Prozessgrenzenerweiterung beim Tiefziehen der Aluminiumlegierung EN AW-6014 mittels kryogener Temperaturen

Aluminiumlegierungen sind aufgrund ihres hervorragenden Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht sowie ihrer guten Korrosionsbeständigkeit für Leichtbauanwendungen von besonderer Bedeutung. Zugleich eröffnet ihre hohe Wärmeleitfähigkeit ein breites Anwendungsspektrum in der Elektronik- und Kommunikationsindustrie. Eine wesentliche Herausforderung stellt jedoch deren begrenzte Umformbarkeit bei Raumtemperatur dar. Die Umformung bei sehr tiefen, kryogenen, Temperaturen bietet das Potenzial, die Festigkeit zu steigern und dennoch die Duktilität zu verbessern.
In der vorliegenden Dissertation wird ein kryogener Tiefziehprozesses ohne Kühlung der Werkzeuge umgesetzt, um die Komplexität des Werkzeugsystems für die kryogene Umformung zu reduzieren. Dabei wird das Aluminiumblech initial in flüssigem Stickstoff gekühlt, während die Tiefziehwerkzeuge auf Umgebungstemperatur bleiben. Im Fokus steht dabei die Prozessgrenzenerweiterung gegenüber dem konventionellen Tiefziehprozess. Hierfür wird eine Auslegungsstrategie zur Steuerung des Temperatur profils im Blech entwickelt, sodass lokal die Festigkeit im Blech temperaturabhängig eingestellt werden kann. Es wird insbesondere dargestellt, dass über das resultierende Festigkeitsprofil der Widerstand gegen Bodenreißer erhöht und das Grenzziehverhältnis gesteigert werden kann. Anhand numerischer und experimenteller Untersuchungen werden die Wärmeströme und das Temperaturprofil in Abhängigkeit der Werkzeugwerkstoffe analysiert, Randbedingungen identifiziert und das Potenzial des nicht-isothermen kryogenen Tiefziehprozesses aufgezeigt.