Presshärten von Rohren und Profilen in wirkmedienbasierten Umformprozessen (IHU-Presshärten)
Der Einsatz von Rohren und Profilen bietet im
Sinne des Strukturleichtbaus erhebliche Einsparpotenziale. Bei der Herstellung
von komplexen Geometrien hat sich die Innenhochdruck-Umformung von
geschlossenen Profilen als vorteilhaft erwiesen, da die so erzeugten Bauteile
ein sehr gutes Verhältnis aus Leichtbaupotenzial und mechanischer Belastbarkeit
ermöglichen. Die Kombination von Presshärten (PH) und Innenhochdruck-Umformung
(IHU) ermöglicht ein Produktionsverfahren, durch das geschlossene Hohlprofile
mit sehr hohen Formgenauigkeiten aus höchstfesten Stählen hergestellt werden
können, die zugleich hochkomplexe Geometrien aufweisen.
Die numerische Auslegung der Prozessketten
zum IHU-Presshärten mit und ohne Vorform sowie die Ermittlung der
Umformgrenzen, der erreichbaren Härte in Abhängigkeit des Werkstoffes sowie der
Formgenauigkeit und des Wanddickenverhaltens von pressgehärteten IHU-Bauteilen
sind ebenso wie eine Kostenbetrachtung Bestandteil des Merkblattes.
Dieses Merkblatt basiert auf den Untersuchungen (FB 502), die im Rahmen der IGF-Projekte 16182 BR, 16961 BR und 17940 BR stattgefunden haben.
Inhalt
1 Ziel und Zweck des Merkblatts
2 Verfahren IHU-Presshärten
3 Mechanische Kennwerte im temperierten Zustand für die Werkstoffe 34MnB5 und 1.7734
4 Numerische Auslegung
4.1 Abkühlverlauf beim Handling
4.2 Abkühlverlauf während der Umformung
4.3 Zyklische 2D-Simulation zur Ermittlung der Werkzeugtemperatur
4.4 Thermo-mechanisch gekoppelte 3D-Umformsimulation einstufiger IHU-Presshärte-Prozesse
5 Untersuchte Bauteilgeometrien
6 IHU-Presshärtewerkzeuge
6.1 Aktive Kühlung von IHU-PH-Werkzeugen
6.2 Werkzeugtemperaturen während der Umformung
6.3 Werkzeugintegrierte Temperatursensorik
6.4 Vorformen unter Innendruck beim Werkzeug Schließen
7 Härte nach der Umformung
7.1 Härte in den ebenen Bereichen
7.2 Härte in den Radien
8 Minimal ausformbare Radien Rmin
9 Erreichbare Formgenauigkeit
10 Werkstoffgefüge nach der Umformung
11 Mechanische Eigenschaften nach der Umformung
12 Herstellung von komplexen IHU-PH-Bauteilen mit zusätzlichen Vorformprozessen
12.1 Bauteilklassifizierung
12.2 Vorformkonzepte und numerische Prozessauslegung für Bauteile mit geringen Änderungen des Bauteilumfanges über die Rohrlänge
12.3 Funktionale Zusammenhänge zur Auslegung von IHU-Presshärtebauteilen mit Vorformprozessen
12.4 Realisierung von Bauteilen mit gekrümmter Mittelachse durch Vorformen unter Innendruck beim Werkzeug Schließen
12.5 Gestaltung geeigneter Vorformgeometrien sowie Prozessführungsstrategien
13 Kostenbetrachtung
13.1 IHU-Presshärten ohne zusätzlichen Vorformprozess (Stand 2014)
13.2 IHU-Presshärten mit zusätzlichem Vorformprozess (Stand 2018)
14 Anwendungsfelder
15 Verfahrensrichtlinien
16 Zusammenfassung
17 Symbole und Abkürzungen
18 Schrifttum