Beim hydromechanischen Tiefziehen, dem aktiven hydromechanischen Ziehen und der Innenhochdruckumformung (IHU) handelt es sich um Verfahren, die im zunehmenden Maße in der Automobilproduktion Einzug halten, da sich dort Vorteile der Gewichtseinsparung und der günstigen Produktionskosten bei hohen Ausbringungsmengen besonders deutlich zeigen. Der Schwerpunkt der folgenden Ausführungen liegt dabei weniger auf konkreten Anlagen oder Maschinen (die in der Regel nur für einen spezifischen Anwendungsfall konzipiert werden), sondern auf der prinzipiellen Darstellung der Verfahren.
Nach DIN 8584 ist „Tiefziehen mit Wirkmedien das Hineinziehen eines Zuschnittes oder eines Hohlkörpers in eine starre Matrize oder das Anlegen derartiger Werkstücke an einen starren Stempel durch Wirkung eines Mediums (Wirkmedium)“. Das Medium kann direkt auf das Werkstück einwirken oder aber auch von diesem durch eine Dichtung (Membran, Beutel) getrennt sein. Lt. DIN 8584 kann es sich dabei um einen formlosen, festen Stoff (z. B. Sand, Stahlkugeln), eine Flüssigkeit oder ein Gas handeln.
Verfahrensprinzip:
In der Grundstellung ist die Presse geöffnet und der Wasserkasten mit einer Wasser-Öl-Emulsion gefüllt. Nach dem Einlegen der Platine schließt sich die Presse, und der Blechhalter spannt die Platine ein. Der pressenseitig eingestellte Blechhalterdruck dichtet den Druckraum ab, und der eigentliche Umformprozess wird eingeleitet.
Durch das Eindringen des Ziehstempels in den Wasserkasten baut sich der Mediumdruck auf. Während des Umformvorgangs wird das Blech an die Ziehstempel angepresst. So werden die Blechbereiche, welche keinen direkten Werkzeugkontakt haben, durch einen „Wasserwall“ gestützt, so dass bei gezielter Dosierung des Druckes eine Faltenbildung vermieden wird. Über das mit der Druckkammer verbundene Regelsystem, in Verbindung mit der jeweiligen Ziehtiefe, erfolgt die Steuerung des Mediumdrucks während der Umformphase.
Nach Erreichen der mechanisch begrenzten Ziehtiefe wird die Druckkammer entlastet, und die Presse fährt wieder in ihre geöffnete Grundstellung zurück.
Vorteile des Verfahrens:
Nachteile des Verfahrens:
Großflächige Bauteile verfügen je nach Formgebung in der Bauteilmitte häufig nur über eine geringe Beulsteifigkeit, so dass bereits die geringe Aufbringung eines Drucks zu Verformungen führen kann. Ursache dafür ist der geringe Umformungsgrad in diesem Bereich, wodurch keine ausreichende Materialverfestigung erreicht wird.
Ein gutes Beispiel geben in diesem Zusammenhang Bauteile für die Automobilindustrie. Großflächige Bauteile, wie z. B. Motorhauben, Dächer oder Türen, erfahren in der Bauteilmitte nahezu keine Umformung. Dies wirkt sich negativ auf die Hagelschlagfestigkeit, unerwünschte Schwingungen bei hohen Geschwindigkeiten und das Crashverhalten aus. Die Konsequenz waren schließlich Verstärkungselemente oder dickere Bleche, woraus höhere Produktionskosten und ein höheres Bauteilgewicht resultierten.
Das „Aktive hydromechanische Ziehen“ (Aktives Hydro-Mec) stellt nun eine Alternative zu diesen Lösungsmöglichkeiten dar. Es eignet sich besonders bei großflächigen Bauteilen mit möglichst geringem Umformungsgrad in vorangegangenen Produktionsschritten.
Verfahrensprinzip:
Vorteile des Verfahrens:
Geringer Werkzeugverschleiß
Die Innenhochdruckumformung (IHU) ist das Aufweiten metallischer Rohre durch Wasserdruck von innen in einem geschlossenen Werkzeug. Das Werkzeug wird im Allgemeinen durch eine hydraulische Presse geöffnet, geschlossen und zugehalten.
Als Vorrohr kommen gerade, gebogene oder anderweitig vorgeformte Metallrohre zum Einsatz. Mit der Innenhochdruckumformung lassen sich komplex geformte rohrförmige Hohlkörper aus einem Stück fertigen, die mit anderen Fertigungsverfahren nicht oder nur mehrteilig herstellbar wären. IHU-Bauteile zeichnen sich durch hohe, gleichmäßige Festigkeit und Steifigkeit, optimiertes Gewicht und geometrische Genauigkeit aus.
Verfahrensprinzip:
Prozessverlauf:
Eine erfolgreiche
Innenhochdruck-Umformung kann nur dann durchgeführt werden, wenn die
Prozessgrößen, wie zum Beispiel der Innendruck und die Axialkraft, richtig
aufeinander abgestimmt sind. Wichtig ist hierbei die Bestimmung der
Lastkombination aus Innendruck und Axialkraft oder des damit
korrespondierenden Axialweges, da diese Prozessgrößen nicht beliebig
zueinander gewählt werden können. Arbeitsdiagramme, in denen die
Versagensfälle Bersten, Falten und Knicken in Abhängigkeit vom
Rohrinnendruck und der Axialkraft aufgetragen sind, liefern den
Umformbereich, in dem die von der Maschine aufgebrachten Kraftwirkungen zu
versagensfreien Formänderungen am Werkstück führen.
Ist der Innendruch im Vergleich zum Nachschiebeweg der Axialzylinder zu hoch, platzt das Bauteil. Ist er zu niedrig, treten Falten auf. Ein sinnvoller Prozessverlauf wird sich also in einem Arbeitsfenster zwischen der Berst- und Faltgrenze bewegen müssen.
Typische Zykluszeiten für IHU-Prozesse bewegen sich in etwa zwischen 10 und 45 Sekunden.
Einer an die Fertigteilgeometrie und die Umformbarkeit des Werkstückstoffes anpassbaren Prozesssteuerung und –regelung kommt somit eine zentrale Bedeutung zu.
Vorteile des Verfahrens:
Nachteile des Verfahrens:
