Umformtechnik Warmumformung - eine Technik mit Zukunft

Die Warmumformung ist ein besonderes Umformverfahren. Notwendig geworden ist sie durch die Anforderungen, im Autobau Gewicht einzusparen und die Entwicklung neuer, hoch- und höchstfester Stähle, vor allem für den Automobilleichtbau. Wie die Warmumformung richtig funktioniert und worauf man zu achten hat, das weiß man bei Braun Cartec im saarländischen Schwalbach genau.

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Was heißt eigentlich Warmumformung - frage ich Manfred Beck, Vertriebsleiter bei Braun Cartec und in Sachen Umformtechnik wahrlich ein Fachmann. „Ja“, sagt er etwas grübelnd, „bei der Warmumformung muss man das bisher über Umformtechnik Gelernte fast über Bord werfen. Da gelten ganz andere Gesetzmäßigkeiten und das Material verhält sich auch ganz anders.“

Demnach kann bei der Warmumformung, anders als beim normalen Tiefziehen, kein Niederhalter zur Verhinderung der Faltenbildung eingesetzt werden. Dieses Problem muss bei der Warmumformung durch die Entwicklung einer intelligenten Werkzeuggestaltung gelöst werden.

Das aber erfordert ein Warmumformung-Werkzeug das es erlaubt, die Angriffspunkte des Werkzeuges so zu gestalten, dass durch ein gleichmäßiges Ziehen keine Falten beziehungsweise Reißer entstehen. „Deshalb“, so Beck, „geht es nicht nur darum ein einfaches Prototypenwerkzeug zu bauen, auf dem man eventuell noch mit Hilfsmitteln ein paar Teile herstellt, und das so billig wie möglich, sondern man muss die Serie im Hintergrund sehen.“

Im Hause Cartec werden aufgrund der Erfahrungen deshalb seriennahe Versuchswerkzeuge erstellt. Würde man das auftreten von Falten und Reißer erst bei den Serienwerkzeugen erkennen, wäre dieses Problem, wenn überhaupt möglich, nur mit einem großen Kosten.-und Zeitaufwand zu lösen.

Warmumformen erfordert völlig neue Umform-Werkzeuge

Ein seriennahes Werkzeug unterscheidet sich demnach von einem Prototypenwerkzeug hauptsächlich dadurch, dass hier die Serienziehanlage eingebracht wird. Dieses Versuchswerkzeug wird dann auf einer Braun Cartec-Warmumformanlage unter Serienbedingungen erprobt. „Man könnte auch bei dem Herstellen von Prototypen bei der Warmumformung ein bisschen tricksen“, sagt Beck, „aber wem nützt es etwas wenn ein Warmumformteil dann unter Serienbedingungen nicht herstellbar ist?“

Außer der sicheren Herstellbarkeit des Warmumformteiles unter Serienbedingungen ergeben sich durch ein seriennahes Versuchswerkzeug frühzeitig auch wichtige Erkenntnisse über das zu wählende Herstellungsverfahren, das Serienwerkzeug und für das Warmumformteil selbst. So wird eine eventuelle Faltenbildung, eine Materialausdünnung oder eine Rissbildung frühzeitig erkannt und man kann rechtzeitig die richtigen Gegenmaßnahmen ergreifen.

Seriennahe Versuchswerkzeuge liefern rasch Erkenntnisse für die Warmumformung

Die Platinenermittlung ist nicht nur im Bezug auf die Herstellbarkeit, sondern auch zur Ermittlung des effektiven Materialverbrauches von großer Bedeutung. Es kann eine Aussage zur Maßhaltigkeit gemacht und dabei eine mögliche Bauteilschwindung erkannt werden. Ebenfalls sind die metallurgischen Bauteilkennwerte zu ermitteln.

Diese Erkenntnisse werden dann auf das Serienwerzeug übertragen. Ein besonderer Vorteil für den Kunden ist dabei die frühzeitige Teilelieferung in Serienqualität. Gleichzeitig erhält man auch eine Entscheidungshilfe, ob das Warmumform-Teil im Direktverfahren herstellbar ist oder ob ein Indirektverfahren angewendet werden muss.

