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Umformtechnik Innenhochdruck-Umformen wird flexibel

| Autor: Stéphane Itasse

Der Innenhochdruck-Umformung sind oft Grenzen gesetzt: Die Anlagen sind häufig nur für ein Werkstückspektrum und Verfahrensprinzip ausgelegt. Für andere Formen beziehungsweise Abmessungen muss die gesamte Anlage umgerüstet werden. Anders am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU in Chemnitz.

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Auf der umgerüsteten IHU-Presse Dunkes HS3-1500 lassen sich Bleche und Hohlprofile unterschiedlicher Größen und Geometrien sowohl per Hydroforming als auch per Hot Metal Gas Forming umformen.
Auf der umgerüsteten IHU-Presse Dunkes HS3-1500 lassen sich Bleche und Hohlprofile unterschiedlicher Größen und Geometrien sowohl per Hydroforming als auch per Hot Metal Gas Forming umformen.
(Bild: Fraunhofer-IWU)

Hier haben die Forscher eine europaweit einzigartig flexible Anlage zur Innenhochdruck-Umformung (IHU) errichtet. Auf ihr lassen sich Bleche und Hohlprofile aus den verschiedenen Materialien kalt wie warm in unterschiedlichen Größen und mit Innendrücken bis zu 700 MPa (7000 bar) umformen, wie das IWU mitteilt.

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Die IHU gewinnt in der industriellen Anwendung nachweislich wieder an Bedeutung, die Stückzahlen steigen kontinuierlich – genauso wie die Anforderungen an den Sektor. „Besonderes Augenmerk liegt dabei auf neuen Werkstoffen, komplexeren Bauteilgeometrien und einem wirtschaftlichen Leichtbau“, sagt Markus Werner, Abteilungsleiter Wirkmedienumformung und Werkzeugkonzepte am Fraunhofer-IWU in Chemnitz. „Mit unserer 2016 neu in Betrieb genommenen IHU-Anlage können wir all das realisieren.“

Offene Schnittstellen in der Steuerung machen IHU-Anlage flexibel

Zu diesem Zweck wurde die Dunkes HS3-1500 Tonnen IHU-Presse des Instituts gemeinsam mit den Firmen AP&T AB und Maximator GmbH zu einer flexiblen Umformanlage für Hohlprofile und Bleche aufgerüstet. Im Ergebnis ist eine Anlage mit völlig neuen Möglichkeiten entstanden. „Durch offene Schnittstellen in der Steuerung ist eine Kommunikation über die Anlagengrenzen hinweg sowie eine wissensbasierte Prozessführung möglich“, erläutert Alexander Paul, IHU-Spezialist am Fraunhofer-IWU.

Das modulare Steuerungskonzept ermöglicht sehr hohe Genauigkeiten sowohl in Bezug auf den Weg wie auch auf die Kraft der Nachschiebezylinder. Insgesamt lassen sich bei der Presse neun Achsen gleichzeitig nutzen. Die regelbare Schließ- beziehungsweise Zuhaltekraft der Anlage reicht von 100 bis 15.000 kN. Zwei Druckübersetzer für das Hydroforming ermöglichen im Bauteil bis zu 700 MPa Umformdruck.

Ein Hochdruckgassystem ermöglicht die Umformung bis zu Werkstücktemperaturen von 1000 °C bei maximal 120 MPa Umformdruck. Mit dem so genannten Hot Metal Gas Forming können Stähle und insbesondere Leichtmetalle bei erhöhten Umformtemperaturen mithilfe von Stickstoff oder Argon ausgeformt werden.

Präzise Prozessführung beim IHU gewährleistet

Die Ansteuerung der Hochdruckgasanlage ist in die Pressenregelung integriert. Dadurch ist eine präzise Prozessführung gewährleistet, beispielsweise wenn die Nachschiebewege in Abhängigkeit vom Innendruck hochgenau geregelt werden müssen. Dies ist insbesondere für die temperierte Umformung von besonderer Bedeutung. Außerdem können mit der neuen Steuerung die Temperaturen in den Werkzeugen während der Umformung überwacht werden. Das erhöht die Prozesssicherheit und hilft, Ausschuss zu vermeiden.

Dank der neuen Möglichkeiten lassen sich mit der modernisierten Presse Hohlprofile von sehr kleinem Durchmesser und mit Wanddicken von nur 0,1 mm bis hin zu Hohlprofilen mit Außendurchmessern von 120 mm und mehreren Millimetern Wanddicke darstellen. Im Bereich der Innenhochdruck-Blechumformung können Bauteile mit einer Platinengröße bis zu 500 mm × 1000 mm umgeformt werden. Neben der mobilen Hochdruck-Gasanlage können mit Hilfe einer zweiten Gasdruck-Regeleinheit niedrige Drücke (maximal 10 MPa) präzise dosiert werden, wie es für die superplastische Umformung erforderlich ist. „Damit ist unsere IHU-Anlage für alle denkbaren Forschungszwecke perfekt geeignet“, sagt Paul.

Workshop im September vermittelt Forschungsergebnisse zur IHU

Das Fraunhofer-IWU verfügt über eine lange Tradition in der wirkmedienbasierten Umformung von geschlossenen Profilen und Blechen. „Auf diesem Gebiet arbeiten wir nun seit über 20 Jahren als Forschungs- und Entwicklungsdienstleister für die Industrie“, verdeutlicht Werner. Seit Ende 1995 wird auf dem Gebiet der Innenhochdruck-Umformung am Fraunhofer-IWU in Chemnitz anwendungsorientiert geforscht. „Das IHU-Verfahren wird dabei ganzheitlich betrachtet. Angefangen bei der Produktidee bis hin zum Prototyping“, berichtet Werner. Dies schließt vor allem die Prozesssimulation, die Werkstofftechnik, Machbarkeitsstudien, Verfahrensentwicklungen sowie Steuerungstechnik und die Werkzeugentwicklung ein.

Die Dunkes-IHU-Presse steht unter anderem beim Workshop „Wirkmedienumformung am Fraunhofer-IWU – 20 Jahre Innovation und Know-how“ im Mittelpunkt. Die Veranstaltung am 21. September 2016 präsentiert anhand aktueller Forschungsergebnisse und Praxisbeispiele das IHU-Know-how des Instituts und soll zum gegenseitigen Erfahrungsaustausch zwischen Industrie und Wissenschaft anregen. Themen sind unter anderem Trends von IHU-Anwendungen in der Serienproduktion und IHU-Verfahren zur Herstellung von komplexen Außenhautbauteilen aus Aluminium-Legierungen. Der Workshop am Chemnitzer Standort des Fraunhofer-IWU schließt mit Live-Vorführungen im Versuchsfeld des Instituts. Eine Anmeldung ist unter diesem Link möglich.

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