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Warmumformung Pressgehärtete Karosserieteile machen Autos leichter und sicherer

| Autor / Redakteur: André Albert und andere / Dietmar Kuhn

Der Trend, höchstfeste Werkstoffe in innovativen Karosseriekonzepten einzusetzen, ist ungebrochen. Denn damit lassen sich in einem Mittelklassefahrzeug bis zu 20 kg Masse einsparen. Für die Herstellung höchstfester Karosseriebauteile ist das Presshärten oder Warmumformverfahren bestens geeignet.

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(Bild:IWU)

Die Automobilindustrie bewegt sich bei der Entwicklung neuer Fahrzeuge immer mehr im Spannungsfeld zwischen steigenden Komfort- und Sicherheitsansprüchen, dem Wunsch nach höherem Leistungsvermögen und den Forderungen nach geringem Kraftstoffverbrauch und weniger Kohlendioxidemissionen. Ein zukunftsweisendes Lösungskonzept stellt hierbei der Leichtbau dar.

Der Stoffleichtbau setzt auf Stähle mit verbesserten Eigenschaften

Dabei kommt neben konstruktiven Leichtbaukonzepten, wie zum Beispiel dem Formleichtbau, vor allem dem Stoffleichtbau eine bedeutende Rolle zu. Der Stoffleichtbau zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass konventionelle Stahlwerkstoffe durch Werkstoffe mit besseren gewichtsspezifischen Eigenschaften substituiert werden. Neben Materialien wie Magnesium oder Aluminium kommen hierbei vermehrt Werkstoffe mit höherer Festigkeit wie Presshärtestähle zum Einsatz. Die Anwendung von Rohren und Profilen bietet im Sinne des Strukturleichtbaus unter anderem durch den Entfall von Fügeflanschen erhebliche Einsparpotenziale, die sich in Kombination mit Leichtbauwerkstoffen noch erheblich verstärken, wie sich beispielsweise anhand der Audi-Spaceframe-Technologie auch für Serienanwendungen eindrucksvoll belegen lässt [1].

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Der Trend, hoch- und höchstfeste Werkstoffe in Karosseriekonzepten einzusetzen, hat sich in der industriellen Praxis durchgesetzt. So beträgt deren Anteil circa 45 % in aktuellen Fahrzeugmodellen [2]. Einen besonderen Stellenwert nehmen hierbei pressgehärtete Bauteile ein, die sich durch eine maximale Zugfestigkeit von bis zu 1900 MPa als crashrelevante Strukturbauteile in den Karosseriekonzepten hervorheben (Bild 1).

Automobilhersteller wenden Warmumformung bereits serientechnisch an

Die Warmumformung von Blechen hat sich bei Automobilherstellern im serientechnischen Maßstab bewährt und stellt heute eine wesentliche Technologie für crashrelevante Bauteile von Volumenmodellen dar. Bild 2 (siehe Bildergalerie) zeigt schematisch die direkte Prozesskette zur Herstellung von warmumgeformten Strukturbauteilen.

Die zugeschnittene Blechplatine aus manganborlegiertem Vergütungsstahl (22MnB5), die im Lieferzustand eine Zugfestigkeit Rm von 550 bis 700 N/mm² und eine Bruchdehnung A80 von 12 % aufweist [4], wird zum Austenitisieren bei etwa 950 °C im Ofen erwärmt. Der Erwärmung schließt sich der Prozessschritt der Blechwarmumformung in einem gekühlten Werkzeug, das sogenannte Press- beziehungsweise Formhärten, an. Die dabei erforderliche hohe Abkühlrate von mindestens 27 K/s hat ein Härten durch die Umwandlung in martensitisches Gefüge zur Folge.

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