Umformen

Titan auf hydraulischen Heißpressen ressourcenschonend umformen

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Für die Umformung von Titan bieten sich verschiedene Verfahren an

Wie erwähnt sind Titanbauteile auf den verschiedensten Anwendungsfeldern im Einsatz. Entsprechend vielfältig sind die auftretenden Bauteilgeometrien und somit die verwendeten Umformverfahren.

Grundsätzlich kann man zwischen Massivumformverfahren (Freiformschmieden, Gesenkschmieden, isothermes Massivumformen) und der großen Gruppe von isothermen Blechumformverfahren unterscheiden. Hinzu kommen Fügeverfahren wie das Diffusionsschweißen zur Herstellung von Zwischenstufen zum Spanen oder für Sandwichstrukturen.

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Die Umformung von Blechen erfolgt entweder mittels Heißgas unter der Ausnutzung superplastischer Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe (SPF = Super Plastic Forming) oder mechanisch als Hotforming ohne Einspannen des Randes, als Streckziehen mit fest eingespanntem Rand und als Heißtiefziehen mit Blechhalter und nachlaufendem Rand (Bild 3).

Die Warmumformung bietet vor allem endkonturnahe Bauteile

Die Vorteile der Warmformung liegen hier vor allem in der Herstellung endkonturnaher Bauteile mit ungestörtem Faserverlauf, hoher Festigkeit und geringen Eigenspannungen ohne die äußerst aufwendige und schwierige Zerspanung eines ohnehin schon teuren Grundwerkstoffes.

Genauso vielfältig wie die zur Verfügung stehenden Umformverfahren sind auch die verschiedenen Typen von Pressen, die zum Einsatz kommen. Eine optimale Auslegung setzt unabdingbar ein hohes Maß an Prozesskenntnis voraus.

Abgesehen von Spindelpressen und Hämmern in der Massivumformung bieten sich für die große Gruppe der isothermen Umformverfahren vor allem Systemlösungen mit hydraulischen Pressen an (Bild 4). Betrachtet man die Gemeinsamkeiten, über die man diese Verfahrensgruppe beschreiben kann, so wird dies schnell klar.

Isotherme Prozesse sind, wie ihr Name sagt, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei konstanter Temperatur ablaufen. Meist befinden sich Werkzeug und Werkstück in einer Wärmekammer, die die notwendige Prozesstemperatur (circa 50 % der Schmelztemperatur in Kelvin) über die gesamte Prozessdauer konstant halten kann. Die Umformrate dphi/dt ist sehr niedrig. Die Prozessdauer kann 1 min beim Hot Forming, aber auch mehr als 2 h bei komplexen SPF-Bauteilen betragen.

Durch diese speziellen Randbedingungen werden die Fließspannungen gering gehalten. Das Material kann sich gut im Gesenk verteilen, bei gleichzeitiger Schonung des Werkzeugs.

So können komplizierte Bauteile mit guter Maßhaltigkeit in einem Schritt hergestellt werden. Dabei können sehr hohe Umformgrade von mehreren Hundert Prozent erreicht werden.

Angepasst erfüllen hydraulische Pressen alle Anforderungen

Mit hydraulischen Pressen lassen sich genau diese Bedingungen – sehr langsame Stößelbewegungen mit variabler Geschwindigkeit oder lange Lasthaltezeiten mit variabler Kraft – präzise umsetzen. In Verbindung mit einer integrierten, exakt regelbaren Wärmekammer, hochhitzebeständigen Werkzeugaufnahmen und einer adäquaten Produktionsdatenerfassung und -verwaltung können die Anforderungen der Luft- und Raumfahrtindustrie genau wie die anderer Industriezweige erfüllt werden.

Natürlich können die genannten Verfahren unter Anpassung von Temperatur und Umformrate außer für Titan auch für eine Vielzahl anderer Werkstoffe wie Al, Mg, Ni-Basis-Legierungen und Edelstähle eingesetzt werden.

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