Fraunhofer-IPT Laserunterstütze Blechbearbeitung: einfach integriert in Folgeverbundwerkzeuge

Autor / Redakteur: Markus Eckert / M.A. Frauke Finus

Konventionelle Werkzeuge stoßen beim Umformen hochfester und spröder Bleche aus Kupfer oder Edel- oder Federstahl an ihre Grenzen. Lokales kurzzeitiges Erwärmen, etwa mit dem Laser, entfestigt die Werkstoffe jedoch soweit, dass sie sich leichter umformen lassen. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT nutzt dieses Prinzip in seinem modularen Hy-Press-System.

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Das Hy-Press-System wird bereits in der Industrie als Modul an einer konventionelle Presse eingesetzt und ermöglicht die laserunterstützte Blechbearbeitung in der Serienproduktion.
Das Hy-Press-System wird bereits in der Industrie als Modul an einer konventionelle Presse eingesetzt und ermöglicht die laserunterstützte Blechbearbeitung in der Serienproduktion.
(Bild: Fraunhofer-IPT)

In der Automobilindustrie werden aufgrund der Nachfrage nach immer leichteren Bauteilen mit hohen mechanischen Steifigkeiten zunehmend hoch- und höchstfeste Stähle eingesetzt. Dies betrifft insbesondere große Bauteile wie Türen oder A-Säulen. Bei der hocheffizienten Bearbeitung in Folgeverbund- oder Stufenwerkzeugen werden diese Materialien jedoch nur vereinzelt eingesetzt, da die Aktivelemente der Werkzeuge durch die erhöhte Materialfestigkeit stark verschleißen. Zusätzlich führt die Festigkeit auch zu einer verminderten Umformbarkeit, sodass die herstellbare Bauteilkomplexität begrenzt ist.

Laserunterstützte Blechbearbeitung hoch- und höchstfester Stähle

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen hat ein Verfahren entwickelt, mit welchem erstmals hochfeste Stähle im Folgeverbund mit niedriger Werkzeugbelastung zu hochkomplexen Bauteilen verarbeitet werden können. Hierzu werden kritische Bearbeitungsgeometrien – beispielsweise kleine Biegeradien, Prägegeometrien oder Schnittgeometrien – mittels Laserstrahlung lokal erwärmt. Die Erwärmungsdauer varriiert hierbei in Abhängigkeit der Geometrie und technischen Randbedingungen. Die Erwärmung senkt die Festigkeit reversibel und erhöht die Umformbarkeit. Somit können qualitativ hochwertige Schnitte mit einem Glattschnittanteil von über 90 % durchgeführt werden bei einer gleichzeitigen Verringerung der Prozesskräfte um mehr als 60 %. Bei dem laserunterstützten Scherschneiden von 1.4310 mit einer Blechdicke von 1 mm konnten 2 Geometrien gleichzeitig bei 90 Hub/ Minute schergeschnitten werden. Ebenfalls kann der Umformgrad beispielsweise beim Kragenziehen oder Biegen über 100 % gesteigert werden. Die eingebrachte Wärme kann ebenfalls für das lokale Härten oder Anlassen der Materialien im Folgeverbund eingesetzt werden. Zusammen mit einem Industriekunden konnten bereits Einhärtetiefen von 4 mm erfolgreich nachgewiesen werden. Umgesetzt wird die laserunterstützte Blechbearbeitung mit dem vom Fraunhofer-IPT entwickelten Hy-Press-System, das bereits in der Industrie eingesetzt wird. Die dritte Generation des Hy-Press-Systems wurde kürzlich entwickelt.

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Das Hy-Press-III-System besteht aus einem Lasersystem mit integrierter Steuerung, dem Strahlengang und dem Bestrahlungsmodul. Zusätzlich ist, wenn nicht schon vorhanden, ein Kühler und eine Absaugung notwendig. Das System lässt sich leicht modular als „System-Upgrade“ in ein Folgeverbundwerkzeug integrieren, unabhängig vom Pressentyp. Dazu wird der Strahlengang in das Werkzeug integriert und in die Presse eingebracht. Anschließend wird das Bestrahlungsmodul auf die Grundplatte aufgesetzt und verschraubt. Bisher war die Verknüpfung der Einzelkomponenten (Laser und Bestrahlungsmodul) durch die hohe Anzahl an elektrischen Verbindungen und Medienanschlüssen zeitaufwendig. Mit dem neu entwickelten Hy-Press III-System werden die elektrischen Anschlüsse und ein Teil der Medienanschlüsse vereinfacht. Der Anschluss des Bestrahlungsmoduls an den Laser erfolgt durch ein industriell weit verbreitetes Steckersystem der Firma Harting. Somit wird durch die Zusammenfassung der Anschlüsse und die Robustheit der Komponenten eine schnelle und dauerfeste Lösung mit geringer Störanfälligkeit eingesetzt. Einzig Wasser und Luftanschlüsse werden gesondert mittels Push-Pull-Steckverbindern angeschlossen. Dieses neue Konzept vermindert die Fehlerwahrscheinlichkeit und verkürzt die Rüstzeiten.

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