres Gewicht von Fahrzeugen und einen verbesserten Aufprallschutz für Fahrzeuginsassen ermöglicht. Damit Fahrzeugarchitekten Teile mit diesem Material zuverlässig entwerfen können, ist es wichtig, Materialkarten für computergestütztes Engineering (CAE) zu entwickeln, die direkt mit der tatsächlichen Materialleistung korrelieren. In dieser Präsentation werden zwei Korrelationen zwischen CAE und Versuchsergebnissen besprochen, die die Übereinstimmung der entwickelten Materialkarten mit den hergestellten Teilen zeigen.

Diese Präsentation vergleicht die Ergebnisse von Biegetests, die mittels CAE-Simulation durchgeführt wurden, mit physikalischen Ergebnissen von zwei Komponenten: einem Türträger und einem Aufprallträger. Die Simulationen zeigen eine enge Korrelation zwischen den Erwartungen von CAE und den physikalischen Testergebnissen. Dies zeigt, dass die Anstrengungen, die in die Entwicklung der Materialkarten gesteckt wurden, zu zuverlässigen Simulationsergebnissen geführt haben. Diese CAE-Materialkarten können künftig zum Entwerfen neuer Komponenten für zukünftige Programme oder zur Simulation der Funktionalität von CFPHS in einer Drop-in-Anwendung verwendet werden.

ArcelorMittal hat eine Familie neuer mehrphasiger (MP) Sorten aus ultrahochfestem Stahl (UHSS) entwickelt, um kaltumgeformte UHSS-Produkte mit verbesserter Dehnung, Biegbarkeit, Bördelbarkeit, lokaler Formbarkeit und möglicherweise Bruchgrenzen einzuführen und so einzigartige Lösungen zu finden Designherausforderungen, die Automobilstrukturen mit sehr hohen Festigkeitsanforderungen stellen.

Beim Rollformen handelt es sich um einen kontinuierlichen Längsprozess, bei dem Blech nach und nach in das gewünschte Profil gebogen wird. Die allmähliche Art des Biegens ermöglicht die Formung ultrahochfester Materialien. Rollformen wird typischerweise in Fahrzeugbereichen angewendet, in denen eine hohe Festigkeit erforderlich ist, beispielsweise bei Stoßfängersystemen und Schwellern. Mit der zunehmenden Verbreitung batterieelektrischer Fahrzeuge haben sich die Anforderungen an diese Strukturen geändert; Aufgrund der erhöhten Fahrzeugmasse muss mehr Energie aufgenommen werden, und das auf kleinerem Raum, um das Batteriesystem zu schonen. Als Potenzial für diese Anwendungen werden hier die von ArcelorMittal entwickelten Güten MP1300 und 1500 vorgestellt. Die verbesserte Biegsamkeit ermöglicht aufgrund der verbesserten Bruchfestigkeit eine bessere Energieabsorption beim Aufprall bei ähnlichen Festigkeitsniveaus. Die MP-Sorten tragen auch dazu bei, Herausforderungen beim Rollformen zu lindern, wie z. B. die weitere Reduzierung des Radius (R/t) des Abschnitts für eine bessere Verpackung und die Verbesserung der Rückfederung und der Teileformung nach dem Rollformen.

Es wurden bereits Werksversuche sowohl an unbeschichteten als auch an verzinkten Produkten durchgeführt. Das Mikrostrukturkonzept und die Charakterisierung der Hauptattribute, einschließlich HER und R/t, aus beprobten Spulen werden beschrieben. Mit diesen Sorten wurden Rollformversuche durchgeführt, um die Biegbarkeit zu charakterisieren, und es wurden anwendungsspezifische Teile hergestellt, um die Verbesserung der Energieabsorption zu validieren. Alle diese Ergebnisse werden veröffentlicht.

Nach dem Vorspannen und der Einbrennbehandlung zeigen die meisten Automobilstähle ein Härtungsverhalten. In einigen Fällen nimmt mit zunehmender Vordehnung auch der Bake-Hardening-Effekt zu. Diese Eigenschaft kann eine Stärke von fortschrittlichem hochfestem Stahl (AHSS) sein, insbesondere für die Konstruktion von Crash-Teilen. In der Vergangenheit wurde der ASTM-Standard A653/A653M zur Bewertung des Bake-Hardening-Index (BHI) verwendet. Bei Materialien mit hoher Zugfestigkeit und geringer Dehnung kann der BHI jedoch häufig nicht richtig ermittelt werden, da es aufgrund mangelnder Restdehnung zu einem Versagen außerhalb des Messbereichs kommt. Je nach Teiledesign verteilen sich nach der Umformung große Dehnungen (über 5 %). Das Stahltest- und Harmonisierungsteam der Auto/Steel Partnership (STHT) kam zu dem Schluss, dass ein verbessertes Testverfahren für die Bewertung der Auswirkungen von Vordehnung und Bake-Hardening erforderlich ist. Im Jahr 2022 führte das STHT zwei Runden Bake-Hardening-Tests an zwei Materialien in zwei Labors (POSCO und General Motors Company) durch. Die erste Runde nutzte die bestehende ASTM-Methodik. In der zweiten Runde wurde eine modifizierte Methodik verwendet, die auf der Vordehnung einer größeren Probe basierte. Das neue Testverfahren hat im Vergleich zum aktuellen ASTM-Teststandard zu genaueren BHI-Werten bei großen Vordehnungsbedingungen geführt.

