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Umformwerkzeuge leben länger Standzeiten um 150 % gesteigert

| Autor / Redakteur: Martin Bock / Dietmar Kuhn

Umformwerkzeuge für den Automobilbau sind im allgemeinen hohen Belastungen ausgesetzt. Legiert man mit dem Laserstrahl entsprechende Zusatzwerkstoffe in die Oberfläche des Werkzeuges, macht sie das robuster gegen Verschleiß. Dieser Prozess soll die Werkzeugstandzeit in der Automobilproduktion um etwa 150 % erhöhen.

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Das optimierte Umformwerkzeug der Mühlhoff Umformtechnik GmbH ist wegen des Laserauftragschweißens robuster als bisher. Das Bild zeigt das eingesetzte Maschinensystem.
Das optimierte Umformwerkzeug der Mühlhoff Umformtechnik GmbH ist wegen des Laserauftragschweißens robuster als bisher. Das Bild zeigt das eingesetzte Maschinensystem.
(Bild: Fraunhofer IPT)

Langsam bewegt sich der metallische Stempel auf das Blechteil zu und drückt es mit einer Kraft von mehreren Tonnen in die Presse. Binnen weniger Sekunden entstehen so Bauteile für die Automobilproduktion. Tiefziehen heißt diese spezielle Umformtechnik. Die Automobilindustrie nutzt den Produktionsschritt, um Karosserieteile in die richtige Form zu bringen. Was in der Produktionshalle so leicht und geschmeidig aussieht, belastet die Werkzeuge enorm. Denn beim Pressvorgang entsteht hoher Druck – vor allem an den Ziehkanten. Das sind die Stellen der Umformwerkzeuge, an denen der Werkstoff in die gewünschte Form gezogen wird. Gerade deren Oberflächen verschleißen oft sehr schnell. Um einwandfrei zu funktionieren, müssen die Werkzeuge regelmäßig gewartet und im Extremfall ausgetauscht werden. Manchmal stehen dann teure Produktionsmaschinen bis zu einer oder merhreren Stunde(n) still. Die Presswerkzeuge sind teure, aus speziellen Werkstoffen hergestellte Unikate. Bereits kleinere, nur wenige Zentimeter große Exemplare kosten bis zu 600 Euro.

Laserauftragsschweißen steigert Werkzeug-Lebensdauer

Gefragt sind Verfahren, die die Lebensdauer der Werkzeuge erhöhen und die Rüstzeiten reduzieren. Eines davon ist das Laserauftragsschweißen. Ein Laserstrahl schmilzt die Werkzeugoberfläche und den Zusatzwerkstoff gezielt auf, so dass eine lokale Schutzschicht auf die Werkzeugoberfläche aufgebracht wird. Dieser Vorgang macht das Werkzeug an kritischen Stellen robuster und widerstandsfähiger. Die Behandlung mit dem Laserstrahl geschieht in Bruchteilen von Sekunden. Bisher jedoch fehlte ein durchgängiger und reproduzierbarer Prozess für den praktischen industriellen Einsatz. Das haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT in Aachen nun zusammen mit dem Werkzeugbauer Mühlhoff Umformtechnik GmbH sowie weiteren Partnern während der Innovationsallianz Green Carbody Technologies Inno-CaT geändert.

Die Wissenschaftler bauten eine herkömmliche Fünf-Achs-Fräsmaschine so um, dass mit ihr Umformwerkzeuge automatisch via Laser legiert werden können. Die Anlage lässt sich in den laufenden Produktionsprozess einbetten und sorgt dafür, dass sich die Lebensdauer der Werkzeuge um über 150 % erhöht. Der neue Prozess verbessert die Qualität der Bauteile und ermöglicht, die Rüstzeiten exakter zu planen. Das sind die Ergebnisse des Praxistests bei Mühlhoff. Das Unternehmen mit Stammsitz im nordrhein-westfälischen Uedem produziert mit über 340 Mitarbeitern Blechteile für die Automobilindustrie. Ein eigener Werkzeugbau versorgt die Produktion an den verschiedenen Standorten mit Umform- werkzeugen.

CA-Lösungen geben Einblick in Prozesse

Außer der Anlage zum Laserauftragsschweißen ist die integrierte CAx-Software (CA= Computer-Aided) ein weiteres Herzstück des Systems. Damit lassen sich die notwendigen Prozesse rund um die Laseroberflächenbehandlung reproduzierbar und übersichtlich steuern. Alle notwendigen Prozessparameter werden schnittstellenlos an die Anlage übermittelt. Bereits im Vorfeld der eigentlichen Bearbeitung kann der Vorgang bis ins Detail simuliert und optimiert werden.

Mehr als 60 Partner aus Industrie und Forschung traten im Jahr 2010 zu Inno-CaT an, um gemeinsam an Innovationen und Synergien entlang der Prozesskette im Automobil zu forschen. Sie durchleuchteten erstmals ganzheitlich und aus Sicht der Ressourceneffizienz, die komplexen Produktionsabläufe – vom Werkzeugbau über das Presswerk und den Karosseriebau bis hin zur Lackierung der Rohkarosserie. In fünf Verbund- und 30 Teilprojekten entstanden bis zum Abschluss im Sommer dieses Jahres technische Lösungen sowie ganzheitliche Ansätze, die Energie- und Ressourceneffizienz steigern.

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