Aluminium-Hotforming (HFQ) ist ein noch vergleichweise junges Verfahren. Es erschließt dem Leichtbau innovative Lösungen zur komplexen Umformung von hochfestem Aluminium. Hierfür nahm die Fischer Group im badischen Achern-Fautenbach vor Kurzem die weltweit erste Großserienlinie für Aluminium-Hotforming in Betrieb (www.fischer-group.com). „Als vollautomatisierte Fertigungszelle für das Lösungsglühen und Umformen besteht die Aluminum-Hotforming-Linie aus einer hydraulischen Presse mit integrierter Energierückgewinnung, einem vollautomatisierten Ofensystem für das sogenannte Lösungsglühen und dem finalen künstlichen Altern sowie 3D-Laserschneidsystemen für den abschließenden Bauteilbeschnitt“, erläutert Marc Schweizer vom Business Development. „Ein integriertes Track-&-Trace-System garantiert außerdem über den kompletten Fertigungsprozess vom Rohmaterial bis zum Endprodukt die lückenlose Nachverfolgung jedes Bauteils – ein wichtiger Botschafter für die Qualitätssicherung.“ Angeliefert als Coil im F-Temper-Zustand, durchläuft das Aluminium als Platine mehrere Prozessstufen, um schließlich den definierten Endzustand T6 zu erreichen.
Erhalten die Baden-Württemberger Umformspezialisten einen Auftrag zur Produktion neuer Bauteile, liefert der Kunde dafür zuerst die CAD-Daten einschließlich der gewünschten Eigenschaften wie Festigkeiten oder Gewicht. Im nächsten Schritt bewertet Fischer die Machbarkeit der Konstruktion und empfiehlt dann ein Material. Dazu erfolgt die Werkzeugauslegung mit AutoForm-DieDesigner und die Validierung der Machbarkeit mit der Umformsimulation, die zudem Daten für die Crashberechnung und das Fügekonzept ermittelt. Weil ein Bauteil eigentlich nie direkt umformbar ist, wird meist in einigen Zyklen iteriert. Durch die Integration und Verknüpfung aller AutoForm Module in einer Anwendung geschieht dies besonders effizient. Steht die Bauteilgeometrie schließlich fest, werden die Werkzeugauslegung und das Fertigungskonzept mit der gleichen iterativen Arbeitsweise mit AutoForm festgelegt.
Leistungsfähige Softwaremodule
Ein ganz entscheidender Baustein im Entwicklungsprozess der Süddeutschen ist der AutoForm-FormingSolver samt AutoForm-Thermo Plug-In. Indem das Plug-In dabei die thermischen Effekte berücksichtigt, erhöht es maßgeblich die Genauigkeit der Simulation. Die Fischer Group hat somit ein leistungsfähiges Tool zur Hand, die Fertigungsmethodik zu planen sowie die Machbarkeit von Bauteilen hinsichtlich Ausdünnung, Faltenbildung bis hin zu Zykluszeiten zu bewerten und final abzusichern. Der Knackpunkt dabei ist, den Gesamtprozess exakt zu modellieren. Zu berücksichtigen sind nicht nur der Temperaturverlauf und die Wärmeübertragung an die Umgebung und das Werkzeug; einzubeziehen ist auch das temperatur- und dehnratenabhängige Materialverhalten sowie die Abhängigkeit des tribologischen Systems von Druck, Temperatur und Gleitgeschwindigkeit.
AutoForm-Thermo Plug-In leistet genau dies, sodass die Planer den jeweiligen Prozess trotz der weitreichenden Abhängigkeiten komfortabel aufbauen, ändern und auswerten können. Unter Berücksichtigung von Temperatur und Wärmeübertragung werden dabei die realen Prozessbedingungen wie Transferzeiten oder Pressenkinematik genutzt. Weil das komplexe Werkstoffverhalten in Materialkarten abgebildet ist, gilt es lediglich die passende Karte auszuwählen. Dies trifft auch auf das Reibungsverhalten zu: Mit dem TriboForm Plug-In ist nur die geeignete Reibungsbibliothek auszuwählen. Im Zusammenspiel von Presse, Material und Wärmeübergang kommt der Anwender schließlich zum stimmigen Ergebnis. Dieses haben die Experten in Achern-Fautenbach ausführlich validiert.
Mehr Möglichkeiten beim Umformen
Ausgehend von solchen Machbarkeitsanalysen ist die Fischer Group heute in der Lage, bisher nicht realisierbare Umformgeometrien zu produzieren. Die Basis ist, dass sich beim Aluminium-Hotforming hohe Zugfestigkeiten mit hoher Duktilität verbinden lassen. Als klassische aushärtbare Legierungen kommen dafür Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierungen (6XXX) und Aluminium-Zink-Legierungen (7XXX) infrage, mit denen sich die detailreichen Geometrien in einem Zug pressen lassen. So sind nicht nur viele Funktionen ins Bauteil transferierbar, die komplexen Geometrien lassen sich auch kostengünstig in enorm hoher Qualität fertigen. Über das Eliminieren von Springback-Effekten ist es zudem möglich, besonders enge Toleranzen umzusetzen. Damit schafft Fischer neue Freiräume für die Konstruktion leichterer, hochfester Strukturen – z.B. über reduzierte Wanddicken oder den Wegfall nicht mehr benötigter Verstärkungen. Gefertigt werden mittlerweile Sicherheitszellen, Innentüren, Längssäulen, Querträger oder komplette Rahmenstrukturen, womit das Aluminium-Hotforming für Leichtbau-Crashstrukturen und Anwendungen der E-Mobilität prädestiniert ist.
Da geht noch mehr
Künftig könnte der Fokus der Fischer Group noch mehr auf einer dezidierten Betrachtung der tribologischen Eigenschaften liegen, wofür AutoForm die Software TriboForm anbietet. „Zugleich arbeiten wir bei der Prozessoptimierung weiter an einer Reduzierung der Taktzeiten – im Frühjahr wird sie immerhin halbiert sein. Der geplante finale Beschnitt mit Schneidpressen wird ohnehin zu einer merklichen Reduzierung der Durchlaufzeit führen“, erklärt Marc Schweizer. „Einfließen könnten all diese Ergebnisse in weitere Gewichtsreduzierungen oder die Optimierung von Tailor Welded Blanks. Wir haben im letzten Jahr bereits über 300.000 Teile produziert – und dank AutoForm haben wir jedoch noch jede Menge Reserven.“