Herstellung von Stanz- und Umformtechnik

Mg < 300 °C

Al, HSS = 300 - 750 °C

Titan > 750 °C

Durch Fluidkühlung zwischen den beheizten Werkzeugaktivflächen und Werkzeuggestell

- Aufbau eines optimalen Kühlkanalsystems aus "Standard"-Stahlrohrelementen

- Verguß des komplettierten Aufbaus in z.B. Grau-/ Sphäroguss (auch hochfeste Cu-Legierung möglich)

- Kompensation geringerer Oberflächengüte durch Laserauftragschweißen

Erwärmung mittels Wärmeträgerfluid :

- Fluid wird ausserhalb des Werkzeugs erwärmt

- anschließend im Kreislauf durch Kanäle in das Werkzeug geleitet

- Wärmeträgerfluid: Öl

- Temperatureinstellung : Durchflussregelung

Zusatzeinrichtungen : Ölwärmer, Ölpumpe, Durchflussregelung

Indirekte elektrische Widerstandserwärmung

- durch elektrische Widerstandsheizkörper beheizt

- Widerstandsheizkörper in eingefrästen Nuten

- W-Körper geben über ihre gesamte Länge gleichmäßig Wärme ab

- Temperatureinstellung : Temperaturregelgerät

Induktive Erwärmung

- Induktoren, welche aus Hohlprofil gefertig sind, übertragen ein Magnetfeld in die zu beheizenden Werkzeugbereiche

- Mittels des Magnetfelds wird ein Wirbelstrom erzeugt, welches das Werkzeug erwärmt

- Leiterinnere wird von Kühlwasser durchflossen, um Stromwärmeverluste des Induktors abzuführen und zulässigen Strom erhöhen zu können

Equipment : Hochfrequenzgenerator, Induktoren, Kühler

Die Widerstandsbeheizung . Kosten: 100 % |  Wirkungsgrad: 94 - 96%

(Wärmerträgerfluid. Kosten 500 % | Wirkungsgrad 30 - 58% )

(Induktive Beheizung Kosten 1000% | Wirkungsgrad 78 - 88%)

- In den Zonen mit hohen Umformgraden (Bauteilecken) wird dem Werkzeug mehr Wärme zugeführt

-> Werkzeug wird besser umformbar

- In den Bereichen mit geringen Umformgeraden (gerade Seiten des Bauteils) , wird das Werkzeug weniger beheizt

-> Umformkräfte können über Ziehteilzarge besser übertragen werden

- Erhöhung des Grenzziehverhältnis

-> Erweiterung der Umformgrenzen

- geringerer Energieverbrauch

-> durch geringere Erwärmung der geraden Ziehkanten

- Größere Grenzverhältnisse im Vergleich zum beheizten konventionellen Tiefziehen

- Verminderte Reibung zwischen dem einzuziehenden Werkstoff und der Ziehringkante

- geringere Zugbeanspruchung im Blechwerkstoff

1. Hohe Fertigungsgenauigkeit

- Verringerung der Rückfederung

- Eigenspannungen verringern durch Erwärmung

2. Hohe Festigkeit (Crashsicherheit)

- Einsatz hoch- und höchstfester Stahlwerkstoffe

- Härten durch Wärmebehandlung

3. Geringe Masse (Leichtbau)

- Materialeinsparung

- Reduzierung der Blechdicke

Potenziale :

• Verbesserung der Steifigkeit / Festigkeit
• Reduzierung des Gewichtes durch Reduzierung der Blechdicke
• Verbesserung der Crash-Sicherheit
• Reduzierung der Kosten (im Vergleich zu Al, Mg)

Herausforderungen
• Einhaltung der Form- u. Maßgenauigkeit (Rückfederung)
• Höhere Umformkraft
• Größerer Werkzeugverschleiß

Bisherige Grenzen
• Geringes Umformvermögen
• Hohe Werkstoffverfestigung

Lösung : Umformen mit einer gleichzeitigen Wärmebehandlung in einem Fertigungsprozess

Ergebnis: sehr hohe Genauigkeit und sehr hohe Bauteilfestigkeiten von ca. Rm > 1.500 MPa.

