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Warmumformung

Ofenfreier Prozess für Presshärten möglich

| Autor/ Redakteur: Annedore Munde / Udo Schnell

Beim Warmumformen hochfester Stähle lassen sich maßgeschneiderte Werkstoffeigenschaften in definierten Bauteilzonen erzeugen. In einem Verbundprojekt wurden jetzt neue Prozessketten entwickelt, die sich durch eine hohe Energie- und Ressourceneffizienz auszeichnen und auch Vorteile beim Verfahren bieten.

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Der Beweis ist erbracht: Mit einer industrietauglichen Presshärtelinie ohne Ofen ist das ofenfreie Warmumformen möglich geworden.
Der Beweis ist erbracht: Mit einer industrietauglichen Presshärtelinie ohne Ofen ist das ofenfreie Warmumformen möglich geworden.
(Bild: Neue Materialien Bayreuth)

Dass das Presshärten im Automobilbau zunehmend an Bedeutung gewonnen hat, ist längst bewiesen. Nicht zuletzt sind es auch die weltweit gestiegenen Sicherheitsanforderungen, auf die sich die Automobilhersteller und ihre Zulieferer bei der Herstellung ihrer Produkte einstellen müssen. Die gezielte Gestaltung definierter punktgenauer Bauteileigenschaften ist dabei eine Voraussetzung für die Umsetzung der geforderten Crashsicherheit.

Doch das Presshärten, so wie es üblicherweise praktiziert wird, hat eine Reihe von Schwachstellen. So gibt es nur bedingt die Möglichkeit zur Gestaltung gradierter Bauteileigenschaften. Außerdem ist der Prozess sehr energieintensiv, denn der Ofen läuft immer, auch bei Produktionsstopp. Und natürlich spielen die hohen Investitionskosten (Ofen) und die geringe Flexibilität (Platzbedarf) eine Rolle bei der Prozessbetrachtung.

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Entwicklung der Anlagentechnik für ofenfreie Warmumformung

Gemeinsam suchten Forscher, Entwickler, Automatisierer, Material-, Komponenten- und Anlagenhersteller deshalb nach einem Weg, den Prozess zu optimieren. Unter der Federführung der Neue Materialien Bayreuth GmbH (NMB) suchten die Beteiligten (Audi AG, Daimler AG, Fraunhofer-IWU, Preccon Robotics GmbH, Schuler SMG GmbH & Co. KG, SMS Elotherm GmbH und Thyssen-Krupp Steel Europe AG) im Rahmen eines Verbundprojektes nach einer Lösung.

Zentrales Ziel war die Integration eines flexiblen Wärmebehandlungsverfahrens in den konventionellen Warmumformprozess. Die entwickelte und vorgestellte neuartige Kontaktwärmebehandlung basiert auf einer Wärmeübertragung in die Platine durch schlüssigen Kontakt mit induktiv vorgeheizten Kontaktplatten. Dies ermöglicht schnelle Aufheizraten und außerdem eine genaue Temperaturkontrolle zur flexiblen Parametereinstellung. In einem Workshop präsentierten die beteiligten Projektpartner jetzt die Entwicklungsschritte und Ergebnisse, aber auch die Grenzen, an welche die Entwickler gestoßen sind. So war es letztendlich immer wieder eine Frage, um die es sich bei der Optimierung der Prozesskette Presshärten drehte: „Ist ein ofenfreier Prozess überhaupt möglich?“

Um nachzuweisen, dass ein solcher Prozess für industrielle Anwendungen realisierbar ist, wurden verschiedene Aspekte der Prozesskette beleuchtet. In fünf Arbeitsgruppen widmeten sich die Fachleute den Schwerpunkten: Entwicklung und Realisierung einer Presshärtelinie mit Kontakterwärmung, Umformwerkzeuge und Demobauteile, werkstofftechnische Prozessaspekte, digitale Prozessbetrachtung sowie Bauteilherstellung und Evaluierung.

Laboranlage für die Erprobung der Umformprozesse

Ein erster Schritt in Richtung Gestaltung der neuen Presshärtelinie war die Entwicklung einer Laboranlage, die über mehrere Entwicklungsstufen immer weiter optimiert werden konnte. So besteht die Version 2 der Laboranlage aus einer Presse mit 133 kN Schließkraft sowie einem wassergekühlten Umformwerkzeug und Plattenwerkzeug. Bearbeitet werden können damit komplexe Temperaturprofile.

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