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EFB-Forschungsbericht Nr. 331

Presshärten in wirkmedienbasierten Umformprozessen

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Reimund Neugebauer, Dipl.-Ing. Frank Schieck, Dipl.Wirt.-Ing. Alexander Paul, Dipl.-Ing. André Albert, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik Chemnitz

78 Seiten (sw, 55 Abb., 6 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-368-4

Preis (Digital) EUR 51,00

Preis (Print) EUR 57,00

Zusammenfassung

In allen Wirtschaftszweigen, die aktuell oder zukünftig das IHU-Verfahren betreiben, kann durch die Ergebnisse des Forschungsprojektes eine neue Anwendung geschaffen werden. Durch die beim Presshärten möglichen hohen Festigkeiten wird eine Verringerung des Materialeinsatzes erreicht. Dadurch wird es möglich, betreffende Bauteile kosten- und ressourcensparender zu entwickeln, zu konstruieren und zu fertigen. Eine kurz- bis mittelfristige Festigung oder ein Ausbau der Marktposition sind ebenso wie die Erschließung neuer Märkte und Kundenkreise realistische Erwartungen an Anwender dieser Technologie.

Mit der Entwicklung des Presshärtens in wirkmedienbasierten Umformprozessen ergeben sich neue Anwendungsgebiete und damit Absatzmöglichkeiten für rohrbasierende Bauteile mit hoher Genauigkeit. Mit der Einführung dieser Technologie lässt sich das bestehende Anwendungsgebiet für mit Wirkmedien umgeformte Bauteile erheblich erweitern bzw. neue Anwendungen erschließen. Dies wirkt sich positiv auf die Akzeptanz am Markt aus und führt schließlich zu einer deutlichen Verbesserung der Markt- und Wettbewerbsposition, da sich auch neue Marktsegmente und Absatzmöglichkeiten eröffnen.

Bei einem Umstieg für IHU-Anwender auf die neue Verfahrenstechnologie halten sich die notwendigen Investitionskosten in Grenzen. Die Pressen, die einen hohen Anteil verursachen würden, sind meist schon vorhanden und müssen nur für die neuen Anforderungen umgerüstet werden. Das Handling der Teile sollte, wie dies schon beim konventionellen IHU meist der Fall ist, mit Robotern geschehen. Zusätzlich sind noch Aufwendungen für Erwärmungseinrichtungen und Sicherheitsvorkehrungen nötig, die aber gemessen an dem Potenzial des Verfahrens getragen werden sollten. In der Anwendung pressgehärteter, mit Wirkmedium umgeformter Bauteile ergeben sich vor allem im Bereich der KMUs in der Automobilzulieferindustrie  vielfältige Einsatzmöglichkei-ten, wodurch deren Position im Wettbewerb gestärkt wird.

Im Rahmen der Versuchsvorbereitung wurde eine mechanische Simulation des Umformprozesses des Demonstrators 2 durchgeführt, welche sich am Realbauteil verifizieren lies. In den Versuchen wurden die Rohrhalbzeuge der Stahlwerkstoffe LH800, 34MnB5 und MW1000L auf ihr Umformverhalten und die erreichten Materialeigenschaften hin untersucht. Dabei wurde nachgewiesen, dass die Stahlwerkstoffe LH800, 34MnB5 und MW1000L für die Kombination der Verfahren Presshärten und Innenhochdruck-Umformung geeignet sind. Die Wiederholgenauigkeit für den Prozess konnte für die Werkstoffe LH800 und 34MnB5 bewiesen werden, wohingegen mit MW1000L bei gleichen Prozessparametern keine konstanten Ergebnisse erzielt wurden. Für LH800 wurde bei aktueller Prozessführung eine Gleichmaßdehnung von ca. 5,3%, eine Bruchdehnung von ca. 8,7% und eine durchschnittliche Härte von 400 HV0,5 bei martensitischem Gefüge mit sehr wenig Restaustenit erreicht. Bei den Versuchen mit der Demonstratorgeometrie 2 zeigte sich, dass mit 34MnB5 bei gleichen Prozessparametern eine deutlich bessere Ausformung erreicht werden konnte als mit MW1000L. Die durchschnittlich erreichten Härten betragen für 34MnB5 630 HV und für MW1000L 570 HV. Die Taktzeit für den Prozess, beinhaltend Handling, IHU, Kühlung und Entnahme, betrug 40 s. Die Erwärmung der Halbzeuge erfolgte konvektiv in einem Kammerofen. Versuche mit einer Induktionsanlage haben gezeigt, dass sich mit diesem Temperierungsverfahren kürzere Erwärmungszeiten bei verringerter Zunderbildung am Werkstück realisieren lassen.
Das Ziel des Forschungsvorhabens, die prinzipielle Machbarkeit eines wirkmedienbasierten Presshärteprozesses anhand von Realversuchen nachzuweisen, wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben „Presshärten in wirkmedienbasierten Umformprozessen“ wurde unter der Fördernummer AiF 16182BR von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 331 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand der Technik
3 Problemstellung und Arbeitsprogramm
4 Anlagen- und Werkzeugtechnik
4.1 Anlagen- und Sicherheitstechnik
4.2 Werkzeugtechnik
5 Versuchsplanung und –durchführung
5.1 Versuchswerkstoffe und Halbzeuge
5.2 Versuchsplanung
5.3 Versuchsergebnisse
5.3.1 Eingesetzte Messtechnik
5.3.2 Demonstrator 1
5.3.3 Demonstrator 2
6 Numerische Betrachtungen des T-IHU-Prozesses
6.1 Einflussgrößen auf den IHU- und Presshärtprozess
6.2 FEM-Simulation Demonstrator 2
6.3 Thermische Simulation eines Kühlsystems
7 Zusammenfassung
8 Ausblick
9 Literaturverzeichnis