Wirkmedienbasiertes Umformen

Wirtschaftliche Realisierung anspruchsvoller Designs und komplexer Strukturbauteile

Die wirkmedienbasierte Umformung umfasst eine Vielzahl von Verfahren zur Umformung von Rohren, Profilen und Blechen. Das Innenhochdruck-Umformen (IHU) ist die wichtigste Technologie dieser Verfahrensgruppe. Sowohl bei Raumtemperatur, vorzugsweise mit flüssigen Wirkmedien, als auch bei Umformtemperaturen bis zu 1100 °C unter Nutzung von Gasen kann ein breites Werkstoffspektrum umgeformt werden. Neben der Umformtemperatur ist die Dehnrate ein Verfahrensparameter, um technologische Grenzen und Einsatzgebiete zu erweitern. Dies trifft vor allem bei der superplastischen Umformung zu. Sie ist gekennzeichnet durch geringe Dehnraten, die - verbunden mit hohen Umformtemperaturen - Umformgrade von mehreren 100 Prozent ermöglichen. Demgegenüber ist die Elektromagnetumformung ein Hochgeschwindigkeitsverfahren, bei dem der Umformprozess binnen Mikrosekunden abläuft.

Die Temperatur spielt auch bei einigen IHU-Verfahrensvarianten eine bedeutende Rolle. Neben der klassischen IH-Warmumformung von Leichtmetallen wurde am Fraunhofer IWU auch eine Verfahrenskombination aus IHU und Presshärten realisiert. Dieser Ansatz kombiniert die Vorteile aus Struktur- und Stoffleichtbau. Mit dem IHU-Presshärten können aus geschlossenen Profilen aus Mangan-Bor-Stählen höchstfeste Strukturbauteile gefertigt werden. Eine weitere neue Applikation des IHU ist die Kombination mit dem Spritzgießen in einem Werkzeug zur Fertigung von Hybridbauteilen.

  • Umformung eines breiten Werkstoffspektrums möglich
  • Umformtemperaturen von Raumtemperatur bis über 1100 °C sind möglich
  • Erweiterung technologischer Grenzen und Einsatzgebiete durch gezielte Nutzung von Dehnrate und Umformtemperatur als Prozessparameter
  • wirtschaftliche Fertigung von Bauteilen und Baugruppen durch Kombination mit bzw. Integration anderer Verfahren
    • Wärmebehandlungen
    • Spritzgießen
    • Integration von Fügeoperationen

Prozesskettenentwicklung

  • Markt- und Trendanalysen, Technologie-Scouting
  • Entwicklung und Optimierung bestehender und neuer Prozesse
  • Technologische und wirtschaftliche Prozesskettenanalysen
  • Entwicklung und Realisierung neuer Fertigungskonzepte
  • Planung und Auslegung von Verfahren, Werkzeug und Maschine

Entwicklung und Bewertung von Umformstrategien

  • Machbarkeitsstudie
  • Technologieentwicklung
  • Erarbeitung von Verfahrenskennwerten und optimalen Umformstrategien
  • numerische Simulation
  • Prototypenfertigung

Qualitätssicherung

  • Prozessüberwachung, steuerung und -regelung
  • »intelligente«, zustandsabhängige Prozessführung

Maschinentechnik

  • IHU-Presse DUNKES HS3-1500 (Schließkraft max. 15 000 kN; Wirkmediendruck max 120 MPa (Gas) bzw. 700 MPa (HFA-Fluid))

  • IHU-Presse Schuler SHP 50 000 (Schließkraft max. 50 000 kN; Wirkmediendruck max 120 MPa (Gas) bzw. 400 MPa (HFA-Fluid))

  • Peripherie (Induktionswärmeanlage, Kammeröfen, Roboter, 10 kW Kühlaggregat und elektrische Werkzeugtemperierung)

  • Stoßstromgenerator für die elektromagnetische Umformung PS103-25 Blue Wave (max. Kondensatorladeenergie103 kJ, max. Kondensatorladespannung 25 kV, stufenweise einstellbare Kapazität 25,6 - 320 µF)

Software

  • CAD: Catia V5, PTC Creo, Inventor

  • FEM-Simulation: AutoForm, PamStamp, LS Dyna, Abaqus, Deform, Ansys

  • Planung und Auswertung von Versuchen: Cornerstone, Origin, MathLabtische Umformung

Prüftechnik

  • Koordinatenmessmaschine PRISMO7S-ACC (ZEISS)

  • optische und tastende Rauheits- und Profilmessgeräte

  • Weißlichtinterferometer, ITO Uni Stuttgart

  • konfokales Mikroskop, ITO Uni Stuttgart

  • Raster-Elektronen-Mikroskop, LEO Oberkochen; Stereomikroskop

  • EDX-System, Oxford Instruments

  • optischer Messplatz UBM

  • Formmessgerät F2002, HOMMEL

  • Ultraschallwanddickenmessgeräte

  • Profilprojektor PJ300