Modelling of forming based process chains for the manufacturing of high strength aluminum structural parts from friction stir welded tailored blanks

Ein Schlüsselfaktor zur Steigerung der Effizienz im Luftverkehr und zur Intensivierung der zivilen Raumfahrt ist die Weiterentwicklung von Technologien zur kosten- und ressourcenschonenden Herstellung von Strukturteilen. Die Werkstoffgruppe der höchstfesten Aluminiumlegierungen weist ein hohes Potenzial für den Einsatz in Luft- und Raumfahrzeugen auf, innovative Anwendungen werden jedoch durch den aktuellen Stand formgebender Fertigungstechnologien begrenzt. Ein zukunftsweisender Ansatz ist die umformtechnische Herstellung großflächiger, gekrümmter Bauteile ausgehend von ebenen, geschweißten Blechen, sogenannten Tailor Welded Blanks. Entscheidend ist dabei die Kenntnis der Wechselwirkungen entlang der Prozesskette und deren Einfluss auf die finalen Bauteileigenschaften. Die vorliegende Forschungsarbeit bildet mittels gezielter Werkstoffcharakterisierung die Basis für das Verständnis der Wärmebehandlung, Umform- und Fügetechnik. Darüber hinaus wurde eine Methodik zur modellbasierten Bauteil- und Prozessauslegung unter Berücksichtigung mehrkriterieller Randbedingungen entwickelt und deren universelle Übertragbarkeit auf Leichtbaustrukturteile aus höchstfestem Aluminium bewertet.A key factor for an efficiency increase in air plane and space ship manufacturing is the development of technologies for cost and resource efficient production of structural parts. High strength aluminum alloys show a high potential for the use in aerospace applications, nevertheless innovations are limited by the state of the art of shaping technologies. An advanced approach is to form large scale spherical parts from tailor welded blanks. Therefor it is essential to have the knowledge about the interactions along the process chain and be able to calculate their influence on final part properties and quality. Within this scientific work specific material characterization provides the basis for the understanding of heat treatment, forming and joining technology. Furthermore, to be able to fulfill multi criteria specifications in part and process design a methodology based on analytical and numerical models has been introduced and verified according its general applicability for the manufacturing of light-weight structural parts made of high strength aluminum