Umformen unter Hochdruck

Steinbeis-Team entwickelt Hochleistungs-Umformverfahren

Gewichtsreduzierungen stellen eine der zentralen Herausforderungen in der metallverarbeitenden Industrie dar, sind sie doch notwendig, um den Energieverbrauch zu senken. Insbesondere in der Automobilindustrie führen die Forderungen nach Leichtbau und niedrigem Energieverbrauch zu einer ständigen Auseinandersetzung mit den Eigenschaften und Verarbeitungsmöglichkeiten von Leichtbauwerkstoffen. Insbesondere Magnesiumwerkstoff und dessen Legierungen haben sich in den letzten Jahren bedeutende Positionen als Konstruktionswerkstoffe erarbeitet: Aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften wie der geringen Dichte, der höheren Wärmeleitfähigkeit und der Festigkeit ist Magnesium im Leichtbaukonzept für Gewichtsreduktion ein bevorzugter Werkstoff. Allerdings fehlen innovative Fertigungstechnologien, mit denen definierte, rissfreie und qualitätsgerechte Magnesiumbauteilstrukturen für die industrielle Anwendung hergestellt werden können. An dieser Stelle setzt die Forschung am Steinbeis-Innovationszentrum Intelligente Funktionswerkstoffe, Schweiß- und Fügeverfahren, Exploitation in Dresden an.

Im laufenden Forschungsprojekt haben die Steinbeis-Experten einen technisch-technologischen Lösungsansatz für die Entwicklung eines thermo-gaskinetischen Hochleistungs-Umformverfahrens geschaffen. Dieses Verfahren soll Magnesium-Bauteilstrukturen mit hohen Umformgraden erzeugen.

Zur Simulation von thermo-gaskinetischen Teilprozessen beim Warm- Biegeumform- und Tiefziehprozess der hochfesten-duktilen Magnesiumlegierung AZ31 haben die Steinbeiser als ersten Schritt ein viskosplastisches FE-Modell erstellt. Mit diesem Modell wurde der Einfluss der integrierten Teilprozesse auf den Umformprozess untersucht und analysiert: vom Preheating-Prozess (23-350 °C), über den Einsatz von Prozess- Inertgas und Gleitschmierstoffen unter Variation von Mg-Blechdicken, Umformkraft, bis hin zur Werkzeuggeometrie (Radien). Anschließend untersuchte das Projektteam die auftretenden plastischen Formänderungen sowie Normal-/Sub- bzw. Vergleichsspannungen in Abhängigkeit von vordefinierten Prozessparametern. Auf Basis dieser Untersuchungen konnte der Umformprozess optimiert werden.

Ergänzend haben die Experten am Steinbeis-Innovationszentrum in Dresden experimentelle Untersuchungen zu Einflüssen der neu erarbeiteten Prozessparameter auf den Umformprozess vorgenommen. Sie betrafen das Blech-/WZ-Erwärmen, den Einsatz eines Inertgases (Argon) und die Verwendung von konventionellen Gleitschmierstoffen (Beruforge 120D, Berulit 935 und 393G) sowie den eingesetzten Nano-graphitdispergierten Gleitschutz bei Anpassungen der WZ-Radien und Mg-Blechdicken.

Mit dem gefundenen Prozessfenster wurden riss- und fehlerfreie Magnesium- Bauteilstrukturen bei definierten Formkonturen mit hohen Umformgraden hergestellt. Die damit erreichten Ergebnisse beim Warm- Biegeumformen mit den neu integrierten Prozessparametern werden auf den Tiefziehprozess zur Herstellung eines Magnesium-Finalbauteils simulativ und experimentell übertragen und angepasst.

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