UMFORMtechnik (Blech)

 
 
   

40 % leichtere Bauteile durch Warmumformung

Neue Herstellmethoden können die Fahrzeugmasse vermindern. Wichtig dabei ist das Presshärten. AP+T verfeinert das Verfahren fortlaufend für verschiedene Werkstoffe. Einer der interessantesten ist hochfestes Aluminium. Es hat Eigenschaften, die Umformverfahren und Maschinen herausfordern.

Car components
40% lighter due to hot forming

New manufacturing methods have reduced vehicle mass. Press hardening is important here. AP+T refines the process continuously for various materials. One of the most interesting is high-strength aluminium. It has properties challenging forming processes and machines.

2013 hatte AP+T erstmals untersucht, ob und wie ein neues industriefähiges Verfahren zur Warmumformung komplexer Bauteile aus hochfestem Aluminium entwickelt werden kann. In den folgenden drei Jahren hatte das Unternehmen verschiedene Projekte mit Kunden, Universitäten und Zulieferern durchgeführt, die in erster Linie von der Europäischen Union und öffentlichen Interessengruppen finanziert wurden. Ziel war, das Know-how durch theoretische und praktische Tests von Material, Produktionsabläufen und Anlagen-Equipment auszubauen. Resultat waren 2016 eine erste Prototypanlage und eine Reihe von Prototyp-Komponenten, die das Potential für die Zukunft aufzeigten. 

Bereits ein Jahr später nahm AP+T die erste Anlage zur Warmumformung von hochfestem Aluminium – Warmumformung, W-Temper und Halbwarmumformung – im Testzentrum im Ulricehamn/Schweden in Betrieb. Sie war die weltweit dieser Art und bot neue Möglichkeiten für eine kostengünstige und verbesserte Herstellbarkeit von Leichtbau-Karosserieteilen. Dank hoher Festigkeit und geringem Materialgewicht wurde die Karosserie bis zu 40 % leichter: Herkömmliches Stahlblech war durch hochfestes Aluminium ersetzt worden, dessen Volumen unter Beibehaltung seiner Festigkeit reduziert worden war. Die Anlage wurde mit Preisen ausgezeichnet wie dem Altair Enlighten Award und dem SIQ Quality Innovation Award. Heute steht eine vollständig kommerzielle, skalierbare Lösung zur Verfügung für OEMs und Zulieferer, die hochfeste, leichte und komplex konstruierte Karosserieteile herstellen. 

Heute bietet AP+T maßgeschneiderte Lösungen an, bei denen das Unternehmen die volle Verantwortung für alle dazu gehörenden Maschinen, Schulungen, Installation und Inbetriebnahme sowie den Service und Support übernimmt. Die Anlage umfasst
- Platinenlader für die Materialversorgung in den Ofen
- Ofen für schnelles/homogenes Erwärmen, speziell
  entwickelt für die Al-Legierungen 6xxx und 7xxx
- zwischengeschaltete Kühlstation 
- Transfer der Platine zur Presse
- servohydraulische AP+T-Presse
- Umformung mit gekühlten Werkzeugen
- Reinigung und Auslagerung
- End-of-Line-Automation

Künstliche Alterung kürzt Zykluszeiten ab 

Die Skalierbarkeit macht sie auch für kleine Produktionsmengen interessant; ihre Kapazität lässt sich relativ einfach erhöhen. Beim Aufwand pro Bauteil ist die Lösung im Vergleich zu den heute verfügbaren Methoden wettbewerbsfähig. Bauteil wie Auto-Türringe, die derzeit meist hergestellt werden durch Fügen mehrerer Einzelstücke, lassen sich in einem einzigen Warmform-Pressvorgang produzieren. 

Das Aluminium wird auf Lösungs-Glühtemperatur erwärmt, im Werkzeug geformt und kühlt ab. Um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erhalten, wird das Material künstlich gealtert, indem es innerhalb einer bestimmten Zeit wieder auf definierte Temperatur erhitzt wird. Das Aushärten durch konventionelles künstliches Altern hat jedoch zwei offensichtliche Nachteile: Erstens ist der Vorgang sehr zeitaufwändig und kann mehrere Stunden dauern. Zweitens wird das Material gehärtet, bevor das Bauteil in das Fahrzeug eingebaut wird. Dies kann zu Schwierigkeiten beim Fügen führen.

AP+T verwendet eine Alterungssequenz, um die Zykluszeit durch Auslagerung nach dem Umformen zu reduzieren. Damit wird das Material für den folgenden, so genannten Einbrennprozess vorbereitet, der nach dem Zusammenbau der Bauteile stattfindet. Dieser Prozess dauert lediglich 5 min bis 30 min. Die endgültige Verfestigung erfolgt während des Lackierens nach dem Zusammenbau der Karosserieteile. Dies führt zu einem dehnbarem Materialverhalten bei der Endmontage und zu einer guten Passform. Diese Alterungssequenz hat das Unternehmen in Zusammenarbeit mit Hydro Aluminium entwickelt. Die Al-Legierung AA6xx ist auf diesen Prozess zugeschnitten. 

Die bei der Blechumformung eingesetzten Werkzeug unterliegen hohen Anforderungen. Werkzeuge für das Warmumformen von hochfestem Aluminium zu entwickeln, ist derzeit für die Tooling-Abteilung von AP+T von großer Bedeutung. Das tribologische Verhalten zwischen Werkzeugoberfläche und hochfesten Aluminium Platinen wurde durch die richtige Kombination von Werkzeugbeschichtung und Schmiermittel optimiert. Auf dem Gebiet der FEM-Simulation wurde großen Wert auf die Werkstoff-Charakterisierung gelegt, um die mechanischen Eigenschaften verschiedener Aluminiumsorten mit hoher Festigkeit zu analysieren. Darüber hinaus wurde die Simulationsfähigkeit aufgrund unterschiedlicher Testgeometrien validiert.

Blechexpo 2019, Halle 8, Stand 8502

AP+T Automation, Pressen+Werkzeuge Vertriebs-GmbH  
Ernst-Heinkel-Straße 28a
57299 Burbach
Tel.: +49 2736 50977-0
info-deutschland@aptgroup.com
www.aptgroup.com