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Warmumformung

Höchste Festigkeiten bei IHU-pressgehärteten Hohlprofilen erzielt

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Für die Simulation des Presshärtens wurde ein thermo-mechanisches 3D-Modell erstellt, welches die physikalischen Phänomene der Konvektion, Wärmeleitung, Wärmestrahlung und des Wärmeübergangs zur Berechnung der Temperaturfelder in Platine und Werkzeug berücksichtigt. Durch Variation der Wanddicke und der Umformgeschwindigkeit konnten so die Umformgrenzen und Temperaturverteilungen in Werkstück und Werkzeug berechnet werden. Aktuelle Arbeiten beschäftigen sich mit der quantitativen Ermittlung des Einflusses des Wirkmediums auf die Abkühlung des Bauteiles.

Presshärten führt zu konstant verlaufenden Festigkeitswerten

Zur Bestimmung der finalen Festigkeitswerte sowie der verbliebenen Bruchdehnungen wurden aus den pressgehärteten Bauteilen Zugproben entnommen und geprüft. Die Auswertung der Festigkeitswerte für den LH 800 (= ein geschütztes Warenzeichen), 1150 bis 1200 N/mm², ergaben einen konstanten Verlauf über den Querschnitt, da das Bauteil vollständig ausgeformt war und sich somit ausreichend hohe Abkühlraten durch den Werkzeugkontakt einstellen konnten.

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Dabei wurden lokale Dehnungen bis 38% erzielt. Das Schliffbild des gemessenen Querschnitts weist ein reines Martensitgefüge auf.

Die aufgenommenen Kennwerte wurden den vergüteten (300 HV 10) Bauteilen gegenübergestellt. Durch den Vergleich der im Prozess erzielten Härte mit den Härtewerten im ZTU-Schaubild des LH 800 sowie den Ist-Prozesszeiten wurde eine minimale Abkühlrate von 45 K/s ermittelt, die während der Umformung am Bauteil erreicht wurde. Können die Radien oder andere Funktionsflächen im Prozess nicht komplett auskalibriert werden, stellen sich dementsprechend auch geringere Festigkeiten als in den Anlagebereichen ein.

Presshärten ermöglicht gute Reproduzierbarkeit bei höchstfesten Stählen

Im Gegensatz zu Bauteilen aus höchstfesten Stählen, die kalt umgeformt werden, zeichnen sich pressgehärtete Bauteile durch eine im Allgemeinen hohe Reproduzierbarkeit der geometrischen Form (± 0,5 mm) aus. Des Weiteren tritt keine nennenswerte Rückfederung auf, während diese bei der Kaltumformung von höherfesten Stählen meist durch die Werkzeugkonstruktion kompensiert werden muss.

Die Ergebnisse der geometrischen Messung an den IHU-pressgehärteten Bauteilen zeigen, dass im Grundkreis die Kontur maximal 0,24 mm und an den ebenen Flächen im Seitenbereich circa 0,15 mm von der Werkzeuggravur abweicht. Die Vermessung der Gurtlänge am Bauteil ergab eine Abweichung von 0,55 mm. Diese Verkürzung wird sowohl durch die Rückfederung als auch durch thermische Schrumpfung verursacht, wobei letztere den größeren Anteil bedingt.

Derzeit werden am Fraunhofer-IWU weitere Werkstoffe wie der 34MnB5 und MW1000L untersucht. Erste Umformergebnisse zeigen, dass mit diesen Werkstoffen Festigkeiten von 1900 N/mm² erreichbar sind. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Ermittlung der mechanischen Eigenschaften nach der Umformung bei einer gezielten Variation der Einflussgrößen.

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