Umformtechnik Bei der Warmumformung die Energiebilanz im Blick

Stoßfänger Citroen C5, Dachrahmenverstärkung Daimler C-Klasse, B-Säule Renault Laguna, Verstärkung B-Säule Ford Galaxy, B-Säule Audi A4 – allein die auf der Euroblech vorgestellten warmumgeformten Bauteile machen deutlich, welches Interesse diese Technik derzeit erfährt. Der Trend geht über alle Marktsegmente. Doch im Vergleich zur klassischen Kaltumformung ist der Energieaufwand höher. Alternative Prozess-Konzepte sind gefragt.

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Vor allem bei der Produktion crashrelevanter Bauteile wird die Warmumformtechnik eingesetzt. Die besondere Festigkeit der Komponenten sorgt für Sicherheit und bietet gleichzeitig die Möglichkeit, mit dünnwandigen Konstruktionen Gewicht zu sparen. Bei der Warmumformung wird bei Thyssen-Krupp ein speziell für das Verfahren ausgelegter und mit Mangan und Bor legierter Stahlwerkstoff zunächst in einem Ofen auf 880 bis 950 °C erhitzt, dann zu einem Bauteil gepresst und dabei im Presswerkzeug sehr schnell mit einer Abkühlrate von mehr als 30 K/s abgekühlt.

„Die hohe Platinentemperatur bei der Umformung gewährleistet ein sehr gutes Umformverhalten und die anschließende schnelle Abkühlung sorgt dafür, dass im Werkstoff eine extrem harte Gefügestruktur entsteht. Hierdurch ergibt sich eine Zugfestigkeit von rund 1500 MPa. Das ist deutlich mehr, als die derzeit eingesetzten Stähle mit höchsten Festigkeiten für die konventionelle Kaltumformung bieten“, erläutert Sascha Sikora, Projektleiter bei Thyssen-Krupp Steel (TKS).

Doch wie sieht es mit der Energiebetrachtung des Prozesses aus, wenn man diesen mit der herkömmlichen Kaltumformung vergleicht? „Natürlich sind die energetischen Aufwendungen wesentlich höher. Abgesehen von den Einsparungen, die dadurch auftreten, dass Pressen mit einer geringeren Schließkraft verwendet werden können“, lautet die Antwort von Marc Decker. Er ist Vertriebsleiter bei der Gräbener Maschinentechnik GmbH in Netphen-Werthenbach. Die Frage müsse jedoch anders gestellt werden: „Wie können die eingesetzten Stähle so erwärmt werden, dass die geforderten Bauteileigenschaften erreicht werden und die dafür erforderlichen zusätzlichen energetischen Aufwendungen möglichst gering sind?“

Simpler Energievergleich nicht aussagekräftig

Prinzipiell lassen sich die neuen höchstfesten Stähle im kalten Zustand nur sehr schlecht umformen. Außerdem verleiht ihnen gerade die Warmumformung die notwendige Härte und die prozesstypischen Eigenschaften: geringes Gewicht bei optimaler Festigkeit und kein Rückfederungseffekt. Da Warmumformprozesse mit einer sehr hohen Wiederholgenauigkeit durchgeführt werden können, sind überdies erhebliche Einsparungen bei nachfolgenden Prozessen aufgrund von wegfallenden zusätzlichen Richt- und Anpassoperationen möglich.

Ein simpler Energievergleich, der sich lediglich auf die Umformung als solche stützt, würde also bedeuten, Bauteile, die aufgrund der prozesstypischen Rahmenbedingungen weniger zielgerichtete Eigenschaften aufweisen, mit solchen zu vergleichen, die punktgenau Anforderungen erfüllen. Bei einer umfassenden Gegenüberstellung der Prozessführungen sollten also neben der eigentlichen Energiebetrachtung auch der Anspruch an die Bauteileigenschaften und die Prozessfolge im Nachgang der Umformung analysiert werden.

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