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Formhärten Form- und Presshärten für hochbelastbare Strukturteile

| Redakteur: Dietmar Kuhn

Die Technik des Formhärtens von Karosseriebauteilen hält weltweit verstärkt Einzug in den Automobilbau. Gründe dafür sind die steigenden Anforderungen an den Insassenschutz, die von der Automobil- und Zulieferindustrie neue Lösungen im Stahlleichtbau fordern. Erreicht wird dies durch die Umformung der Bauteile unter Temperatur und mit spezifischen Werkstoffen.

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Bild 1: Die Anforderungen an Bauteile der Automobilindustrie sind höhere Festigkeiten bei gleichzeitiger Gewichtseinsparung – mit Formhärten lässt sich offenbar beides erreichen, wie die B-Säule des VW Passat zeigt.
Bild 1: Die Anforderungen an Bauteile der Automobilindustrie sind höhere Festigkeiten bei gleichzeitiger Gewichtseinsparung – mit Formhärten lässt sich offenbar beides erreichen, wie die B-Säule des VW Passat zeigt.
( Archiv: Vogel Business Media )

Der Blick in die Presse lässt ein dunkelrot glühendes Bauteil erkennen. Es handelt sich um ein Blechteil, das in diesem Falle eine so genannte B-Säule für den VW Passat darstellt (Bilder 1 und 2). Dieses wurde auf rund 950 °C erwärmt und liegt nun in einem wassergekühlten Werkzeug, wo es innerhalb von wenigen Sekunden auf etwa 170 °C heruntergekühlt wird. Das Herstellverfahren nennt man Formhärten.

Um das noch relativ junge Verfahren weiter voranzutreiben, hat die Schuler AG in Göppingen zum Anfang des Jahres ein Kompetenzzentrum gegründet. Dort wird das Verfahren in Zukunft von den Experten aus Verfahrenstechnik, dem Pressenbau sowie der Werkzeug- und Automationstechnik kontinuierlich für Anwendungen in der automobilen Serienfertigung weiterentwickelt.

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Das Formhärteverfahren muss noch feinjustiert werden

Das Formhärten hat sich als Verfahren in der Automobil- und Zulieferindustrie bereits etabliert. Dennoch drücken die Bauteilkosten noch gewaltig, so dass die Verkürzung der Zykluszeiten sowie die Prozessoptimierung weiter untersucht werden müssen.

Mit der Erfahrung von mehr als 30 realisierten Anlagen weltweit verfügt Schuler mittlerweile über das Know-how der kompletten Prozesskette von der Platine bis zum fertigen Bauteil. Das Know-how in der Verfahrenstechnik und beim Bau hydraulischer Pressen bringen die Spezialisten von Schuler SMG mit ein, die gleichzeitig auch für die Leitung des Kompetenzzentrums verantwortlich zeichnen.

Das Wissen zum sicheren und schnellen Teiletransport liefert Schuler Automation. Das Unternehmen mechanisiert momentan mehrere Formhärtlinien in Europa mit dem Schuler-Crossbar-Roboter und neu entwickelter Transfertechnologie. Da die Werkzeugtechnik beim Formhärten eine bedeutende Rolle spielt, sind die Werkzeugfachleute von Schuler Cartec mit an Bord. Hier gilt es, den besonderen Anforderungen an gekühlte Werkzeuge mit kreativen Lösungskonzepten gerecht zu werden.

Ziel ist die Entwicklung einer Simulationssoftware, die die Auslegung der Werkzeuge vereinfacht. Zum Beschneiden der fertigen hochfesten Bauteile hat Schuler Pressen gemeinsam mit VW Kassel die Soft-Shock-Technologie entwickelt.

Mit hydraulischen Pressen geht es am besten

Seitens der Anlagentechnik eignen sich hydraulische Pressen aufgrund ihrer hohen Flexibilität ideal zum Einsatz beim Formhärten. Besondere Bedeutung kommt der richtigen Auslegung der Presse bei der Mehrfachteilefertigung zu. Im Zusammenspiel mit modernster Werkzeugtechnik sind die Umformprozesse für jedes Bauteil individuell einstellbar und einfach reproduzierbar.

Besondere Bedeutung kommt den Werkzeugen für das Formhärten zu. Dafür bietet Schuler die komplette Prozesskette von der Simulation bis zur Lieferung der Serienwerkzeuge. Dies gilt sowohl für die Werkzeuge zur eigentlichen Umformung als auch für die Werkzeuge zum Beschnitt der hochfesten Teile. In Verbindung mit dem von Schuler Pressen und VW entwickelten Soft-Shock-Verfahren geht Schuler hier neue Wege und setzt auf ein werkzeugschonendes Verfahren, das dem Kunden im Vergleich zum Lasern Kosten- und Qualitätsvorteile bietet.

Die Automatisierung spielt eine entscheidende Rolle

Anlagen zur Serienfertigung von Formhärtteilen sind vollautomatisierte Systemlösungen. Aus diesem Grund spielt die Automationstechnik vor und nach den Öfen, beim Be- und Entladen der hydraulischen Pressen sowie beim Beschneiden und Fertigteilhandling der hochfesten Teile eine entscheidende Rolle. Dafür ist der Crossbar-Roboter besonders geeignet. Aber auch andere spezielle Transfergeräte und weiterentwickelte optische Teileerkennung zeigen sich als zuverlässige Automationslösungen, die sich durch ein hohes Maß an Flexibilität und Prozesssicherheit auszeichnen.

Bisher hat sich als geeigneter Werkstoff der 22MnB5 – ein borlegierter Vergütungsstahl zum Kaltumformen mit anschließender Warm-umformung (form- oder presshärtbar) – in kaltgewalzter Ausführung erwiesen.

Bei der Warmumformhärtung wird das Gefüge des Stahles durch Aufheizen zunächst auf rund 950 °C unter Schutzgasatmosphäre in den austenitischen Bereich überführt und umgeformt. Noch im Werkzeug erfährt das Pressteil eine Abkühlung auf Temperaturen zwischen 100 und 200 °C. Dabei erfolgt die Ausbildung einer martensitischen Gefügestruktur, welche zu einem hochfesten Bauteil führt. Der 22MnB5 ist damit ein idealer Werkstoffe, der die Anforderungen an eine leichtere Bauweise und ein hervorragendes Crashverhalten des Fahrzeuges erfüllt.

Auf Grund der Kombination aus Verformbarkeit und Härtbarkeit findet er besondere Anwendung für tragende und sicherheitsrelevante Komponenten in der Automobilindustrie. A-Säulenverstärkung, B-Säulen, Seitenaufprallschutz, Schweller, Rahmenteile, Stoßfänger und Stoßstangenträger, Türverstärkungen sowie Quer- und Dachträger sind die bevorzugten Bauteile. Die Lieferformen für formhärtbare Qualitäten liegen im Bereich von 1,0 bis 3,0 mm Dicke sowie 900 bis 1500 mm Breite (Bild 3).MM

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