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Leichtbau und hochfeste Werkstoffe fordern die Umformtechnik heraus

| Redakteur: Dietmar Kuhn

Der weltweit steigende Bedarf an Konsumgütern fordert vor allem die Produktion und dort verstärkt die Umformtechnik heraus. Um gerade an Hochlohnstandorten wettbewerbsfähig zu sein, müssen hochwertige Produkte effizient gefertigt werden, wobei sich die Prozessintegration als entscheidender Faktor erweist.

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Die Herstellung qualitativ hochwertiger Produkte erfordert neue und effiziente Verfahren. Davon ist auch die Umformtechnik stark berührt. (Bild: Audi)
Die Herstellung qualitativ hochwertiger Produkte erfordert neue und effiziente Verfahren. Davon ist auch die Umformtechnik stark berührt. (Bild: Audi)

Beispielsweise ermöglicht die Vermeidung von Werkzeugwechseln in der Umformtechnik Zeit- und Kostenersparnis. Dabei kann die Prozessintegration unter anderem dadurch erreicht werden, dass der Einsatzbereich klassisch verwendeter Werkzeuge auf neue Situationen erweitert wird.

In Hinblick auf die Qualität der zu fertigenden Bauteile wird die moderne Umformtechnik mit ganz unterschiedlichen Forderungen konfrontiert: Einerseits wird eine steigende Komplexität der Formgebung verlangt, damit beispielsweise Forderungen des Leichtbaus fertigungstechnisch umgesetzt werden können. Andererseits sind die für Leichtbau günstigen Werkstoffe, wie beispielsweise Aluminium oder Magnesium, weit weniger duktil als etwa Stahl in Tiefziehqualität, wodurch die umformtechnische Verarbeitung erschwert wird.

Klassische Umformverfahren genügen nicht mehr

Eine andere Herausforderung stellen steigende Sicherheitsansprüche dar, beispielsweise in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, die den Einsatz hochfester Werkstoffe nahelegen, die im Vergleich zu den klassisch verwendeten Werkstoffen ebenfalls eine geringere Duktilität und ein herabgesetztes Umformvermögen aufweisen. Wie kann es nun überhaupt möglich sein, die Forderung nach effizienten Fertigungsverfahren für Bauteile mit steigender geometrischer Komplexität, die aus schwerer umformbaren Werkstoffen bestehen, zu erfüllen?

Allein auf Grundlage der klassischen Umformverfahren, wie etwa des Tiefziehens oder der Innenhochdruckumformung, ist eine Realisierung der oben genannten, teilweise gegenläufigen Forderungen nicht zu erwarten. Die Formgebungsgrenzen dieser quasi-statisch ablaufenden Prozesse sind gut erforscht und lassen nur wenig Raum für eine erweiterte Formgebung.

Darstellung des Umformvermögens im Formänderungsdiagramm

Das Umformvermögen eines Verfahrens kann durch ein sogenanntes Formänderungsdiagramm visualisiert werden. Bild 1 und 2 (siehe Bildergalerie) zeigen ein solches Diagramm für das Tiefziehen eines runden Aluminiumbleches aus dem Werkstoff EN-AW5083 H111. Es wurde ermittelt, indem auf das umzuformende Blech ein Gitternetz geätzt wurde.

An der Positionsänderung der Gitterpunkte bei Umformung kann für jeden Punkt die erste und zweite Hauptformänderung ermittelt werden. Mathematisch handelt es sich dabei um die beiden (nach Größe geordneten) Eigenwerte der logarithmischen Dehnung auf Blechebene. In Bild 2 ist das umgeformte Bauteil abgebildet.

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