Warmumformung

Technologie, Varianten und industrielle Anwendung

Blechumformung als Warmumformung

Die Warmumformung von Blechen ist für Automobilhersteller und -zulieferer besonders wichtig. Sie eignet sich für alle Stahlqualitäten. Die mit dieser Methode hergestellten Bauteile sind leichter und erreichen bessere Crashtestwerte.

Die Warmumformung ist ein Verfahren der Blechumformung, das auch als Form- oder Presshärten bezeichnet wird. Alle Umformprozesse laufen oberhalb der Rekristallisationstemperatur des verwendeten Metalls ab. Während der Warmumformung des Blechs erholt sich das Material und wird weicher. Dies ermöglicht hohe Umformgrade trotz niedriger Umformkräfte. Die Warmumformung umfasst mehrere Verfahren wie das Schmieden, Warmwalzen und Strangpressen. Die Umformtechnik ist in der DIN 8582 geregelt und erlaubt, sogar hochfeste Werkstoffe anforderungsgemäß zu bearbeiten. Das Verfahren eignet sich besonders für Bauteile, die hohen Belastungen standhalten müssen (Zylinder, Kurbelwellen, Pleuelstangen, Zahnräder).

Unterschiede zur Halbwarmumformung und Kaltumformung

Bei der Halbwarmumformung werden Temperaturen zwischen der Kaltumformung und der Warmumformung von Blechen genutzt. Industrielle Anwender kombinieren die Vorteile beider Verfahren und versuchen, die Nachteile beider Technologien durch die Wahl einer bestimmten Umformtemperatur zu vermeiden. Die Halbwarmumformung erfordert geringere Umformkräfte als die Kaltumformung. Die abgekühlten Bauteile haben geringere Maßtoleranzen als warmgeformte Bauteile. Bei der Kaltumformung findet die Umformung unterhalb der Rekristallisationstemperatur statt. Um einen vergleichbaren Umformgrad zu erreichen, sind höhere Umformkräfte erforderlich. Das Ergebnis sind Präzisionsteile mit geringeren Maßtoleranzen und einer guten Oberflächenstruktur. Um eine Verfestigung des umgeformten Werkstücks zu erreichen, wird es mithilfe von Rekristallisationsglühen behandelt.

Wie funktioniert die Blechumformung durch Warmumformung?

Die Blechumformung erfolgt als Warmumformung oberhalb der Rekristallisationstemperatur. So heißt die Temperatur, bei der das Metall während der Umformung zu 100 % rekristallisiert. Die Rekristallisationstemperatur liegt bei 40 oder 50 % der absoluten Schmelztemperatur. Bei diesen Temperaturen werden die Versetzungen in der Gefügestruktur beseitigt: Es entstehen neue Körner, die Härte des Werkstoffs nimmt ab. Die Materialdehnung während der Warmumformung kann in einer Fließkurve visualisiert werden. Sie stellt das Verhältnis zwischen der Fließspannung bei der Warmumformung und den jeweiligen Umformgraden dar. Die Fließspannung selbst wird von der Arbeitstemperatur und der Umformgeschwindigkeit beeinflusst.

Die Warmumformung beim Tiefziehen erfolgt beispielsweise als direkte oder indirekte Warmumformung des Blechs. Bei der direkten Warmumformung wird das Material schon vor dem ersten Umformvorgang im Ofen auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur erwärmt. Anschließend wird das Material in die Presse und in das Tiefziehwerkzeug eingelegt. Nachdem das Material plastisch umgeformt wurde, wird es in einer gekühlten geschlossenen Matrize abgekühlt. Typisch für die indirekte Warmumformung ist, dass die Erwärmung nach dem ersten Umformschritt erfolgt. Danach schließen sich das Fertigziehen und ein schnelles Abkühlen beim Pressen an. Bei der als Warmumformung vorgenommenen Blechumformung wird meist der borlegierte Stahl 22MnB5 verwendet. Das bestmögliche Materialverhalten wird bei der Umwandlung von Austenit in Martensit erreicht.

Die Automobilhersteller bevorzugen seit kurzem diese Umformtechnik. Der Grund dafür ist, dass die mit dieser Technik hergestellten Bauteile eine höhere Sicherheit bei Crashs bieten. Darüber hinaus machen warmumgeformte und abgekühlte Spezialstähle das Fahrzeug leichter. Mit dieser Technik produzieren die Automobilhersteller Längsträger, Türverstärkungen, Schweller, Dachrahmen, Dachreling, Stoßstangenträger sowie A- und B-Säulen. Damit die Warmumformstähle im Ofen nicht verzundern, erhalten sie eine Aluminium-Silizium-Spezialbeschichtung. Um eine gleichbleibend hohe Fertigungsqualität zu erhalten, werden die Teile einem Qualitätssicherungsprozess unterzogen. Dies geschieht automatisiert mithilfe optischer Messtechnik.

Was sind die Vor- und Nachteile der Warmumformung?

Zu den Vorteilen der Warmumformung gehören:

keine Verfestigung und hohe Umformbarkeit des Materials
geringe Rückfederung
Fertigung komplexerer Formen möglich
gute Maßhaltigkeit durch geringe Eigenspannung
leichtere Bauteile durch geringere Wandstärken
nur geringe Umformkräfte erforderlich
geeignet für alle Stahlqualitäten

Die wesentlichen Nachteile sind:

die Oberfläche ist aufgrund der hohen Arbeitstemperatur leicht verzundert (Nachbearbeitung!)
das Bauteil kann sich im schlimmsten Fall verziehen
größere Maßtoleranzen
Ofen verursacht hohe Energiekosten
Gratbildung

Einfache Messung warmgeformter Teile

Bisher sind für die Vermessung hochfester Blechbauteile, z.B. im Karosseriebau, Messaufnahmen nötig. Diese verursachen durch ihre individuelle Anfertigung hohe Kosten. Die Virtual-Clamping-Technologie und ein universeller Aufbau in der 3D-Messmaschine ScanBox ersetzen physische Messaufnahmen. Dies führt zu Kosteneinsparungen und einer spürbaren Beschleunigung der Produktionsprozesse.

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