Summary
Increased material efficiency and additional functional requirements need adaptation of development and manufacturing methods. Based on numerical optimization of shape and topology using finite element method, global solutions can be found. In addition, there are manifold material and processing dependent possibilities for locally acting strengthening. Microstructural changes due to cold forming, controlled introduction of residual stresses, local hardening and strain induced martensite formation are some economic technologies. Using some examples, the benefits of roll formed beams, tailored tubes with varying wall thickness in the cross-section as well as along the longitudinal direction, corrugated tubes, local strengthening by microstructural modifications and the use of compounds are illustrated.
Zusammenfassung
Erhöhte Materialeffizienz und zusätzliche Funktionsanforderungen verlangen angepasste Entwicklungs- und Fertigungsmethoden. Ausgehend von der numerischen Gestalt- und Topologieoptimierung mittels FEM können globale Lösungen gefunden werden. Zusätzlich existieren zahlreiche material- und fertigungstechnische Möglichkeiten für lokal wirkende Verstärkungen. Gefügeänderungen durch Kaltverfestigung, das gezielte Einbringen von Eigenspannungen, örtliche Härtung und dehnungsinduzierte Martensitbildung sind nur ein paar wirtschaftliche Technologien. An mehreren Beispielen wird der Nutzen von walzprofilierten Trägern, "Tailored Tubes" mit variablen Wandstärken, korrugierten Rohren, lokalen Verstärkungen durch Gefügemodifikationen und jener der Werkstoffverbunde dargestellt.
This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.
Similar content being viewed by others
Literaturverzeichnis
Klein, B.: Leichtbau – Konstruktion. Vieweg-Verlag, 7. Auflage (2007)
Degischer, H.P., und S. Lüftl: Leichtbau – Prinzipien, Werkstoffauswahl und Fertigungsvarianten. Wiley-VCH (2009)
www.demea.de , Deutsche Materialeffizienzagentur, BMfWT
Sauter, J., F. Mulfinger und O. Müller: Neue Entwicklungen im Bereich der Gestalt- und Topologieoptimierung. FE-Design, Karlsruhe, (1992)
Sauter, J., und B. Lauber: Integrierte Gestalt- und Topologieoptimierung im Konstruktionsprozess, Simulation 1, (2002), 6–12
Schumacher, A.: Optimierung mechanischer Strukturen – Grundlagen und industrielle Anwendungen. Springer-Verlag, (2005)
Mattheck, C.: Design in der Natur. Der Baum als Lehrmeister. Rombach Ökologie, 4. Auflage (2006)
Rammerstorfer, F.G.: Increase of the first natural frequency and buckling load of plates by optimal fields of initial stresses. Acta Mehanica 27 (1977), 217–238
Freytag, P., und R. Schulze: ATLAS – Neue Potentiale für den automobilen Leichtbau in Stahl. Dresdner Leichtbausymposium, Dresden (2003), 1–11
Buescher, M., A. Kröff und A. Wedemeier: ScaLight – The way to the intelligent body in white architecture. 2nd Int. Conf. on Steels in Cars and Trucks (eds. B. Fuchsbauer, H.-J. Wieland), Verlag Stahleisen (2008), 123–130
Neugebauer, R., R. Mauermann, S. Menzel, J. Standfuß und A. Jahn: Patchwork Blanks – Eine neue Halbzeugphilosophie. Tagungsband: Neue Wege zum wirtschaftlichen Leichtbau. EFB-Kolloquium Blechverarbeitung (2007), 87–100
Mirtsch, F.: Werkstoff- und oberflächenschonende Blechumformung durch Wölbstrukturieren für neue Leichtbauprodukte. Vortragsreihe: "Neuere Entwicklungen in der Umformtechnik am IBF Institut für Bildsame Formgebung" IBF, RWTH Aachen am 13.1.2010 oder www.woelbstruktur.de
Witzenmann GmbH: Das Handbuch der Metallbälge. Pforzheim (2009)
Weiß, S.: Innovative Produkte durch kontinuierliches Umformen und Fügen von Bändern in der Kabelindustrie. XXVIII. Verformungskundliches Kolloquium, Planneralm (2009)
de Baan, J., M.H. Krekel, R. Leeuwenburgh, and M.M. McCall: Offshore transfer, re-gasification and salt dome storage of LNG. Offshore Technology Conference, Houston, Texas, U.S.A., 5–8 May, 2003
Weiß, S.: Corrugated tubes bei Rosendahl Austria. Persönliche Mitteilung, (2010)
Sweeney, K., und U. Grunewald: The application of roll forming for automotive structural parts. J. of Materials Processing Technology 132 (2003), 9–15
Chatti, S.: Production of profiles for lightweight structures. Habiliationsschrift, Universität Dortmund, (2004)
Voges-Schwieger, K., S. Hübner und B.A. Behrens: Verstärkung durch umformtechnische Strukturierung. wt Werkstatttechnik 99 (2009), H.10, 785–790
Tamura, I.: Deformation-induced martensitic transformation and transformation-induced plasticity in steels. Metal Science 16 (1982), 245–253
Heinemann, G.: Virtuelle Bestimmung des Verfestigungsverhaltens von Bändern und Blechen durch verformungsinduzierte Martensitbildung bei metastabilen rostfreien austenitischen Stählen. Diss. ETH Zürich, Nr. 15846, (2004)
Nohara, K., Y. Ono, and N. Ohashi: Composition and grain size dependencies of strain-induced martensitic transformation in metastable austenitic stainless steels. J. of ISIJ 63, (1977), 212–222
Pickering, F.B.: Conf. Proc. Stainless Steels 84, Göteborg, The Institute of Metals, London, (1985), 12ff
Frommeyer, G., und U. Brüx: Microstructures and mechanical properties of high-strength Fe-Mn-Al-C Lightweight TRIPLEX steels. Steel Research 77 (2006) 627
Grässel, O., L. Krüger, G. Frommeyer und L.W. Meyer: High strength Fe-Mn-(Al, Si) TRIP/TWIP Steels development-properties-application. Int. J. of Plasticity 16 (2000), 1391
Phiu-on, K.: Deformation mechanisms and mechanical properties of hot rolled Fe-Mn-C-(Al)-(Si) austenitic steels. Diss. RWTH Aachen, (2008)
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Buchmayr, B., Figala, G. & Wunsch, L. Lokale fertigungstechnische Verstärkungskonzepte zur Erhöhung der Materialeffizienz. Berg Huettenmaenn Monatsh 155, 307–312 (2010). https://doi.org/10.1007/s00501-010-0581-8
Received:
Accepted:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/s00501-010-0581-8