Theoretische und experimentelle Untersuchungen zum Presshärten in wirkmedienbasierten Umformprozessen

Im Rahmen des EFB-Projektes wurde am Fraunhofer IWU Chemnitz die Verfahrenskombination aus Innenhochdruck-Umformung und Presshärten an verschiedenen Bauteilgeometrien und Werkstoffen (LH800®, 22MnB5, 34MnB5, MW1000L) untersucht. Dabei konnten vergleichsweise hohe Dehnungen sowie Festigkeiten bis zu 1.900 N/mm² bei minimalen Formabweichungen erzielt werden. Umfangreiche numerische Berechnungen wurden zur Auslegung des Prozesses durchgeführt und mit den experimentellen Ergebnissen gegenübergestellt und hinsichtlich der Randbedingungen angepasst. Mittels innovativer Werkzeugtechnik konnte neben der Umsetzbarkeit des Hot Metal Gas Forming selbst auch die Herstellbarkeit von Bauteilen mit gradierten Eigenschaften nachgewiesen werden. Mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung konnten funktionelle Zusammenhänge in Abhängigkeit von verschiedenen Input-Größen (Werkzeugtemperatur, Druckaufbaugeschwindigkeit, maximaler Innendruck, Ofentemperatur) zu relevanten Output-Größen (Härte, Bauteilradien, Bauteilversagen) ermittelt und ein analytisches Modell aufgestellt sowie validiert werden. Die Ergebnisse zeigen, dass das Verfahren der temperierten Innenhochdruck-Umformung mit integrierten Presshärten im Labormaßstab eine gute Wiederholgenauigkeit des Prozesses mit reproduzierbaren Bauteileigenschaften (Festigkeit, Härte, Geometrie) aufweist. Die untersuchten Bauteilgeometrien in Zusammenhang mit unterschiedlichen Werkstoffen repräsentieren ein breites Anwendungsspektrum und bilden die wissenschaftliche Basis für potenzielle Serienbauteile.