Umformtechnik Gezielte Warmumformung für punktgenaue Bauteileigenschaften

Der Leichtbau hat sich im Automobilbau etabliert. Die Stahlhersteller präsentieren hierfür die geeigneten höchstfesten Stähle, die Anlagenbauer feilen an den richtigen Konzepten für die Herstellung der Bauteile. Das Ziel ist klar: geringerer Verbrauch. Die neuen Karosseriematerialien sollen höchste Sicherheitsstandards erfüllen, die Bauteileigenschaften möglichst maßgeschneidert und der Prozess jederzeit reproduzierbar sein. Hier setzt die Warmumformung an.

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Bei diesem Umformverfahren wird die Wärmebehandlung in den Umformprozess integriert. Durch eine entsprechende Verfahrenssteuerung kann die Mikrostruktur des Materials an klar definierten Punkten beeinflusst und so die gewünschte Bauteilgeometrie erzeugt werden. Das grenzt die Warmumformung, auch Presshärten genannt, von konventionellen Formgebungsverfahren ab. „Die sich aktuell jedoch abzeichnende Breite in der Anwendung und vor allem die Komplexität der zugehörigen Prozesse, insbesondere vor dem Hintergrund überaus komplexer Produktkonfigurationen, ist das wirklich Neue. Diese Komplexität lässt sich nur durch ein vermehrtes Grundlagenverständnis und deutlich verbesserte anwendungstechnische Speziallösungen im Sinne eines produktiven und reproduzierbaren Fertigungsprozesses in den Griff bekommen“, beschreibt Prof. Kurt Steinhoff den Umfang der Thematik.

Steinhoff ist wissenschaftlicher Leiter des Anwendungszentrums Metallformgebung (Metakus) in Kassel-Baunatal und Inhaber des Lehrstuhls für Umformtechnik an der Universität Kassel. Die Thermoprozesstechnik ist genau das, worauf man sich in Kassel spezialisiert hat.

Insgesamt steht das auch als Presshärten bezeichnete Verfahren für eine Reihe von Vorteilen, beispielsweise für eine Reduzierung der Blechdicke und die Reduktion des Bauteilgewichts, für die Herstellung komplexer Teile mit teils sehr hohen Umformgraden, für verbesserte Crasheigenschaften aufgrund höherer mechanischer Eigenschaften des Grundmaterials oder für eine deutlich geringere notwendige Presskraft für die Umformung als beim Kaltumformen höherfester Stähle und damit auch für eine geringere Belastung der Pressen und Werkzeuge.

Komplexer Prozess erfordert umfassendes Handeln

Doch wo liegen die Herausforderungen beim Presshärten? Für Dr.-Ing. Franz-Josef Lenze, Fachkoordinator Umformtechnik bei der Thyssen-Krupp Steel AG, sind es drei Kernbereiche, die für die Prozessführung entscheidend sind: der Aufheizprozess, die Handhabungstechnik und die Werkzeugtechnik. „Der Aufheizprozess wird zukünftig von der Frage des notwendigen Energieeinsatzes (Wärmeübertragung/Wirkungsgrad) und von der exakten Temperaturführung zur Einstellung der gewünschten Werkstoff- beziehungsweise Oberflächeneigenschaften dominiert“, so Lenze. Darüber hinaus spiele der schnelle und sichere Materialtransport zwischen Aufheizeinrichtung und Maschine/Werkzeug eine wesentliche Rolle.

Das Umformwerkzeug selbst hat in der gesamten Prozesskette eine zentrale Bedeutung. Es hat einerseits die Aufgabe, die Teilegeometrie exakt zu erzeugen, und andererseits werden im gleichen Werkzeug über den dort ablaufenden thermischen Prozess die Bauteileigenschaften eingestellt. Doch allein mit der eigentlichen Umformung ist die Prozessbetrachtung nicht abgeschlossen.

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