Direktverfahren bei der Warmumformung bietet Geschwindigkeitsvorteile

Dabei ist zu erwähnen, dass zirka 95% der Warmumformbauteile, die im Fahrzeugbau eingesetzt werden, mit dem Direktumformverfahren hergestellt werden. Die daraus resultierende Kosteneinsparung ist im Indirektverfahren nicht möglich. Das Direktverfahren stellt für Bauteile mit hohem Umformgrad natürlich größere Anforderungen an das Warmumformwerkzeug und setzt dementsprechende Werkzeugkonzepte voraus.

Beim Direktverfahren wird ein erwärmter Zuschnitt oder eine erwärmte Platine in einem Arbeitsgang und in einem Warmufmorm-Werkzeug umgeformt und sofort pressgehärtet. Beim Indirektverfahren wird ein Zuschnitt oder eine Platine in einem Werkzeug vorgeformt und in einem anderen Werkzeug fertiggeformt und gegebenenfalls pressgehärtet.

Bauteil wird bei der Warmumformung auf 940 bis 970 °C erwärmt

Dazu muss jedoch das Bauteil beziehungsweise die Platine auf ungefähr 940 bis 970 °C erwärmt werden. Dies geschieht bei der Serienfertigung in einem so genannten Rollenherdofen oder in einem Rollenherdofen mit Warenträger. Ein zwischen Ofenanlage und Presse sich befindender Roboter übernimmt das Handling und legt die heiße Platine, die auf dem Weg zur Presse bereits etwas abkühlt, in das Umformwerkzeug ein.

„Wichtig ist bei der Warmumformung“, lässt Beck wissen, „dass man die Wärme so schnell wie möglich wieder aus dem Warmumform-Teil und dem Werkzeug herauskriegt.“ Dies wird mit einem Kühlsystem erreicht, das mit mehreren Kühlkreisläufen und Kühlkanälen ausgestattet ist.

Unterschiedliche Kühlkonzepte für unterschiedliche Warmumformteile

Das Kühlkonzept ist im Wesentlichen von der jeweiligen Blechdicke, der Bauteilgröße und dem Umformgrad abhängig und wird unter Berücksichtigung von Duchflussmenge, Durchflussgeschwindigkeit sowie der Entfernung der Kühlung zur Oberfläche ermittelt. „Es ist bei unterschiedlichen Bauteilen immer wieder eine Herausforderung, die richtige Lösung zu finden“, meint Beck.

Wie die Kühlung eines Warmumformwerkzeuges letztendlich gestaltet ist, das ist das besondere Geheimnis von Braun Cartec. „Es funktioniert nicht, dass man für die Abkühlung einfach ein Modell aus der Literatur aufstellt“, meint der Umformfachmann Beck, „Wir sind seit etwa fünf Jahren dabei uns ein eigenes Berechnungssystem zu entwickeln, womit wir errechnen können, wie viel Wärme an welcher Stelle abgeführt werden muss.“

Braun Cartec mit sechs Jahren Erfahrung beim Warmumformen

Mittlerweile kann die Braun Cartec auf über sechs Jahre Warmumformungs-Erfahrungen zurückblicken. Es war ursprünglich nicht die Absicht sich darauf zu spezialisieren. Erst ein Auftrag und die Zusammenarbeit mit der Volkswagen AG bewog den Firmengründer und Geschäftsführer Michael Braun, sich neben der Konstruktion und Herstellung von Werkzeugen, Vorrichtungen und Maschinen, auch für die Warmumformung zu interessieren und zu investieren.

Derzeit verfügt das 70-Mann-Unternehmen über einen hochmodernen Maschinen- und Anlagenpark für die Warmumformung. Mit diesen Anlagen werden die von Braun Cartec gebauten Warmumform-Kundenwerkzeuge unter Serienbedingungen eingefahren, sowie Kleinserienteile mit hohem Umformgrad produziert.

Braun Cartec gilt in der Branche als ein Schrittmacher dieser Umformtechnik und beherrscht mittlerweile auch die Fertigung direkt umgeformter komplizierter Serien-Warmumformteile - fast ausschließlich für die Automobilindustrie. „Die Warmumformung liegt stark im Trend und wird uns deshalb auch in den nächsten Jahren noch weiter beschäftigen“, meint Manfred Beck.

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