Presshärten von Hohlprofilen mittels Innenhochdruck-Umformung

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

In Zusammenarbeit mit den Projektpartnern wurde im ersten Schritt der Lufthärter-Werkstoff LH-800 untersucht. Obwohl dieser Stahl schon im kalten Zustand gute Umformeigenschaften besitzt, kann die Bauteilgeometrie nicht ohne Versagen kalt ausgeformt werden. Für die vollständige Ausformung sind lokal maximale Dehnungen von 22% notwendig, die durch die Warmumformung versagensfrei erreicht werden.

Warmumformung für Stahl LH-800 geeignet

Mittels Warmumformung lässt sich auch der Bereich der Anfangsverprägung optimal ausformen. Diese wird beim Schließen des Werkzeuges eingeprägt und im Prozess kalibriert. Trotz der geringen Ausgangswanddicken von 1,35 mm konnte das Bauteil komplett ohne Risse und Falten umgeformt werden. Die maximale Wanddickenreduzierung am Bauteil lag bei rund 21%.

„Die Auswertung der Festigkeitswerte für den LH-800 ergab einen konstanten Verlauf und beträgt im Durchschnitt 400 HV 0,5. Dies bedeutet ein Festigkeitsäquivalent von rund 1300 N/mm²“, erläutert Alexander Paul, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IWU.

Für eine erfolgreiche Integration der Wärmebehandlung in den wirkmedienbasierten Umformprozess ist ein Temperaturbereich zwischen 800 und 1000 °C erforderlich. Besonders anspruchsvoll gestaltete sich das Tryout des Umformprozesses. Mit entsprechender Prozessführung, Balance zwischen Abdichten und Nachschieben, wurden erste hydrogeformte Presshärtebauteile realisiert.

Hohlprofile mit 70 MPa Umformdruck hergestellt

Die Umformsequenz orientiert sich dabei eng an dem Prozessfenster für das Presshärten von Blechbauteilen. Die Gutteile wurden mit einem Umformdruck von maximal 70 MPa (700 bar) kalibriert und verblieben zum Abkühlen für weitere 10 s im geschlossenen Werkzeug. Die realisierten Abkühlungsgeschwindigkeiten im Umformprozess waren ausreichend, um eine martensitische Gefügestruktur im Hohlprofil zu schaffen.

Mit ihren Versuchen konnten die Chemnitzer Wissenschaftler nachweisen, dass auch andere Materialien erfolgreich pressgehärtet werden können, und sie loten die Grenzen dieser Technologie weiter aus. Denn dieses Verfahren bietet ein hohes Leichtbaupotenzial – bis zu 60% des Gewichtes an Fahrzeugteilen können so eingespart werden. Der Serieneinsatz wird in rund zwei Jahren erwartet.

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