Entwicklungen beim Presshärten – Konzepte und Lösungen

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AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Exemplarisch hierfür sind dilatometrische Untersuchungen anzuführen. Diese ermöglichen neben der Ermittlung einer prozesssicheren Erwärmungstemperatur zur Austenitisierung des eingesetzten Werkstoffes auch Rückschlüsse über die Einstellung von bauteilspezifischen Eigenschaften. Somit erfolgt beispielsweise die Bestimmung der Austenitisierungstemperatur im Abschreck- und Umformdilatometer am IWU bei Aufheizraten bis zu 300 K/s, wobei die aufgenommenen Längenänderungen der Proben Auskunft über den Beginn der Austenitumwandlung Ac₁ und das Ende der Austenitumwandlung Ac₃ geben. Die Ergebnisse wurden in einem Zeit-Temperatur-Austenitisierungs-Diagramm zusammengefasst.

3MA-Verfahren ermöglicht gleichzeitige Messung mehrerer Qualitätsmerkmale

Die Ermittlung von bauteilspezifischen Kennwerten spielt auch bei der Qualitätssicherung eine wesentliche Rolle, betonte Jens-Holger Fery vom Fraunhofer-Institut für zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP). Das IZFP entwickelte zu diesem Zweck das 3MA-Verfahren (3MA = mikromagnetische Multiparameter-Mikrostruktur- und Spannungsanalyse), welches eine gleichzeitige Messung mehrerer Qualitätsmerkmale, wie zum Beispiel der Zugfestigkeit, Streckgrenze, Härte und Gleichmaßdehnung, ermöglicht.

Das Verfahren nutzt dabei die Korrelation zwischen mechanischem und elektromagnetischem Werkstoffverhalten aus. Durch den Einsatz dieser innovativen Technik können kosten- und zeitaufwendige zerstörende Prüfungen wesentlich reduziert und Abweichungen der Produktqualität im Herstellungsprozess frühzeitig erkannt werden.

Zur Bewertung des Formänderungsverhaltens eines durch Presshärten hergestellten Bauteils wird, da komplexe Einflüsse wie die Temperatur und der Wärmeübergang beachtet werden müssen, die thermomechanische Simulation genutzt. Diese dient neben der Prozessplanung auch der Werkzeugauslegung, da die Berechnungsergebnisse Aussagen über die Blechdickenverteilung, die Faltenbildung und die Umformbarkeit des Bauteiles ermöglichen (Bild 5). Die Simulationen zeigen beispielsweise auf, dass maßgeschneiderte Bauteileigenschaften durch die Modifikation der Werkzeugtemperatur und des Wärmeübergangskoeffizienten eingestellt werden können.

Verschiedene Kühlkonzepte in Umformwerkzeugen untersucht

Für die Herstellung von pressgehärteten Bauteilen wurden am Fraunhofer-IWU verschiedene Kühlkonzepte in Umformwerkzeugen untersucht. So wurde beim Demonstratorbauteil „B-Säulenfuß“ der Stempel des Presshärtewerkzeuges in Schalenbauweise und die Matrize mit eingegossenen Kühlrohren realisiert (Bild 6). Für die beiden Komponenten des Stempels kam als Material ein Sphäroguss (EN-GJS-700) zum Einsatz. Bei der ebenfalls gegossenen Matrize wurde der gleiche Gusswerkstoff genutzt, wobei die eingegossenen Kühlrohre aus Edelstahl (1.4571) gefertigt wurden.

Die Kühlung im Stempel und in der Matrize besteht aus mehreren einzelnen Kühlkanälen, welche jeweils separat angesteuert werden können. Dies ermöglicht zum einen eine exaktere Steuerung der Werkzeugtemperatur und zum anderen eine homogenere Kühlung durch das Gegenstromprinzip.

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