Umformtechnik Warmumformung - den höheren Festigkeiten folgend

Umformer und Werkzeugbauer müssen umdenken. Denn mit den neuen, hoch- und höherfesten Stahlsorten können zwar Gewicht eingespart, aber nicht die gewohnten Umformvorgänge beibehalten werden. Der Trend...

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Werkzeuge für höherfeste Werkstoffsorten unterliegen bei der Umformung anderen Kriterien als die bisher bekannten Normalgüten“, sagt Thomas Menzel vom Werkzeugengineering der Schuler Pressen GmbH & Co. KG in Göppingen und erklärt anhand eines Diagramms die unterschiedlichen Festigkeitswerte zwischen Tiefziehstahl, Aluminium und höherfesten Stählen. In der Folge bedeutet dies ein Umdenken auch in der Werkzeugkonstruktion, wobei höhere Prozesskräfte, die oft das Drei- bis Vierfache gegenüber Normalstählen ausmachen entscheidend sind. Dazu kommen ein verstärktes Auffederungsverhalten, größere Schnittschlagkräfte und damit mehr Belastungen für die Schneidkante und bei der werkstoffgerechten Konstruktion auch steigende Kosten.Die werkstoffgerechte Lösung liegt deshalb vor allem in der Auslegung des Ziehwerkzeuges mit festeren Stahleinsätzen, die zudem durchgehärtet und plasmanitriert oder auch CVD-/DVD-beschichtet ausgelegt werden müssen. Ebenfalls spielt die Ausführung der Werkzeugführungen eine entscheidende Rolle. Insbesondere aber ist auf gleichmäßige Ziehtiefen zu achten, wobei so genannte Stufensprünge vermieden werden müssen. Hinterschnitte sind wegen der möglichen Rissgefahr aufgrund der Vorverfestigung ebenfalls zu vermeiden.Wie den höheren Festigkeitswerten des Umformwerkstoffes noch begegnet werden kann, zeichnet sich mit der Warmumformung ab. Sie liegt für die derzeit höherfesten Materialien stark im Trend. Diesem folgend hat sich auch der Werkzeugbauer Michael Braun Cartec GmbH in Schwalbach mit diesem Thema beschäftigt. „Wir haben die Warmumformung von allen Seiten beleuchtet und untersucht“, sagt Manfred Beck, Vertriebsleiter des Unternehmens. „Dabei konnten wir Bauteile umformen, an die man sich noch vor nicht allzu langer Zeit nicht herangetraut hätte. Als Erstes haben wir gelernt, dass die Kalt- und Warmumformung völlig verschiedene Welten bedeuten.“ In diesem Zusammenhang untersuchte die Cartec GmbH vor allem die Bauteilgeometrie hinsichtlich der Warmumformung, erstellte Methoden und Konzepte unter Betrachtung unterschiedlicher Umform- und Schneidverfahren mit verschiedenen Materialien und baute ein seriennahes Versuchswerkzeug zur Prozessabsicherung. Damit konnte eine B-Säule des VW Passat B6 mit hoher Gewichtseinsparung gefertigt werden. Beck ist davon überzeugt, dass sich damit auch die Bauteilanzahl verringern lässt. Diesen Einspareffekten steht jedoch die Erwärmung der Bauteile gegenüber.„Dennoch“, so lässt Prof. Dr.-Ing. Ralf Kolleck als erfahrener Umformer und Vorstand des Instituts Tools & Forming der Technischen Universität Graz wissen, „wird der Trend zur Warmumformung die nächste Zeit ungebrochen sein.“ Denn unter dem Aspekt des modernen Automobilbaus sind Leichtbau und Sicherheit zwei zentrale Themen. Seinen Erkenntnissen folgend weisen höherfeste Stähle in der Regel zusätzlich zu der gewünschten hohen Festigkeit eine vergleichsweise geringere Bruchdehnung auf. Dazu kommen Eigenschaften wie die bereits am Anfang des Beitrages schon einmal genannten Rückfederungen und hohen Werkzeugbelastungen beim Umformvorgang. Diesem Konflikt kann man nach Kolleck mit der Warmumformung gegenhalten. Dazu hat Kolleck an der TU Graz ebenfalls den Warmumformprozess untersucht und entsprechende Werkzeugkühl-Strategien für temperierte Blechumformwerkzeuge entwickelt. Unter der Prämisse der Bauteilkostensenkung ist daraus ein neuesund wirksames