Schneller und energiesparender Prozess für die Warmumformung

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MaSuB GmbH - Maschinen für die Schweißnahtvorbereitung und Blechbearbeitung

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Da komplexe IHU-Bauteile aus Edelstahllegierungen bisher häufig in mehreren Umformstufen mit zwischengeschalteten Glühprozessen hergestellt werden, musste der gesamte Prozess komplett neu konzipiert werden. Voraussetzung für die Prozessdurchführung bei erhöhten Temperaturen ist dabei die Nutzung eines geeigneten Umformmediums. Im Forschungsprojekt wurde Stickstoff als Wirkmedium eingesetzt, da die üblicherweise beim IHU-Verfahren eingesetzte wasserbasierte Hydraulikflüssigkeit mit einer Siedetemperatur von 100 °C ausscheidet.

Induktion sorgt für schnelle und effektive Bauteilerwärmung

Durch das neue Prozessdenken mussten die Wissenschaftler bei der Werkzeugauslegung und bei der Prozessauslegung neue Wege gehen. Außerdem war mit Blick auf die Serientauglichkeit eine genaue Prozessüberwachung nötig (Bild 4).

Vor allem die Werkzeugentwicklung stellte für die Projektpartner eine große Herausforderung dar. So musste eine axiale Abdichtung der Rohre entwickelt werden. Da die Werkzeuge selbst aufgrund der geforderten Temperaturen nicht auf Umformtemperatur erwärmt werden können, wurde für eine schnelle und effektive Bauteilerwärmung die Induktion gewählt. Für die Versuche wurde ein Werkzeug mit gekühltem Inneninduktor im Druckraum entwickelt und eine entsprechende Werkzeug- und Bauteiltemperierung vorgesehen (Bild 5).

Die IHU-Versuche wurden auf ein seriennahes Bauteil übertragen

Nach der erfolgreichen Herstellung der Versuchsbauteile wurde das Verfahren auf ein seriennahes Bauteil der Salzgitter Hydroforming übertragen (Bild 6). Dieses wird bei Salzgitter bisher nach den mechanischen Vorformoperationen zunächst in einem IHU-Werkzeug vorgeformt und dann einem Glühprozess unterzogen, bevor es final in einem zweiten IHU-Schritt ausgeformt wird. Beim Versuchsteil konnten durch die Erhöhung der Umformtemperatur der erste IHU-Schritt und das Glühen eingespart werden und direkt Gutteile mit der finalen Bauteilgeometrie hergestellt werden. Das heißt: Mit der temperierten Innenhochdruck-Umformung ist die Fertigung der Bauteile in nur einem Prozessschritt möglich.

Um die Taktzeit in den Versuchen möglichst gering zu halten, erfolgte die Erwärmung außerhalb des Werkzeugs mit einer Induktionsanlage. Das Bauteil wurde anschließend mit einem Roboter in die Presse eingelegt und umgeformt (Bild 7). Die Prozessverkürzung im Bereich der Warmumformung von ferritischem Edelstahl ist gelungen.

Der Nachweis dafür wurde anhand einer Modellgeometrie sowie eines warm umgeformten Abgasbauteils erbracht. Für den industriellen Prozess kann eine Reihe von Vorteilen benannt werden: Das Umformvermögen des Werkstoffes konnte deutlich erweitert werden, sodass Glühprozesse und IHU-Vorformen entfallen.

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