1. Coil

2. Zuschnitt

3. Erwärmen

4. Transfer

5. Umformen und Härten

• Hochtemperaturoxidation von Stahl bei Temperaturen > 800°C

• Zunderbildung auf den Stahlbauteilen

• Rauer, poröser Zunder führt zu Ver- schmutzungen und zum Zerkratzen der Formen

• Reinigung notwendig

• Vor der Weiterverarbeitung muss der Zunder durch Sandstrahlen entfernt werden

• Unprofitable Taktzeiten

• Aluminium gefüllter Nanokomposit
• Coilbeschichtung durch Walzenauftrag
• Feste Anbindung an Substrat
• Schichtdicke 6-8 μm

Ablauf :

1. Erwärmung auf 880°C - 950°C
2. Warmumformung- und Presshärten im gekühlten Werkzeug
3. Werkzeug- bzw. Laserbeschnitt

Anwendung

• weniger komplexe Geometrie
• hoher Werkzeugverschleiß
• Wird zur Zeit für die meisten pressgehärteten Teile eingesetzt
• Typischer Werkstoff: 22MnB5

Indirekte Warmumformung

1. Kaltumformung durch konventionelles Tiefziehen
2. Erwärmung auf 880 °C - 950 °C
3. Warmumformung zur Realisierung der Endform und Form-/Presshärten im gekühlten Werkzeug
4. Werkzeug- bzw. Laserbeschnitt
5. Sandstrahlen

Anwendung

• komplexe Geometrien mit hohen Umformgraden
• niedriger Werkzeugverschleiß
• höhere Kosten
• Einsatz in der Serienproduktion bei Volkswagen Kassel

1. Verarbeitung von Tailored Blanks aus verschiedenen Materialien und Wanddicken

2. Partielle Erwärmung der Platinen mit Beheizten Werkzeugen

Berücksichtigung des höheren Kraftbedarfes bei der

- Werkzeugauslegung zum Umformen, Schneiden und Lochen

- Festlegung der Werkzeug-Aktivteile

- Wahl der Umformmaschine

- Konstruktive Anpassung der Werkzeug-Werkstoffe

Modifizierung des tribologischen Systems:

Werkzeug - Schmierstoff / Beschichtung - Werkstück

Vorteile des Presshärtens:

• Realisierung komplexer Geometrien aus höchstfestem Werkstoff
• Reduzierung der benötigten Umformstufen
• Verbesserung der Formgenauigkeit

Nachteile des Presshärten

• Hoher Aufwand für die Anlagen- und Werkzeugtechnik
• Korrosionsschutz ist unter Umständen nachträglich zu gewährleisten

Gestaltung des Ziehwerkteils

• Stufenplan

• Werkzeugkonstruktion

• Herstellkosten

1. Blechwerkstoff

Werkstoffauswahl nach
• Funktion,
• Form und
• Größe
der Blechwerkstücke

2. Werkstückteilung

- Nicht ziehbare Blechwerkstücke zu Ziehteilen vereinigen

- Größere Blechwerstücke in kleinere Ziehteile unterteilen

3. Fertigungsstufen

- Festlegung und optimale Abstimmung der Fertigungsstufenfolgen

- Fertigungsoperationen: Tiefziehen, Beschneiden, Lochen, ...

4. Stückzahlen

Von der Werstückzahl ist die Menge und die Art von Fertigungsstufen direkt abhängig.

- Werkzeugbelastung

- hohe Umformkräfte

- präziser

- geometrisch komplexer,

- hochbeanspruchter Werkstücke aus

- hochfesten Stählen für 

- weite Einsatzbereiche mit 

- geringstem Werkstoffeinsatz

- Bauteile für Fahrzeug, Maschinen und Militärtechnik ..

- 85 - 90 % Automobilindustrie (Kaltfließpressteile)

- Weiterentwicklung der Werkstück- und Werkzeugstoffe und Bearbeitungstechniken

- Erneuerungen bei Schmierstoffen/-techniken und Oberflächenbeschichtung

- Prozess-Simulation (Werkzeug zu optimieren)

- hohe Dauerfestigkeit

- ungestörter Faserverlauf

- gute Werkstoffausnutzung

- Verkürzung der Prozesszeit

1. Rohteilherstellung

- Sägen/ Abscheren und Entgraten

2. Wärme- und Oberflächenbehandlung

- Weichglühen oder Normalisieren

- Reinigen, Entfetten, Entzundern

- Phophatieren (Bondern)

- Auftragen von Schmierstoffen

3. Umformen (1 oder mehrere Schritte)

- Laut Stadienplanung

- mit oder ohne Zwischenbehandlungen (Schritt 2.)

4. Nachbehandlungen

- Spannungsarmglühen

- Spanende Bearbeitung/Kalibrieren(Nachpressen)

- Oberflächenbehandlung (Lackieren, Beschichten, Randschichthärten)

Ausgangsmaterial : Vollkörper

Endprodukt : Vollkörper mit vermindertem Querschnitt

Werkzeugöffnung : Matrize

Werkstofffluss : in Richtung Stempelbewegung 

Ausgangsmaterial : Napf/Hülse

Endprodukt : Napf/Hülse mit verminderter Wanddicke

Werkzeugöffnung: Matrize und Dorn

Werkstofffluss : In Richtung Stempelbewegung