Um das Leichtbaupotential hochfester Aluminiumlegierungen auszuschöpfen, werden temperaturunterstützte Umformprozesse angewandt. Damit einhergehende Herausforderungen werden im Falle einer mehrstufigen Anwendung aufgrund der Wärmeübergänge sowie sich ständig ändernder Eigenschaften und Randbedingungen deutlich verkompliziert. Genau dieser Aufgabe widmen sich die LOEWE 3-Projekte, welche im Rahmen einer dualen Promotionsstelle mit der Werner Schmid GmbH in Fulda bearbeitet wurden und werden.

Motivation

Hohe Festigkeiten bei geringem Gewicht – diese Eigenschaften vereinen die hochfesten Aluminiumlegierungen EN AW-6082 und -7075 und weisen somit ein hohes Leichtbaupotential auf. Insbesondere in Mobilitätsanwendungen kann dadurch eine Effizienzsteigerung im Betrieb erreicht werden. Zusätzlich ergeben sich Vorteile im Gebrauchsnutzen, wie etwa beim Handling eines E-Bikes.

Limitiert wird die breite, industrielle Nutzung durch die geringe Kaltumformbarkeit sowie das ausgeprägte Rückfederungsverhalten, weshalb temperaturunterstützte Prozessrouten angewandt werden. Mit diesen gehen jedoch verknüpfte Prozessführungen mit umfangreicher Peripherie einher. Noch herausfordernder ist diese Thematik bei mehrstufigen Umformprozessen, wie sie zur Herstellung komplexer und hochpräziser Bauteile erforderlich sind.

Hier setzen diese Forschungsprojekte an und haben es sich zum Ziel gesetzt neben der Machbarkeit vor allem die Robustheit und wirtschaftliche Umsetzung näher zu betrachten.

Lösungsweg

In einem ersten Projekt namens WarmAp (Warmumformen von Aluminiumblechen für Hochleistungskomponenten zukünftiger Mobilitätskonzepte) wurde zunächst eine vierstufige Prozesskette zur Herstellung einer Demonstratorgeometrie und das dazugehörige Werkzeug entwickelt (vgl. Abbildung 1 a). Dieses zeichnet sich durch temperierbare Aktivteile aus, sodass auch eine Inline-Erwärmung der Bauteile im Werkzeug möglich ist. Ausgehend davon konnten die in Abbildung 1 b ersichtlichen Prozessgrenzen der einzelnen Werkzeugstufen (Tiefziehen, Lochen, Kragenziehen und Stauchen) ermittelt und im zweiten Projekt RAmP (Robuste Umformung hochfester Aluminiumlegierungen durch mehrdimensionale Prozessfenster) robuster gestaltet werden. Realisiert wurde dies etwa durch den Einsatz eines Transfersystems zur Gewährleistung reproduzierbarer Prozessbedingungen innerhalb dieses temperatursensiblen Gesamtsystems sowie durch Werkzeuganpassungen. Kombiniert mit Messungen zum Temperaturverhalten der beiden Aluminiumlegierungen konnte daraus die in Abbildung 1 c gezeigte Gesamtprozesskette entwickelt werden. Diese sieht für die Legierung EN AW-6082 eine Inline-Erwärmung der Bauteile in Stufe 2 vor, sodass auch in den hinteren Stufen die notwendige Umformbarkeit zur Herstellung der Demonstratorgeometrie gewährleistet wird. Im letzten Projektabschnitt PrositAl dual (Produktivitätssicherung temperaturunterstützter Aluminium-Umformprozesse durch duale Forschung und Ausbildung) wird diese Prozesskette hinsichtlich der Zykluszeiten optimiert. Hierzu erfolgen detaillierte Betrachtungen der Wärmeübergänge und Prozessparameter, sodass schlussendlich eine höhere Ausbringung und damit eine wirtschaftlich umsetzbare Prozesskette zur mehrstufigen Umformung hochfester Aluminiumlegierungen resultiert.

Danksagung

Dieses Projekt (HA-Projekt-Nr.: 548/17-30, 82/19-142 und 1269/21-170) wird im Rahmen der Innovationsförderung Hessen aus Mitteln der LOEWE – Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz, Förderlinie 3: KMU-Verbundvorhaben gefördert.

Ferner dankt das Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen allen beteiligten Instituten und Industriepartnern, insbesondere der Werner Schmid GmbH, für die Unterstützung bei der Durchführung dieses Projektes.

Gefördert durch

Projektpartner