Neues Verfahren zur Warmumformung

Worin liegen die Vorteile der preisgekrönten Produktionsanlage für die Warmumformung von Aluminium von AP&T? Hier erfahren Sie, was die Experten dazu sagen.

16. April 2019
Neues Verfahren zur Warmumformung
Die weltweit erste Anlage dieser Art bietet neue Möglichkeiten für einen kostengünstigen Produktionsprozess von Leichtbaukarosserieteilen. (Bild: AP&T)

Die Automobilindustrie arbeitet seit vielen Jahren daran, den Kraftstoffverbrauch von Fahrzeugen zu senken. Neue Materialien, Designs und Herstellungsverfahren haben leichtere Bauteile und Komponenten ermöglicht und dadurch zu einer Senkung des Fahrzeuggewichts beigetragen. Ein Beispiel ist hochfestes Aluminium, das wesentlich leichter ist als Stahl, aber auch neue Anforderungen an das Umformverfahren stellt.

Vom Innovationsprojekt zur preisgekrönten Produktionslinie

2013 begann AP&T, ein Verfahren zur Warmumformung von Bauteilen aus hochfestem Aluminium zu entwickeln. In den folgenden drei Jahren hat AP&T eine Reihe von Projekten mit Kunden, Universitäten und Zulieferern durchgeführt. Ziel war es, das Know-how durch theoretische und praktische Tests zu vertiefen. Die Initiative führte 2016 zu einer ersten Prototypanlage und einer Reihe von Komponenten, die großes Potenzial für die Zukunft aufzeigen.

Im Herbst 2017 hat AP&T seine erste vollumfängliche Produktionsanlage für die Warmumformung von hochfestem Aluminium in seinem Testzentrum im schwedischen Ulricehamn in Betrieb genommen. Die weltweit erste Anlage dieser Art bietet neue Möglichkeiten für einen kostengünstigen Produktionsprozess, verbesserte Herstellbarkeit und verbesserte Funktionen von Leichtbaukarosserieteilen.

Indem herkömmliches Stahlblech durch hochfestes Aluminium ersetzt wird, könnte das Karosseriegewicht um bis zu 40 Prozent gesenkt werden. Die Innovation fand große Beachtung in der Automobilindustrie und wurde mit mehreren Preisen ausgezeichnet. Heute steht AP&T eine vollständig kommerzielle, skalierbare Lösung für OEMs und Automobilzulieferer zur Verfügung, die hochfeste, leichte und komplex konstruierte Karosserieteile herstellen möchten.

Partner für Komplettlösung

Um eine effiziente Umsetzung der neuen Technologie beim Kunden sicherzustellen, bietet AP&T maßgeschneiderte Lösungen an. Die Produktionsanlage umfasst:

· Highspeed-Platinenlader für die Materialversorgung in den Ofen

· Ofen für die schnelle und homogene Erwärmung von Aluminiumlegierungen

· Zwischengeschaltete Kühlstation

· Highspeed-Transfer der Platine zur Presse

· Servohydraulische Presse

· Umformung mit gekühlten Werkzeugen

· Reinigung und Auslagerung

· End-of-Line-Automation.

Vom ersten Tag an rentabel

Die Skalierbarkeit der neuen Anlage macht sie auch für kleine Produktionsmengen interessant. Aufgrund der guten Umformbarkeit des Materials werden Bauteile, die derzeit durch das Fügen mehrerer verschiedener Bauteile hergestellt werden, in einem einzigen Warmformpressvorgang produziert. Dies ermöglicht einen rationellen Fertigungsprozess mit weniger Arbeitsabläufen, einfacherer Handhabung und Logistik, weniger Werkzeugen, besserer Materialausnutzung und niedrigeren Produktionskosten pro Einheit. Um die Produktion weiter zu rationalisieren, wurde jeder Vorgang im Prozess analysiert und optimiert. Eine der Herausforderungen bestand darin, die Zeit für den künstlichen Alterungsprozess zu verkürzen.

Neue Methoden zur künstlichen Alterung

Bei der Warmumformung von Aluminium besteht der Ansatz, das Material zu härten, darin, es auf die Lösungsglühtemperatur zu erwärmen und es im Werkzeug zu formen und abzukühlen. Um dann die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erhalten, muss das Material künstlich gealtert werden, indem es innerhalb einer bestimmten Zeit wieder auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird. Das Aushärten durch konventionelles künstliches Altern hat jedoch zwei Nachteile: Erstens ist der Vorgang sehr zeitaufwendig und kann mehrere Stunden dauern. Zweitens wird das Material gehärtet, bevor das Bauteil in das Fahrzeug eingebaut wird. Das kann zu Schwierigkeiten beim Fügen führen.

AP&T verwendet eine optimierte Alterungssequenz, um die Zykluszeit durch einen Auslagerungsprozess nach dem Umformen des Bauteils zu reduzieren. Damit wird das Material für den nachfolgenden Einbrennprozess vorbereitet, welcher nach dem Zusammenbau der Bauteile stattfindet. Statt mehreren Stunden dauert dieser Auslagerungsprozess lediglich fünf bis 30 Minuten. Die endgültige Verfestigung erfolgt während des Lackierens, das nach dem Zusammenbau der Karosserieteile erfolgt. Das führt zu einem dehnbarem Materialverhalten bei der Endmontage des Bauteils im Karosseriebau und zu einer guten Passform. Diese verbesserte Alterungssequenz wurde von AP&T in Zusammenarbeit mit Hydro Aluminium entwickelt. In Kooperation wurde eine Aluminiumlegierung entwickelt, die perfekt auf diesen Prozess zugeschnitten ist. 

Werkzeugentwicklung mit Simulation

Die bei der Blechumformung eingesetzten Werkzeuge unterliegen hohen Anforderungen. Die Entwicklung von Werkzeugen für das Warmumformen von hochfestem Aluminium ist derzeit für die Tooling-Abteilung von AP&T von großer Bedeutung. Das tribologische Verhalten zwischen Werkzeugoberfläche und hochfesten Aluminiumplatinen haben wir durch die richtige Kombination von Werkzeugbeschichtung und Schmiermittel optimiert.

Auf dem Gebiet der FEM-Blechumformungssimulation hat AP&T großen Wert auf die Werkstoffcharakterisierung gelegt, um die mechanischen Eigenschaften verschiedener Aluminiumsorten mit hoher Festigkeit zu analysieren. Darüber hinaus hat der Hersteller sein Simulationsfähigkeiten aufgrund unterschiedlicher Testgeometrien validiert, um ein effektives Zusammenspiel zwischen FEM-Simulation, Werkzeugkonstruktion und Werkzeugherstellung sicherzustellen.