Leichtbau und hochfeste Werkstoffe fordern die Umformtechnik heraus

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Da in beiden Teilabbildungen die gleiche Farbskala für die erste Hauptformänderung gewählt wurde, kann entnommen werden, in welchen Bereichen kritische Dehnungen auftreten. Die schwarze Kurve in Bild 1 ist die sogenannte Grenzformänderungskurve. Sie trennt diejenigen Dehnungszustände, die schädigungsfrei realisierbar sind (unterhalb der Kurve), von denen, die in einem Umformschritt nicht realisierbar sind (oberhalb der Kurve), da zuvor Materialversagen auftreten würde.

Schnelle Umformverfahren können bisherige Grenzen überwinden

Nun ist bekannt, dass mehrstufige Tiefziehverfahren genutzt werden können, um Geometrien zu realisieren, die mit Dehnungszuständen verbunden sind, die im Grenzformänderungsdiagramm oberhalb der Grenzformänderungskurve liegen und somit in einem konventionellen Umformschritt zu Materialversagen führen würden. Dabei ist jedoch für jede Tiefziehstufe ein eigener Werkzeugsatz erforderlich. Diese Vorgehensweise bringt also eine deutliche Verlängerung der Prozesskette und damit der Fertigungszeit sowie sehr viel höhere Produktionskosten mit sich.

Ein alternativer Ansatz besteht in der Nutzung schneller Umformverfahren, wie zum Beispiel der elektromagnetischen Umformung. Diese sogenannten Hochgeschwindigkeits- oder Impulsumformverfahren arbeiten mit sehr hohen Beschleunigungen. Dabei kann die Trägheit der beschleunigten Masse ausgenutzt werden, um die klassischen Formgebungsgrenzen überschreiten zu können.

Das Wirkprinzip der elektromagnetischen Umformung basiert auf Lorentzkräften, die durch die Wechselwirkung von Wirbelströmen im Werkstück mit einem erregenden pulsförmigen magnetischen Feld entstehen. Dieses magnetische Feld mit Flussdichten bis zu mehreren Tesla wird durch den Entladungsstrom einer Kondensatorbank in einer Werkzeugspule erzeugt, die nahe dem Werkstück montiert ist.

In dieser Werkzeugspule entstehen innerhalb von circa 10 μs Ströme mit Scheitelwerten um 30.000 A. Die Umformung ist bereits nach etwa 100 μs abgeschlossen. Dabei werden Dehnraten von über 1000 s^-1 erreicht (Bild 3).

Kombinierte Umformverfahren bringen den gewünschten Erfolg

Trotz der Verfahrensvorteile, wie zum Beispiel der kurzen Prozesszeit und des erweiterten Formänderungsvermögens, ist ein radikaler Verzicht auf klassische Umformverfahren kaum denkbar: Obwohl die elektromagnetische Umformung industriell erfolgreich zum Fügen metallischer Rohre eingesetzt wird, scheitert die sie bei großen Werkstücken mit elektromagnetischer Umformung vor allem an der schwierigen Regelbarkeit dieses hochdynamischen Prozesses.

Die große Chance, klassische Formgebungsgrenzen zu erweitern, liegt nun darin, schnelle lokale Umformung kombiniert mit klassischen Umformverfahren einzusetzen. Gute Erfolge wurden beispielsweise durch Kombination von elektromagnetischer Umformung und Innenhochdruckumformung erzielt: Formgebung durch Innenhochdruckumformung ist naturgemäß dadurch eingeschränkt, dass die Last auf das Werkstück nur nach außen wirken kann.

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