Da sich die Automobilindustrie auf Stahlanwendungen mit höherer Festigkeit konzentriert, um das Fahrzeuggewicht zu verringern und die Sicherheitsleistung zu verbessern, kommt es bei herkömmlichen Kaltprägeverfahren zu einer zusätzlichen Rückfederung der Bleche. Um dieses Problem anzugehen, wurden Hybridperlen als alternativer Ansatz zu herkömmlichen Pfahlperlen untersucht, um beim Stanzvorgang eine plastische Verformung herbeizuführen und dadurch die Rückfederung zu verringern. Der Vorteil von Hybridperlen gegenüber Stabperlen liegt in einer verbesserten Materialausnutzung. Um dies zu erreichen, wurden Stanzsimulationen und physikalische Matrizenversuche durchgeführt, um verschiedene Hybridwulstgeometrien zu entwerfen und zu vergleichen. Insgesamt wurden fünf verschiedene Hybridperlendesigns in Matrizenversuchen im Labormaßstab bewertet und zwei dieser Designs wurden anschließend in Matrizenversuchen im größeren Produktionsmaßstab verwendet. Während dieser Matrizenversuche im Produktionsmaßstab erwiesen sich sowohl die Robustheit der Hybridperlen als auch die damit verbundenen Umformkräfte, die erforderlich sind, um sie in Eingriff zu bringen, als wesentliche Probleme. Allerdings erwiesen sich die Hybridsicken als wirksam bei der Reduzierung der Blechrückfederung und der Seitenwandkrümmung, wenn ausreichende Umformkräfte zur Verfügung standen. Außerdem wurden Umformsimulationen durchgeführt und mit den physikalischen Werkzeugversuchen abgestimmt. Für eine erfolgreiche Umsetzung sind zusätzliche Arbeiten erforderlich, um alternative Hybridperlengeometrien weiterzuentwickeln.

Eine genaue Charakterisierung des Kantenbruchs von fortschrittlichem hochfestem Stahl (AHSS) ist für verschiedene Anforderungen wichtig, beispielsweise für die Materialzulassung, die Fehlerbehebung bei Stanzfehlern und die Entwicklung von Bruchkriterien für die Vorhersage der Finite-Elemente-Analyse (FEA). Während der Standard-Lochaufweitungstest für Materialzulassungszwecke verwendet wurde, wird seine Verwendung für die anderen Anforderungen der Lösung von Kantenbruchproblemen durch mehrere Probleme wie die Wiederholbarkeit des Tests und die Abhängigkeit der Ergebnisse vom anfänglichen Lochdurchmesser behindert. In dieser Studie wurde ein Halbkuppeltest mit einem kugelförmigen Stempel verwendet, um Kantenbruchtests an Fortiform®980, AHSS der 3. Generation von ArcelorMittal, durchzuführen. Zum Vergleich wurden auch Locherweiterungstests durchgeführt. Kantenbruchdehnung, Dehnungsverteilung und Dehnungspfad in den kantennahen Bereichen wurden mittels Digital Image Correlation (DIC) bestimmt. Es wurde festgestellt, dass der Dehnungspfad im Randbereich beim Halbkuppeltest näher an der einachsigen Spannung lag als beim Lochausdehnungstest. Darüber hinaus konnte mit dem Half-Dome-Test die Richtungsabhängigkeit der Bruchdehnungen in Bezug auf die Walzrichtung bestimmt werden. Diese Studie zeigt, dass der Halbkuppeltest ein geeigneter Kandidat für eine umfassende und genaue Kantenbruchcharakterisierung sein könnte.

ArcelorMittal und sein Technologiepartner für Heißpresswerkzeuge, das American Tooling Center (ATC), haben erfolgreich ein Heißprägewerkzeug für die B-Säule für die Produktion mit 1,6 mm Usibor® 1500 AS in Betrieb genommen. Das B-Säulen-Werkzeug wurde so konzipiert, dass es ein einigermaßen schwieriges Teil darstellt, indem es eine Kombination aus monolithischem Rohling und lasergeschweißtem Rohling (LWB) gleicher Stärke verwendet. Ziel ist es, die Stanzbedingungen und Prozessfenster für robuste Teile unter Verwendung verschiedener pressgehärteter Stahlsorten (Usibor® 1500, Usibor® 2000, Ductibor® 1000, Ductibor® 500) unter realen Herstellungsbedingungen zu untersuchen. Der Schwerpunkt dieser Präsentation liegt auf den Inbetriebnahmeaktivitäten mit monolithischem Usibor® 1500 AS und es wird der Wert der FEA demonstriert. Ein abschließender Abnahmelauf wurde erfolgreich durchgeführt, zusammen mit physischen Tests der Teile, bei denen die Teilequalität und -konsistenz untersucht wurden. Beispielsweise wurden die Teilefestigkeit, die Teileverformung und die Fertigungsleistung (Ausdünnung und Faltenbildung) an während des gesamten Laufs beprobten Teilen gemessen. Während des Abnahmeversuchs wurden auch detaillierte Pressspuren und Prozessdaten protokolliert. Der Schlüssel zur erfolgreichen Inbetriebnahme der Werkzeuge war die kontinuierliche Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen ATC und ArcelorMittal.

Wenn Sie Feedback zum GDIS-Präsentationstool haben, senden Sie bitte eine E-Mail an Sarah Burns unter [email protected].