Superplastische Blech- und Rohrumformung

Einer der außergewöhnlichsten Prozesse im Bereich der temperaturgestützten Umformprozesse ist das superplastische Umformen. Dabei können unterschiedliche Legierungen (z. B. der Werkstoffe Aluminium, Titan, Nickel oder Stahl) durch hochtemperierte und sehr langsam ablaufende Umformprozesse um mehrere hundert oder gar tausend Prozent gedehnt werden. Dadurch lassen sich im Vergleich zu konventionellen Umformverfahren äußerst komplexe Bauteilgeometrien herstellen. Die erforderlichen Umformtemperaturen von bis zu 1000 °C sowie die sehr geringen Umformgeschwindigkeiten und daraus resultierenden langen Prozesszeiten stellen außerordentliche Herausforderungen an die Anlagentechnik und Prozessführung dar. 

Am Fraunhofer IWU werden superplastische Umformprozesse für geometrisch äußerst komplexe Rohr- und Blechbauteile von der Idee bis zur seriennahen Umsetzung entwickelt. Unser Ziel ist es, das Portfolie an hoch anspruchsvollen Anwendungen unserer Kunden in Luft- und Raumfahrt sowie der Medizintechnik zu erweitern. Mit den entwickelten Umformprozessen können völlig neuartige Bauteildesigns und -funktionalitäten realisiert werden, die mit konventionellen Umformverfahren nicht herstellbar sind. 

Beim superplastischen Umformen wird im Prozess ein Gleichgewichtszustand zwischen umformungsinduzierter Werkstoffverfestigung und dynamischer Rekristallisation angestrebt. Die notwendigen hohen Umformtemperaturen können durch die Temperierung von Werkzeug oder Halbzeug erreicht werden. Herausfordernd ist dabei die Sicherstellung einer homogenen Halbzeugtemperatur, da bereits geringe Temperaturunterschiede zu signifikanten Veränderungen der Werkstoffeigenschaften führen können. Zur Einstellung sehr geringer Dehnraten ist äußerst sensitive Anlagentechnik notwendig. Am Fraunhofer IWU kann dafür auf unterschiedliche Gasanlagen und Umformpressen zurückgegriffen werden, mit denen Dehnraten im Bereich von 1 x 10-3 bis 1 x 10-4 realisiert werden können. 

Unser wissenschaftliche und entwicklungstechnische Fokus im Bereich des superplastischen Umformens liegt auf der ganzheitlichen Prozesskettenentwicklung. Gerade aufgrund der zum Teil sehr hohen Umformtemperaturen sowie sehr geringen Umformgeschwindigkeiten werden prozessnahe Kennwertermittlungsverfahren genutzt, um die Werkstoffeigenschaften in den relevanten Prozessfenstern zu bestimmen und die Basis für eine Materialmodellierung zu erhalten. Mittels thermo-mechanisch gekoppelten Umformsimulationen werden die Prozesse bereits im Vorfeld ausgelegt und Anforderungen an Werkzeug- und Anlagentechnik abgeleitet. Diese werden letztlich sowohl in Prototypenwerkzeugen als auch seriennahen Umformwerkzeugen berücksichtigt und erprobt. 

Verfahrensvorteile

  • Herstellung hochkomplexer Bauteildesigns mit außergewöhnlichen Funktionalitäten
  • Prototypen- und Vorserienfertigung
  • ganzheitliche Prozesskettenentwicklung

Publikationen zum Thema

Jahr
Year
Titel/Autor:in
Title/Author
Publikationstyp
Publication Type
2020 Technology Development for Forming and Joining of Lightweight Components
Psyk, Verena; Schönherr, Julia; Trân, Ricardo; Nestler, Matthias
Vortrag
Presentation
2020 Process Development for a Superplastic Hot Tube Gas Forming Process of Titanium (Ti-3Al-2.5V) Hollow Profiles
Trân, Ricardo; Reuther, Franz; Winter, Sven; Psyk, Verena
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
Diese Liste ist ein Auszug aus der Publikationsplattform Fraunhofer-Publica

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