Hot Die Forming – eine neue Fertigungs-Technologie für Leichtbau-Komponenten. Die 2017 gegründete HoDforming GmbH bietet massentaugliche Lösungen für die Automobilindustrie & Co.

Leichtbau-Komponenten aus ultra-hochfesten Metalllegierungensind von zentraler Bedeutung für innovative und ressourceneffiziente Produkte in vielen Industriezweigen. Ermöglicht werden diese Produkte durch Hot Die Forming (HDF) ein neues, massenproduktionstaugliches Umformverfahren, bei dem Werkzeug und Material auf die ideale Umformtemperatur erhitzt werden. Hot Die Forming beschreibt die Umformung von Metallrohlingen aus Metall-Platinen, Blechen oder Hohlkörpern. Die Umformtechnologie wird angewendet für alle Metalle und Metalllegierungen bei denen der Schmelzpunkt höher als 350° C ist. Das Formen erfolgt in einer permanent beheizten Form bei der gleichen Temperatur wie der Rohling, beispielsweise für Aluminium bei der Lösungsglühtemperatur (zwischen 480° C und 560° C) und für Stahl bei der Austenitisierungstemperatur von etwa 950° C. Der zu formende Hohlkörper wird in der Regel durch Gasdruck als Formmedium geformt. Bauteile aus Platinen oder Blechen können neben der mechanischen Umformung ebenfalls durch Gasdruck als Formmedium geformt werden. Während der Aufweitung kann der Rohling aktiv in den Hohlraum geschoben werden. So kann die Prozesssicherheit des Formgebungsverfahrens – u.a. durch die Überwindung der unkontrollierten Reibung zwischen dem Rohling und dem Gesenk – deutlich verbessert und das Formungsverhältnis beziehungsweise die Formgebungstiefe maximal erhöht werden. Der Rohling und das Formwerkzeug können mit einem Temperaturprofil versehen werden, um die geforderten Dicken und Formverhältnisse bewerkstelligen zu können. Der Rohling ist mit speziell entwickelten Schmierstoffen lackiert, um ein Aufschweißen des Rohlingmaterials auf der Umformgravur, Kratzer oder Umformspuren auf dem Bauteil zu vermeiden und den Reibungskoeffizienten zu verringern. 

Vor allem die Automobilindustrie ist auf der Suche nach Möglichkeiten, die weltweit zur Verfügung stehenden hoch und höchstfesten metallischen Werkstoffe effizient zu verarbeiten und so die preiswertesten und dennoch leichtesten Gesamtkonzepte zu realisieren. Die bisher zur Verfügung stehenden Umformtechnologien weisen deutliche Optimierungspotenziale in Bezug auf die Massenfertigung und Bauteilkomplexität auf. So steht beispielsweise für die Stahlarchitektur der Stahl 22MnB5 zur Verfügung. Das „Presshärten“ hat in diesem Bereich das Potenzial des Werkstoffes aufgezeigt, kann aber die gesamten Möglichkeiten aufgrund physikalischer Effekte nicht voll ausschöpfen. Mit der HDF-FTechnologie (Hot Die Forming-Flachprodukte) wie auch mit der HDF-H-Technologie (Hot Die Forming-Hohlprodukte) kann aufgrund der optimalen Formtemperatur während der gesamten Umformung das komplette Werkstoffpotenzial gehoben werden. Das heißt, dass die Umformung – ähnlich der Kaltumformung – bei Bedarf in mehrere Schritte aufgeteilt werden kann. Unabhängig von der Wanddicke der Rohlinge können somit ähnliche Produkte zur Verfügung gestellt werden, wie bei der heutigen Kaltfertigung, nur viel fester, dünner und leichter. Ein konkretes Beispiel sind Federbeindome, die heute in einer Stahlversion konstruiert und gefertigt werden. Die HDF-F Technologie bietet die Möglichkeit – mit der Verwendung von z.B. 22MnB5 Stahl die Wanddicke – und damit auch das Gewicht – zu halbieren. Zusätzlich besteht die Option weitere Nachbarteile in den Formling zu integrieren und damit weiteres Leichtbau- und Kosteneinsparungspotenzial zu heben. 

Betrachtet man den Aluminiumleichtbau, stehen schon heute viele verschiedene hoch und höchst feste Legierungen zur Verfügung. Der Festigkeitsbereich bis ca. 560 MPa ist bei vielen Aluminiumrohlingproduzenten Standard. Die neuesten Entwicklungen in der Umformung von hochfesten Aluminium-Materialien zu Produkten sind – ähnlich wie in der Stahlverarbeitung – auf das Presshärten konzentriert. Die ersten Produkte von namhaften Maschinen- und Anlagenbauern sind bereits entweder gerade in die Serienfertigung überführt worden oder stehen kurz davor. Klar ist jedoch, dass die Problematiken des „Alu-Presshärtens“ dabei gegenüber dem „Stahl-Presshärten“ nicht abnehmen, sondern im Gegenteil eher zunehmen. Die neue HDFTechnologie bietet dazu eine strukturell optimale, alternative Lösungen mit Taktzeiten in der Massenfertigung zwischen 5 und 20 Sekunden bei flachkörperbasierten Produkten bzw. 15 und 40 Sekunden bei hohlkörperbasierten Produkten, jeweils abhängig von der Bauteilkomplexität und zu fertigenden Stückzahl. Festzuhalten ist einerseits, dass die Taktzeit im HDF-Verfahren – alleine aufgrund seiner Struktur – immer geringer als beim Presshärten ausgelegt werden kann. Andererseits können mit den HDF-Technologien – im Gegensatz zum Presshärten – zahlreiche weitere Features ähnlich wie bei der Kaltumformung genutzt werden. 

Die Entwicklungen um die Festigkeit der Aluminiumlegierungen weiter zu steigern werden jedoch ungebrochen weiter betrieben. Alle diese Legierungen werden sinnvoll nur mit der HDF-Technologie in der Massenfertigung zu Produkten geformt werden können. Die HDF-F- wie auch die HDF-H-Technologie liefert Automobilherstellern die Möglichkeit, hoch und höchstfeste metallische Werkstoffe kosteneffizient zu Produkten in extreme Leichtbauversion zu formen und damit das Gesamtgewicht eines Fahrzeuges signifikant zu reduzieren. 

Autor:
Dr.-Ing. Peter Amborn, HoDforming GmbH

Über die HoDforming GmbH 

Über 20 Jahre an Expertise in der Warmumformung von Metallen sind 2017 in die Gründung der HoDforming GmbH eingeflossen. Das Unternehmen mit Sitz in Düsseldorf entwickelt und vertreibt Verfahren und Produkte für die Umformung von Metallen wie Aluminium und Stahl. Dabei konzentriert sich das Unternehmen auf die Hochtemperaturumformung von Blechen und Platinen, wobei die Umformwerkzeuge für den Umformprozess vorteilhaft temperiert werden. Hohlkörper als Rohlinge sind neben Blechen und Platinen ein weiterer Bereich, der der Entwicklung effizienter Prozesse und Produkte gewidmet ist. Gründer und Geschäftsführer Dr.-Ing. Peter Amborn bringt mit seinem Unternehmen Jahrzehnte an Expertise, Forschung und Entwicklung in die Anwendung und eröffnet dem modernen Leichtbau damit völlig neue Möglichkeiten und Designfreiheiten. www.hodforming.com

Bildunterschriften

• Simulation einer Kreuzprobe für verschiedene Umformfähigkeiten und Aluminiumlegierungen
• Leichtbau in der Automobilindustrie ©fotolia: