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Presshärten in wirkmedienbasierten Umformprozessen II

 
: Paul, Alexander; Drossel, Welf-Guntram

Hannover: EFB, 2014, 220 S.
EFB-Forschungsbericht, 390
ISBN: 978-3-86776-433-9
Deutsch
Bericht
Fraunhofer IWU ()

Abstract
Im Rahmen des Projektes wurde das IHU-Presshärten mit verschiedenen Werkstoffen, darunter 22MnB5, 26MnB5, 34MnB5, LH®800 und MW1000L durchgeführt. Die Verfahrenskombination des wirkmedienbasierten Presshärtens wurde für verschiedene Demonstratorgeometrien mit unterschiedlichen Werkstoffen erfolgreich getestet. Dabei wurden Festigkeiten in Abhängigkeit des Werkstoffes von 1.150 N/mm² bis zu 1.870 N/mm² bei sehr hohen Formgenauigkeiten erzielt. Abhängig von Werkstoff und Temperaturregime konnten bei experimentellen Untersuchungen komplexe Bauteilgeometrien mit Innendrücken zwischen 20 – 70 MPa vollständig ausgeformt werden, was etwa einem Drittel des Innendruckes für vergleichbare Geometriemerkmale bei Raumtemperatur entspricht.
Weiterhin wurden im Kapitel theoretische Grundlagen mögliche Werkzeug- bzw. Halbzeugwerkstoffe sowie Werkzeug- bzw. Halbzeugbeschichtungen für das IHU-Presshärten erarbeitet und Empfehlungen für die Praxis abgeleitet. Ein wichtiger Schwerpunkt war die numerische Betrachtung des Umformprozesses. Mit Hilfe der thermo-mechanisch gekoppelten FEM-Simulation war eine Abschätzung der Prozessparameter möglich, zeigte aber im gleichen Zuge die Komplexität des Simulationsmodells auf.
In den praktischen Versuchen konnte mittels innovativer Werkzeugtechnik die Umsetzbarkeit des IHU-Presshärtens nachgewiesen werden. Gleichzeitig wurden durch eine gezielte Temperierung des Versuchswerkzeugs bzw. der Rohrhalbzeuge Bauteile mit definierten Festigkeitseigenschaften hergestellt. Durch den Einsatz angepasster Messtechnik konnten Parameter wie die Werkzeugtemperatur und die Bauteiltemperatur vom Einlegen des Bauteils bis zur Entnahme prozesssicher erfasst werden.
Mittels statistischer Versuchsplanung wurde ein analytisches Modell entwickelt, welches die funktionellen Zusammenhänge zwischen Eingangsgrößen (Werkzeugtemperatur, Druckaufbaugeschwindigkeit, maximaler Innendruck, Ofentemperatur) und Ausgangsgrößen (Härte, Bauteilradien, Bauteilversagen) beschreibt. Der IHU-Presshärte-Prozess lässt sich robust führen, was anhand der mit hoher Wiederholgenauigkeit reproduzierbaren Bauteileigenschaften (Festigkeit, Härte, Formgenauigkeit) nachweisbar ist. Die Herstellung von Bauteilen mit gleicher Güte kann gewährleistet werden. Hierbei ist jedoch darauf zu achten, dass sowohl Umformdruck als auch Ofentemperatur richtig ausgewählt werden.
Die in dieser Arbeit ermittelten Daten zum IHU-Presshärten zeigen, dass dieses Verfahren ein hohes Potential besitzt, Bauteile in einer Umformstufe herzustellen, die Dehnungen über 60 Prozent aufweisen dürfen und ein nahezu vollständig durchgehärtetes Gefüge haben. Weiterhin wurde der Einfluss der Ofentemperatur auf den Gefügezustand ermittelt. Bei einer Ofentemperatur von größer 985 °C tritt bei gleicher Haltezeit ein Korngrößenwachstum ein.
Eine abschließende Kostenkalkulation lieferte das Ergebnis, dass das Verfahren im Vergleich zu mehrstufigen IHU-Prozessen wirtschaftlich arbeiten kann. Es können Kosteneinsparpotenziale bis zu 15 Prozent erreicht werden.
Die Ergebnisse des Projekts bilden eine breite wissenschaftliche Basis für die Anwendung dieser innovativen Umformtechnologie in der Praxis. Die Ergebnisse sind durchweg positiv und versprechen für die Zukunft eine Technologie, die zur Erfüllung der Leichtbauziele und zu CO2-Reduzierungen der Anwender, einen hohen Beitrag leisten kann. Im Rahmen der bisherigen Untersuchungen wurden Verfahrensgrenzen detektiert sowie Prozessparameter optimiert und in Verbindung mit der numerischen Prozessauslegung verifiziert.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-287370.html