Projektfortschritt: mehrstufige Umformung hochfester Aluminiumlegierungen

Die Aluminiumlegierung EN AW-7075 bietet ein hohes Leichtbaupotenzial, ist jedoch nur sehr begrenzt kaltumformbar. Deshalb war und ist die Untersuchung temperaturunterstützter Prozessrouten zur Steigerung der Umformbarkeit Thema diverser nationaler und internationaler Forschungsaktivitäten – auch bei der Werner Schmid GmbH.

Seit nunmehr vier Jahren betreibt Werner Schmid mit der TU Darmstadt ein entsprechendes Forschungsprojekt. Im Fokus steht dabei die mehrstufige Umformung zur Erzeugung komplexer Geometrien, die einstufig nicht herstellbar sind. Während eine klassische Kaltumformung schon in der ersten Stufe zum Bruch des Materials führt, bricht dieses bei gängigen Prozessrouten spätestens in der dritten Stufe. Um eine darüber hinausgehende Umformbarkeit zu erreichen, wurde in der ersten Projektphase ein vierstufiges Transferwerkzeug entwickelt. In dem Versuchswerkzeug sind sowohl Heizelemente als auch eine Wasserkühlung integriert, was eine exakte Temperierung der Aktivteile ermöglicht. Diese ist notwendig, um der herausfordernden Kombination aus Mehrstufigkeit und temperierten Umformprozessen zu begegnen, da bereits geringe Temperaturschwankungen die Umformbarkeit der Legierung EN AW-7075 maßgeblich beeinflussen und die gängigen Prozessrouten keine ausreichende Umformbarkeit über alle Stufen gewährleisten.

Zur Entwicklung einer realisierbaren Gesamtprozesskette wurden zahlreiche numerische Simulationen sowie Versuchsreihen durchgeführt. Diese beinhalten Materialcharakterisierungen und Umformversuche zur Ermittlung der Prozessfenster einer jeden Stufe unter Variation der Wärmebehandlungszustände und Temperaturen. Zusammen mit der Ermittlung des Temperierverhaltens von Werkzeug und Werkstück konnte daraus eine kombinierte Prozessroute abgeleitet werden, die eine Inline-Fertigung ermöglicht. Die Temperatureinträge etwaiger Vorkonditionierungen (vorgelagerte Wärmebehandlung) oder auch der umgesetzten Inline-Erwärmung im Werkzeug reduzieren jedoch die Ausgangsfestigkeit des Materials, sodass zuletzt eine geeignete Wärmebehandlung identifiziert werden musste, mit der nun auch nach der Umformung die hochfesten T6-Eigenschaften erreicht werden können. Dadurch ist es Werner Schmid gelungen, die Umformbarkeit gegenüber den klassischen Prozessrouten deutlich zu erhöhen. Darüber hinaus konnten zahlreiche Erkenntnisse zu temperierten Werkzeugen sowie zu den Wärmeübertragungsmechanismen und deren Auswirkungen auf den Serienbetrieb gewonnen werden.

Dieses Projekt (HA-Projekt-Nr.: 1269/21-270) wird im Rahmen der Innovationsförderung Hessen aus Mitteln der LOEWE – Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz, Förderlinie 3: KMU-Verbundvorhaben gefördert.