Pressgehärtete Karosserieteile machen Autos leichter und sicherer

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Hermann Kemper GmbH & Co. KG - Hersteller für CNC Drehteile

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Die Bauteile erhalten dadurch je nach Materialeinsatz eine Zugfestigkeit von 1000 bis 1900 N/mm² bei einer Bruchdehnung A80 von circa 5 %. Die Endgeometrie der Presshärtebauteile wird in einem abschließenden Prozessschritt mittels mechanischem Schneiden (Hartbeschnitt) oder Laserstrahlschneiden hergestellt.

Fraunhofer IWU untersucht Kühlkonzepte in Werkzeugen zur Warmumformung

Für die Herstellung von pressgehärteten Bauteilen wurden am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU verschiedene Kühlkonzepte im Umformwerkzeug untersucht. Auf der Euroblech 2012 zeigte das Institut auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand das Demonstrationsbauteil „B-Säulen-Fuß“ (Bild 3), bei dem der Stempel des Presshärtewerkzeuges in Schalenbauweise und die Matrize mit eingegossenen Kühlrohren entwickelt wurde. Für die beiden Komponenten des Stempels kommt als Material ein Sphäroguss (EN-GJS-700) zum Einsatz. Bei der ebenfalls gegossenen Matrize wurde der gleiche Gusswerkstoff genutzt, wobei die eingegossenen Kühlrohre aus Edelstahl (1.4571) gefertigt wurden.

Die Kühlung im Stempel und in der Matrize besteht aus mehreren einzelnen Kühlkanälen, die jeweils separat angesteuert werden können. Das ermöglicht zum einen eine exaktere Steuerung der Kühlung und zum anderen eine homogenere Kühlung durch das Gegenstromprinzip. Durch eine so auf das ausgewählte Bauteil abgestimmte Werkzeugkühlung kann die Taktzeit herabgesetzt und die Durchflussmenge und Pumpenleistung reduziert werden.

Mit der Einführung der Temperatur als zusätzlichem, aktivem Prozessparameter lassen sich einerseits umformtechnische Grenzen durch eine Erhöhung der Duktilität des Werkstoffes verschieben, anderseits ermöglichen sinkende Fließspannungen eine Reduzierung der Umformdrücke, die zur Kalibrierung des Bauteiles notwendig sind [3].

Warmumformprozesse lassen sich auch mit einer Stufe realisieren

Ein weiterer Vorteil der temperaturunterstützten, wirkmedienbasierten Umformung ist die Verkürzung der Prozesskette, da die bei komplexen Bauteilen häufig erforderlichen Zwischenglüh- und Vorformoperationen ganz oder teilweise entfallen können. So konnte in einem durch die sächsische Aufbaubank (SAB) geförderten Projekt gemeinsam mit Salzgitter Hydroforming ein Abgasbauteil, das bisher in einem zweistufigen konventionellen Innenhochdruck-Umfomungs-Prozess (IHU-Prozess) bei Raumtemperatur mit einem Zwischenglühprozess hergestellt wird, temperiert in nur einer Umformstufe gefertigt werden (Bild 4). Eine begleitende Wirtschaftlichkeitsberechnung erwies sich als vielversprechend. Zusätzliches Potenzial zur Bauteiloptimierung bietet die Möglichkeit der Integration einer Wärmebehandlung in den Umformprozess, beispielsweise analog dem Presshärteverfahren.

Ein entscheidender Vorteil der wirkmedienbasierten Umformung im Vergleich zur Blechumformung ist die Möglichkeit zur Herstellung hochkomplexer und dabei präziser, flanschloser Profilbauteile. Anwendung finden IHU-Bauteile vor allem im Fahrwerk (Achsträger), bei Abgasanlagen (Abgaskrümmer), im Bereich Powertrain (Nockenwelle, Getriebewelle) und in ausgewählten Bereichen der Fahrzeugstruktur (A/B-Säule, Längsträger). Basierend auf den Vorteilen geschlossener Profile, die infolge eines höheren Widerstandsmomentes gegenüber Strukturen aus Blechhalbschalen eine deutlich verbesserte Steifigkeit aufweisen, wird durch den Presshärteprozess eine weitere Verbesserung der Festigkeitseigenschaften ermöglicht (Bild 5).

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