Schneller und energiesparender Prozess für die Warmumformung

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Für eine schnelle und effektive Bauteilerwärmung bietet sich die Induktion an. Die Erwärmung kann dabei sowohl im Werkzeug als auch außerhalb erfolgen. Bei einer ins Werkzeug integrierten induktiven Bauteilerwärmung (Bild 2) können höhere Umformstarttemperaturen und somit höhere Umformgrade erreicht werden.

Erwärmen der Bauteile im Werkzeug erhöht die Taktzeit

Da die Bauteile erst im Werkzeug erwärmt werden, erhöht sich die Taktzeit. Außerdem ist dieses Verfahren nur für gerade Rohre einsetzbar. Eine Erwärmung außerhalb des Werkzeugs ist vor allem bei gekrümmten Bauteilen einfacher und verkürzt die Taktzeit. Bedingt durch die Bauteilabkühlung beim Handling und beim Schließen der Presse verringert sich aber die Umformstarttemperatur und damit insbesondere das Umformvermögen der verwendeten Werkstoffe. Da die Bauteile im Werkzeug innerhalb weniger Sekunden stark abkühlen, muss der Druckaufbau sehr schnell erfolgen.

Mit beiden Erwärmungsstrategien konnten die Wissenschaftler im Vergleich zur Umformung bei Raumtemperatur deutlich höhere Umformgrade mit Umfangsdehnungen bis zu 40 % bei 1.4509 erreichen. Für die Untersuchungen mit einer vorgelagerten Erwärmung außerhalb des Werkzeuges wurde ein in Serie produziertes Abgasbauteil ausgewählt (Bild 3). Das Bauteil wird bisher zunächst in einem IHU-Werkzeug vorgeformt, danach geglüht und dann final in einem zweiten IHU-Schritt ausgeformt.

Durch die Erhöhung der Umformtemperatur auf circa 850 °C konnten der erste IHU-Schritt und das Glühen eingespart und direkt die finale Bauteilgeometrie ausgeformt werden. Durch das gasförmige Wirkmedium ist außerdem kein nachgeschalteter Waschvorgang mehr notwendig. Dies führt zu einer erheblichen Verkürzung der Prozesskette. Aufgrund der geringeren Werkstofffestigkeiten bei erhöhten Temperaturen sind zudem die Umformkräfte geringer, wodurch die Nutzung kleinerer Pressen ermöglicht wird.

Das Umformmedium spielt beim IHU-Prozess eine entscheidende Rolle

Der ursprüngliche Entwicklungsansatz war es, die Kaltverfestigung auszuschalten und dadurch Zwischenglühoperationen und Vorformstufen einzusparen. Durch die integrierte Wärmebehandlung sollte zudem die Umformbarkeit des Materials verbessert und so der benötigte Umformdruck verringert werden. Also Energieeinsparungen auf zwei Ebenen.

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