Laserunterstütztes Tiefziehen : Konstruktion, Aufbau und Inbetriebnahme einer Anlage für das laserunterstützte Tiefziehen

Abstract

In den letzten Jahren wurden in der Automotiv-Branche grosse Anstrengungen unternommen, die Werkstoffe der tragenden Teile durch leichtere Materialien zu ersetzen. Durch Reduktion des Fahrzeuggewichts soll der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden. Die Stahlproduzenten haben, um ihre Marktanteile nicht an Nichteisenwerkstofflieferanten zu verlieren, durch Entwicklung neuer hoeherfester Werkstoffe diesen Anforderungen Rechnung getragen. Somit konnte die benoetigte Wandstaerke der Bleche reduziert werden. Diese neuen Werkstoffe haben aber ein geaendertes Umformverhalten. Ein Konzept, um die damit entstehenden Probleme zu loesen, ist das Gebiet des Hydroforming. In Untersuchungen am Institut fuer spanlose Fertigung und Hochleistungslaserteclinik der TU Wien konnte nachgewiesen werden, dass es auch einen Weg gibt, diese Materialien umzuformen, bei dem konventionelle Pressenstrassen beibehalten werden koennen. Durch gezielten Waermeeintrag mit Laserstrahlung koennen die Fliesseigenschaften der Werkstoffe lokal geaendert werden. Der Zusammenhang zwischen Fliessspannung und Temperatur ist bekannt und wurde aber bisher in industriellen Anwendungen nur genutzt, um das gesamte Blech zu erwaermen. Dadurch wird die Fliessspannung aber auch in jenen Zonen abgesenkt, wo eine Verformung des Werkstoffes gar nicht erwuenscht ist. Im Rahmen dieser Arbeit wurden Blechronden mit einer Verfahranlage unter einem 1kW-Diodenlaser verfahren. Kreisfoermige Ronden wurden lokal erwaermt, sodass ein rotationssyminetrisches Temperaturprofil entstanden ist, das im aeusseren Bereich seinen Maximalwert und in der Rondenmitte sein globales Minimum hat. Die erreichten Maximaltemperaturen lagen im Bereich von 200°C. Anschliessend wurde in einer 630kN-Tiefziehpresse ein Napf mit 50mm Durchmesser gezogen. Als Werkstoffmaterial wurde X5CrNi18-10 verwendet, da dieser Werkstoff eine schlechte Waermeleitfaehigkeit hat. Durch diese Materialeigenschaft war es moeglich, extern zu erwaermen und zum Zeitpunkt des Tiefziehvorgangs noch immer ein geeignetes Temperaturprofil im Werkstueck zu haben. Das Werkzeug muss fuer diese Versuche thermisch isoliert werden, weil es sonst zu einem starken Waermeverlust von der Ronde in das Werkzeug kommen wuerde. Die Isolierung hat auch bei nicht laserunterstuetzter Umformung den Vorteil, dass die Waerme, die durch den Umformprozess selbst entsteht, in der Ronde bleibt und nicht in das Werkzeug abgeleitet wird. Als geeignetes Isoliermaterial konnte ein fuer die Diodenlaserstrahlung transparenter Werkstoff gefunden werden.