18.11.2005

Schuler Soft-Shock für mehr Prozesssicherheit

Prozesssicheres Schneiden hochfester Bleche

Tolexpo/Paris - Der Einsatz hochfester Materialien gewinnt in der Automobilherstellung zunehmend an Bedeutung. Hintergrund sind die erhöhten Anforderungen an die passive Sicherheit der Fahrzeuge. Da gleichzeitig die Ausstattung der Automobile umfangreicher wird, suchen die Automobilhersteller nach Möglichkeiten, die Karosserie sicherer, d. h. steifer zu machen, ohne das Gewicht der Fahrzeuge zusätzlich zu erhöhen. Im automobilen Leichtbau kommen daher verstärkt hochfeste Materialien, die Zugfestigkeiten bis zu 2.000 MPa und darüber hinaus aufweisen, zum Einsatz. Sie stellen jedoch besondere Anforderungen an den Fertigungsprozess.

Geringerer Verschleiß – Höhere Qualität

Beim Schneiden von hochfestem Material auf herkömmlichen Pressen sind höhere Presskräfte erforderlich, die einzelnen Komponenten von Presse und Werkzeug werden zudem stärker belastet, was zu einem höheren Verschleiß und Qualitätseinbußen führt. Insbesondere der sogenannte Schnittschlag, also die plötzlich frei werdende Energie, wenn das Werkzeug am Ende des Schnittvorgangs durch das Material bricht, führt zu erheblichen Schwingungen und Auffederungen, die die Maschine stark in Mitleidenschaft ziehen. Mit dem Soft-Shock hat Schuler zusammen mit Volkswagen Kassel ein Verfahren zum Beschnitt von hochfestem Material entwickelt, das die Prozesssicherheit erhöht, Presse und Werkzeug schont sowie die Qualität des Schnittes verbessert.

Aufbau des Systems

Das System besteht aus einer mechanischen Komponente, die zwischen Werkzeug und Stößel angebracht wird. Im Gegensatz zu Schnittschlagdämpfungen, die im Pressenständer eingesetzt sind, fängt der Soft-Shock mit Hilfe von Jetconventilen die Durchbiegung von Pressentisch und -stößel in der Fläche und somit dort, wo sie entsteht, auf. Die frei werdende Energie wird gespeichert und gezielt in das Schwungrad der Presse zurückgeführt. Die Presskraft bleibt somit nahezu konstant. Die Steuerung der Jetconventile des Soft-Shocks übernimmt der Speedcommander, ein intelligentes Softwaremodul zur Ergänzung der Pressensteuerung. Er ermöglicht eine Reaktionszeit der Ventile von lediglich 0,5 bis 2 ms nach dem Durchbruch des Werkzeugs. Das Softwaremodul überwacht Drücke und Presskräfte und optimiert den Schneidprozess selbstlernend mittels Hüllkurventechnik.

Extrudierendes Schneiden

Zur weiteren Verbesserung der Schnittqualität hat Schuler zusammen mit Volkswagen Wolfsburg/Kassel das extrudierende Schneiden entwickelt. Das leichte Vorbiegen des Materials vor dem Schnitt ermöglicht sauberere Schnittflächen und gratfreie Schnittkanten. Gleichzeitig wird das Werkzeug geschont.

Beschnitt warmumgeformter Teile

Das Soft-Shock-System von Schuler wird derzeit für den Beschnitt warmumgeformter, hochfester Bleche eingesetzt. Im Gegensatz zur Kaltumformung von höher- und höchstfesten Stählen werden bei der Warmumformung (auch: Presshärten) die Bauteile erst durch die Erwärmung und das anschließende Abkühlen vergütet. Damit erreichen in diesem Verfahren Stähle mit einer Ausgangsfestigkeit von 500 bis 800 MPa nach Erhitzen, Umformen und Abkühlen Festigkeiten von 1.300 bis 1.700 MPa. Ungehärtet weisen diese Stähle geringere Festigkeiten und wesentlich bessere Umformeigenschaften auf. Durch das Presshärten erreichen diese Werkstoffe jedoch weitaus höhere Festigkeiten als höher- und höchstfeste Stähle. Gute Umformeigenschaften werden also mit hohen Festigkeiten verbunden.

Umformung im gekühlten Werkzeug

Das Erhitzen der Platinen erfolgt in Rollendurchlauföfen, die das Material auf ca. 950 °C erwärmen. Es können auch bereits vorgeformte Teile verarbeitet werden, die dann in speziellen Gestellen durch den Ofen transportiert werden. Ein Roboter oder ein spezielles Transfersystem, das aufgrund der Temperatur nicht mit Saugern, sondern mit Greifern ausgestattet ist, legt die Platine anschließend in die Presse ein. Diese Zuführung muss sehr schnell geschehen, um ein zu starkes Abkühlen und eine Zunderbildung der Platine zu verhindern. Der Umformprozess erfolgt dann mit einem wassergekühlten Werkzeug bei Presskräften zwischen 800 und 1.200 Tonnen und Umformgeschwindigkeiten von bis zu 300 Millimeter pro Sekunde. Um eine gute Formgenauigkeit und eine gleichmäßige Aushärtung des Bauteils zu sichern, bleibt das Teil nach der eigentlichen Umformung noch etwa acht bis zehn Sekunden unter Druck im geschlossenen und gekühlten Werkzeug. Dadurch senkt sich die Temperatur des Bauteils auf ca. 150° bis 200 °C ab.