Verfahren zur Werkzeugkühlung entstanden, das sich besonders durch in das Werkzeug eingegossene oder eingeschlossene Rohre beziehungsweise Rohrschlangen zeigt. Werkzeuge für höherfeste Werkstoffsorten unterliegen bei der Umformung anderen Kriterien als die bisher bekannten Normalgüten“, sagt Thomas Menzel vom Werkzeugengineering der Schuler Pressen GmbH & Co. KG in Göppingen und erklärt anhand eines Diagramms die unterschiedlichen Festigkeitswerte zwischen Tiefziehstahl, Aluminium und höherfesten Stählen. In der Folge bedeutet dies ein Umdenken auch in der Werkzeugkonstruktion, wobei höhere Prozesskräfte, die oft das Drei- bis Vierfache gegenüber Normalstählen ausmachen entscheidend sind. Dazu kommen ein verstärktes Auffederungsverhalten, größere Schnittschlagkräfte und damit mehr Belastungen für die Schneidkante und bei der werkstoffgerechten Konstruktion auch steigende Kosten.Die werkstoffgerechte Lösung liegt deshalb vor allem in der Auslegung des Ziehwerkzeuges mit festeren Stahleinsätzen, die zudem durchgehärtet und plasmanitriert oder auch CVD-/DVD-beschichtet ausgelegt werden müssen. Ebenfalls spielt die Ausführung der Werkzeugführungen eine entscheidende Rolle. Insbesondere aber ist auf gleichmäßige Ziehtiefen zu achten, wobei so genannte Stufensprünge vermieden werden müssen. Hinterschnitte sind wegen der möglichen Rissgefahr aufgrund der Vorverfestigung ebenfalls zu vermeiden.Wie den höheren Festigkeitswerten des Umformwerkstoffes noch begegnet werden kann, zeichnet sich mit der Warmumformung ab. Sie liegt für die derzeit höherfesten Materialien stark im Trend. Diesem folgend hat sich auch der Werkzeugbauer Michael Braun Cartec GmbH in Schwalbach mit diesem Thema beschäftigt. „Wir haben die Warmumformung von allen Seiten beleuchtet und untersucht“, sagt Manfred Beck, Vertriebsleiter des Unternehmens. „Dabei konnten wir Bauteile umformen, an die man sich noch vor nicht allzu langer Zeit nicht herangetraut hätte. Als Erstes haben wir gelernt, dass die Kalt- und Warmumformung völlig verschiedene Welten bedeuten.“ In diesem Zusammenhang untersuchte die Cartec GmbH vor allem die Bauteilgeometrie hinsichtlich der Warmumformung, erstellte Methoden und Konzepte unter Betrachtung unterschiedlicher Umform- und Schneidverfahren mit verschiedenen Materialien und baute ein seriennahes Versuchswerkzeug zur Prozessabsicherung. Damit konnte eine B-Säule des VW Passat B6 mit hoher Gewichtseinsparung gefertigt werden. Beck ist davon überzeugt, dass sich damit auch die Bauteilanzahl verringern lässt. Diesen Einspareffekten steht jedoch die Erwärmung der Bauteile gegenüber.„Dennoch“, so lässt Prof. Dr.-Ing. Ralf Kolleck als erfahrener Umformer und Vorstand des Instituts Tools & Forming der Technischen Universität Graz wissen, „wird der Trend zur Warmumformung die nächste Zeit ungebrochen sein.“ Denn unter dem Aspekt des modernen Automobilbaus sind Leichtbau und Sicherheit zwei zentrale Themen. Seinen Erkenntnissen folgend weisen höherfeste Stähle in der Regel zusätzlich zu der gewünschten hohen Festigkeit eine vergleichsweise geringere Bruchdehnung auf. Dazu kommen Eigenschaften wie die bereits am Anfang des Beitrages schon einmal genannten Rückfederungen und hohen Werkzeugbelastungen beim Umformvorgang. Diesem Konflikt kann man nach Kolleck mit der Warmumformung gegenhalten. Dazu hat Kolleck an der TU Graz ebenfalls den Warmumformprozess untersucht und entsprechende Werkzeugkühl-Strategien für temperierte Blechumformwerkzeuge entwickelt. Unter der Prämisse der Bauteilkostensenkung ist daraus ein neuesund wirksames Verfahren zur Werkzeugkühlung entstanden, das sich besonders durch in das Werkzeug eingegossene oder eingeschlossene Rohre beziehungsweise Rohrschlangen zeigt.