Umformtechnik Zukunft Hydroforming

Ausblick auf die Anwendungsmöglichkeiten neuer Verfahrensvarianten der Innenhochdruck-Umformung. Die Innenhochdruckumformung (IHU) - oder auch Hydroforming genannt - gilt...

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Die Innenhochdruckumformung (IHU) – oder auch Hydroforming genannt – gilt schon seit mehreren Jahren als eines der innovativsten Verfahren zur Herstellung metallischer Hohlkörper (meist aus Stahl oder Edelstahl, aber auch aus Kupfer und Aluminium) und dabei vorwiegend für die Automobilindustrie oder deren Zulieferer. Dabei wird zur Aufweitung von Rohren in einem geschlossenen Werkzeug ein flüssiges Medium eingesetzt. Der Flüssigkeitsdruck kann bei der Umformung von innen mehrere tausend Bar betragen. Die Vorteile dieses Fertigungsverfahrens, das es in unterschiedlichen Varianten und Modifikationen gibt, sind gleichermaßen höhere Steifigkeit und Festigkeit der Bauteile, geringeres Gewicht, die Integration mehrerer Fertigungsschritte, weniger Fügeoperationen, hohe Wiederholgenauigkeiten und eine optimale Ausnutzung des Bauraumes.Thermisch unterstütztes Innenhochdruck-UmformenWelche der zur Verfügung stehenden Verfahren ein hohes Zukunftspotenzial besitzen wird im Folgenden dargestellt. Die Innenhochdruck-Umformung (IHU) ist eine Technologie mit weiterhin vielversprechender Zukunft. Neueste Entwicklungen in diesem Bereich beziehen sich unter anderen auf die Umformung bei erhöhten Temperaturen, das so genannte thermisch-unterstützte IHU (T-IHU). Erste Versuche mit diesem Verfahren führte die Schuler Hydroforming bereits schon im Frühjahr 2004 durch. Derzeit werden für einen namhaften OEM entsprechende Bauteile entwickelt und daraus die Prototypen hergestellt. Das T-IHU eignet sich vor allem für alle Aluminium-Legierungen. Dabei wird ein Aluminiumrohr auf zirka 540 °C vorgeheizt und in ein ebenfalls vorgeheiztes Umformwerkzeug eingelegt. Die Presse schließt sich und dichtet das Rohr absolut ab. Anschließend wird der Rohling bei einem Innendruck von bis zu 100 bar mit Hilfe von Stickstoff umgeformt. Das Material schmiegt sich dabei fast hautnah an die Werkzeugwand an und erhält so seine gewünschte Form und Geometrie. Durch die thermische Unterstützung können signifikant höhere Umformgrade bei deutlich niedrigeren Zuhaltekräften realisiert werden als dies bei kaltem Zustand der Fall wäre. Folglich werden Bauteile mit einer zuvor nicht darstellbaren Komplexität auf sehr kleinen und leichten Pressen hergestellt. Dies kann zu deutlich reduzierten Stückkosten führen.Hydraulisches Tiefziehen mit flüssigen MedienDas Umformen von Blechen mit Hilfe eines flüssigen Mediums kann mit verschiedenen Verfahren durchgeführt werden. Beim hydraulischen Tiefziehen (dabei beruht das Medium beispielsweise auf Wasserbasis oder Reinöl) wird das Blech durch ein mit Druck beaufschlagtes flüssiges Medium gegen die Werkzeugwand gedrückt und erhält auf diese Weise seine endgültige Kontur. Dabei kann das Blech wie beim konventionellen Tiefziehen auch aus dem Flanschbereich nachfließen. Zum Einsatz können dabei auch vorbehandelte Bleche kommen, wie zum Beispiel solche mit einer gebürsteten Oberfläche, die für den Umformprozess mit einer Folie geschützt werden. Gegenüber dem konventionellen Tiefziehen kann bei diesem Verfahren eine Werkzeughälfte eingespart werden; dieses Verfahren eignet sich insbesondere zum Ausformen komplexer sphärischer Geometrien.Es können auch zwei Bleche gleichzeitig umgeformt werden. Dabei wird das Medium zwischen die lose aufeinander liegenden Bleche geleitet und das obere Blech in die obere Form und das untere Blech in die untere Form gepresst. Die Formen können dabei unterschiedlich sein. Zum Abdichten der Bleche muss der Flanschverlauf aber identisch sein. Bei identischen Formen im Ober- und Unterwerkzeug können auch im Flansch vorverschweißte Bleche verwendet werden, um die Abdichtung der Bleche einfacher zu gestalten. Die Vorteile dieser Variante sind identisch mit der Einblech-Variante - außer dass zwei Werkzeughälften benötigt werden.Beim hydromechanischen Tiefziehen liegt das Blech auf einem Wasserpolster und wird nur im Flanschbereich über einen Niederhalterring abgedichtet. Ein formgebender Stempel formt das Blech gegen den Wasserdruck ein bis sich das Blech vollständig an den Stempel angelegt hat. Die Außenseite der Bauteile hat beim Umformvorgang keinen Kontakt mit dem Werkzeug. Daher ist die Oberflächenqualität diesbezüglich sehr hoch. Außerdem kann auch hier gegenüber dem konventionellen Tiefziehen eine Werkzeughälfte eingespart werden; auch dieses Verfahren eignet sich besonders zum Ausformen von Bauteilen mit großen Ziehverhältnissen.Aktives hydromechanisches TiefziehenDas aktive hydromechanische Tiefziehen unterscheidet sich vom Hydromechanischen Tiefziehen dadurch, dass vor dem Einformen des Bleches durch den Stempel, das Blech entgegen der Stempelbewegungsrichtung vorgebeult wird. Dabei erhält das Bauteil auch in seiner Mitte eine Verfestigung und somit eine höhere Beulfestigkeit, die sonst im konventionellen Tiefziehen schwer erreichbar ist. Die anderen Vorteile des hydromechanischen Tiefziehens gelten auch hier. Die Taktzeit bei allen Varianten der Blechumformung mit Wirkmedien liegt in der Regel höher als beim konventionellen Tiefziehen. Bei kleineren bis mittleren Stückzahlen ist eine Kostenersparnis möglich, was gerade für Teile mit vielen Varianten und entsprechenden Stückzahlen Produktionsvorteile verspricht.