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Jun 19, 2023

Warmumformkomplex, hoch

Die erste ihrer Art weltweit, die skalierbare Produktionslinie von AP&T für Heißluft

Als weltweit erste ihrer Art bietet die skalierbare Produktionslinie von AP&T für die Warmumformung von hochfestem Aluminium neue Methoden zur Herstellung leichter Karosseriekomponenten.

Um den immer strengeren staatlichen Anforderungen an den CO2-Ausstoß gerecht zu werden, arbeitet die Automobilindustrie seit vielen Jahren daran, den Kraftstoffverbrauch neu hergestellter Fahrzeuge durch Gewichtsreduzierung zu senken. Neue Materialien, Designs und Herstellungsmethoden haben leichtere Teile und Komponenten ermöglicht.

Ausschlaggebend für den bisherigen Fortschritt war das Presshärten von Stahlblechen. Da sich diese Technologie immer weiter verbessert, wurden auch andere Materialien und Materialkombinationen entwickelt, beispielsweise hochfestes Aluminium. Obwohl dieses Material erheblich leichter als Stahl ist, war es mit hohen Kosten verbunden und stellte einige Herausforderungen bei der Umformung dar.

Im Jahr 2013 begann AP&T mit der Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Warmumformung komplex gestalteter Teile aus hochfestem Aluminium. In den folgenden drei Jahren arbeitete das Unternehmen mit Kunden, Universitäten und Lieferanten an der Prüfung von Material, Produktionsabläufen und Geräten. Das Ergebnis im Jahr 2016 war eine erste Prototypenlinie und eine Reihe von Prototypenkomponenten, die Potenzial für eine zukünftige Verwendung zeigten.

Im Jahr 2017 weihte AP&T in seinem Testzentrum in Ulricehamn, Schweden, seine erste vollwertige Produktionslinie für die Warmumformung von hochfestem Aluminium ein – einschließlich Warmumformung, W-Anlassen und Warmumformung. Als weltweit erste ihrer Art eröffnete die Anlage neue Möglichkeiten zur Herstellung von Leichtbau-Karosseriebauteilen. Das Karosseriegewicht ließe sich möglicherweise um bis zu 40 Prozent reduzieren, wenn herkömmliches Stahlblech durch hochfestes Aluminium ersetzt würde, das bei gleichbleibender Festigkeit deutlich dünner hergestellt werden kann.

Heute bietet das Unternehmen Erstausrüstern und Tierlieferanten ein skalierbares System an. Die Produktionslinie umfasst:

Hochgeschwindigkeits-Entstapler zur Platinenzuführung zum Ofen.

Ein Ofen für schnelles und homogenes Erhitzen, entwickelt für 6XXX- und 7XXX-Aluminiumlegierungen.

Eine Zwischenkühlstation für verbesserte Rohlingformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Hochgeschwindigkeitsübergabe des Rohlings an die Presse.

Eine servohydraulische Hochgeschwindigkeitspresse mit geringem Energieverbrauch.

Dieses komplexe Aluminiumbauteil weist Designelemente aus einem Türring und einer Türinnengeometrie auf.

Umform- und Kühlwerkzeuge.

Waschen und Voraltern.

End-of-Line-Automatisierung.

Durch die Skalierbarkeit ist die neue Technologie für große und kleine Produktionsmengen geeignet und die Produktionskapazität kann relativ einfach erhöht werden.

Die Formbarkeit von hochfestem Aluminium ermöglicht den Einsatz bei der Herstellung einteiliger, warmumgeformter Teile als Alternative zu Teilen, die aus mehreren verschiedenen zusammengefügten Komponenten bestehen. Dies reduziert die Anzahl der Arbeitsgänge im Herstellungsprozess, was zu einer einfacheren Handhabung und Logistik, weniger Werkzeugen und einer besseren Materialausnutzung und damit zu geringeren Produktionskosten pro Einheit führt.

Eine der Herausforderungen bei der Rationalisierung der Produktion bestand darin, die Zeit für den künstlichen Alterungsprozess zu verkürzen.

Bei der Warmumformung von Aluminium besteht der herkömmliche Ansatz zum Härten des Materials darin, es auf seine Lösungsglühtemperatur zu erwärmen und es im Werkzeug zu formen und abzukühlen. Um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erhalten, muss das Material anschließend künstlich gealtert werden, indem es erneut für eine bestimmte Zeit auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird. Dies kann jedoch mehrere Stunden dauern und das Material ist ausgehärtet, bevor das Bauteil in die Karosserie eingebaut wird, was zu Schwierigkeiten bei den Fügevorgängen führen kann.

Um die Zykluszeit zu verkürzen, führt AP&T nach dem Formen und Abschrecken des Teils einen Voralterungsprozess durch, um das Material für den anschließenden Lackier-Einbrennprozess vorzubereiten, der nach der Karosseriemontage für eine endgültige Härtung sorgt. Dieser 5 bis 30 Minuten dauernde Voralterungsschritt führt zu einem sehr duktilen Materialverhalten bei der Endmontage des Bauteils im Karosseriebau und führt zu einer guten Fügebarkeit. Das Unternehmen entwickelte diese Voralterungssequenz in Zusammenarbeit mit Hydro Aluminium, das eine auf diesen Prozess zugeschnittene Aluminiumlegierung (AA6XX) entwickelte.

An die bei der Blechumformung verwendeten Werkzeuge werden hohe Anforderungen gestellt, um sicherzustellen, dass Karosserieteile die erforderlichen Toleranzen einhalten und Risse verhindert werden. AP&T hat Werkzeugbeschichtungen und Schmiermittel kombiniert, um das tribologische Verhalten zwischen der Werkzeugoberfläche und hochfesten Aluminiumrohlingen zu optimieren.

Für eine effektive Finite-Elemente-Methode (FEM)-Simulation bei der Blechumformung hat das Unternehmen die mechanischen Eigenschaften verschiedener Sorten hochfesten Aluminiums analysiert. Außerdem hat das Unternehmen seine Simulationsfähigkeiten mithilfe verschiedener Testgeometrien validiert, um eine effektive Interaktion zwischen FEM-Simulation, Werkzeugdesign und Werkzeugherstellung sicherzustellen.

AP&T, www.aptgroup.com