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Links Bodenreißer bei Ziehen ohne Lasererwärmung, rechts ohne Bruch mit Lasererwärmung. Beide Teile stammen aus der gleichen Stahlblechronde und wurden mit denselben Werkzeugen tiefgezogen.

Laser News: Biegen spröder Bleche

01.12.2018

Tiefziehen ohne Bruch mit Laserunterstützung.

Beim laserunterstützten Biegen von Blechteilen wird die Eigenschaft des Lasers, nur eine schmale Zone in der unmittelbaren Umgebung der Biegekante zu erwärmen und damit die Bruchdehnung zu erhöhen, genutzt. Dies erlaubt dann auch das Biegen spröder Materialien. Ganz ähnlich kann man die Lasererwärmung auch zur Unterstützung des Tiefziehens von Blechen nutzen, da auch dort zum Teil scharfe Büge auftreten, etwa bei Sicken oder Rippen zur Verstärkung und zur Vermeidung von Beulen bei Karosserieteilen oder auch am umgebördelten Rand solcher Teile. Auch bei der Herstellung schachtelförmiger Teile stellen die Kanten scharfe Büge dar.

Um dieses Verfahren zu erproben, wurden am Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik der TU Wien sowohl experimentelle wie theoretische Untersuchungen zur Laserunterstützung des Tiefziehens durchgeführt. Dabei wurde davon ausgegangen, dass der äußere Rand der Blechronde, der bis zuletzt zur Vollendung des Ziehvorgangs am Ziehring aufliegt, durch einen kreisförmig bewegten Laserstrahl erwärmt wird. Die rechnerische Beschreibung durch Berechnung der Temperaturverteilung durch Lösung der Wärmeleitungsgleichung zeigt dabei, dass mit zunehmender Erwärmung die Dehnung an der Grenze zwischen Zarge und Boden, die bei genügend hohem Ziehverhältnis und ohne Lasererwärmung die Bruchdehnung schnell erreicht, infolge der Steigerung der letzteren mit wachsender Temperatur nicht erreicht wird. Damit wurde gezeigt, dass das laserunterstützte Tiefziehen bei extremen Geometrien oder besonders spröden Werkstoffen eine wertvolle Erweiterung der Möglichkeiten der Umformtechnik darstellt.

Die experimentellen Untersuchungen wurden mit Stahlblechronden verschiedenen Durchmessers zur Realisierung verschiedener Ziehverhältnisse ausgeführt, wobei die letzteren an ihrer Außenseite mit einem Kohlendioxyd-Laser erwärmt wurden. Versuche mit kalten Ronden zeigten, dass bei den gegebenen Tiefziehwerkzeugen ein kritisches Ziehverhältnis gefunden werden kann, bei dem Bodenreißer zustande kommen. Diese konnten durch hinreichende Lasererwärmung in Übereinstimmung mit den rechnerischen Untersuchungen vermieden werden.

In der Praxis wird man heute natürlich Hochleistungsdioden-Laser direkt in die Umformgesenke einbauen und damit lokal die Bruchdehnung erhöhen, womit man auch bei scharfen Kanten Bruch vermeidet.

 

Autor/in:

DIETER SCHUÖCKER

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