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A. Kratky:
"Umformen von partiell mit Laserstrahlung behandeltem Halbzeug";
TU Wien/Fakultät für Maschinenwesen und Betriebswissenschaften, 2009.

In der Massivumformung ist die Bearbeitung von Werkstücken bei erhöhter Temperatur gängige Praxis. Das Umformvermögen von Werkstoffen wird durch deren Erwärmung verbessert. Bei der Blechumformung hingegen spielte die Warmumformung bisher in der Regel keine so große Rolle. In den letzten Jahren haben aber gestiegene Erwartungen an Produkte und deren Design zur Entwicklung einer Reihe neuer hochfester, schwer umformbarer Werkstoffe geführt. In den meisten Fällen soll durch den Einsatz dieser Werkstoffgüten ein geringeres Gewicht des Werkstücks bei gleichzeitig höherer Bauteilfestigkeit erzielt werden. Im kalten Zustand können diese neuen "hochfesten Werkstoffe" allerdings nur sehr schlecht umgeformt werden. Daher hat auch in der Gruppe der Blechumformverfahren die Warm- und Halbwarmumformung Einzug gehalten.

Laser und Laseranwendungen nehmen in der modernen Fertigungstechnik eine zentrale Rolle ein. Mit Hilfe von Laserquellen können Werkstoffe gehärtet, gefügt und getrennt werden.
Eine herausragende Eigenschaft des Lasers ist, dass die Prozessenergie kontaktlos in das Bauteil übertragen werden kann. Durch die hohe Intensität, die im Brennpunkt eines modernen Hochleistungslasers erreicht werden kann, können sehr hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten erzielt werden.

In den letzten Jahren ist zunehmend festzustellen, dass zu den "klassischen Laserverfahren" eine Reihe neuer "hybrider Fertigungsverfahren" hinzugekommen sind. So wird beispielsweise der Laserschweißprozess mit anderen Schweißverfahren kombiniert, um die positiven Eigenschaften der unterschiedlichen Prozesse optimal miteinander zu verbinden.

In der vorliegenden Arbeit werden verschiedene Verfahrenskombinationen von Laserstrahlung und Umformtechnik vorgestellt, die zu einem verbesserten Umformverhalten führen. Die lokal begrenzte Erwärmung von Bauteilen mit dem Laserstrahl wird dazu genutzt, die Umformeigenschaften des Werkstoffs nur in diesen Bereichen zu ändern. Je nach untersuchtem Verfahren und Werkstoff kann die Umformung bei erhöhter Bauteiltemperatur oder nach einer Wärmebehandlung im kalten Zustand stattfinden, wobei die Energie für die Formgebung durch eine Umformmaschine aufgebracht wird. Durch die mit Hilfe der Laserstrahlung lokal geänderten Werkstoffeigenschaften kann der Umformprozess beeinflusst werden. So kann bestimmt werden, aus welchem Werkstückbereich das Material in die Umformzone fließt.

Eine Reihe unterschiedlichster laserunterstützter Umformverfahren wurden bereits erfolgreich erprobt. So wurden beispielsweise folgende Umformverfahren an verschiedenen Forschungsstätten auf mögliche Verbesserungen durch Laserunterstützung untersucht: Drahtziehen, Walzprofilieren, Drücken, Freies Biegen, Scherschneiden, Tiefziehen, Mikroprägen und wirkmedienbasierte Umformung. Diese Verfahren stellen höchst unterschiedliche Anforderungen an die Lasererwärmung. So erfolgt etwa bei den Prozessen Drahtziehen, Walzprofilieren und Drücken die Umformung lokal an einer Stelle. Es reicht daher aus, den Laserstrahl bei einer Warm- oder Halbwarmumformung punktförmig unmittelbar vor der Umformzone zu positionieren, um eine Verbesserung der Umformeigenschaften zu erreichen. Bei den Verfahren "Freies Biegen" und "Scherschneiden" hingegen ist für eine Ve! rbesserung des Umformverhaltens eine linienförmige Erwärmung des Werkstücks erforderlich. Hier muss der Laserstrahl durch optische Elemente geeignet geformt oder über dem Werkstück bewegt werden. Beim Tiefziehen, dem Mikroprägen und der wirkmedienbasierten Umformung müssen flächenhafte Bauteilbereiche erwärmt werden. Auch hier muss eine geeignete Strahlformung durch optische Elemente oder aber eine Relativbewegung zwischen dem Laserstrahl und dem Bauteil für die erforderliche flächenhafte Erwärmung sorgen.

Die Auswirkungen der Laserunterstützung stellen sich bei den einzelnen Umformprozessen unterschiedlich dar: So wird beim ziehringlosen Drahtziehen die Umformzone durch die Geometrie der Erwärmung bestimmt. Dadurch stehen dem Verfahren neue Möglichkeiten offen. Beim Drücken und Walzprofilieren werden die Prozesskräfte durch die Laserstrahlerwärmung deutlich reduziert oder es werden "nicht umformbare" Werkstoffe derart duktil, sodass eine Umformung möglich wird. Die Haupteffekte des Lasereinsatzes beim freien Biegen sind neben dem Umformen von schwer umformbaren Werkstoffen eine Reduktion des Biegeradius und eine Verringerung der Rückfederung. Laserunterstütztes Scherschneiden ermöglicht es, den Glattschnittanteil deutlich zu erhöhen und die Lärmemissionen beim Umformvorgang zu verringern. Beim laserunterstützten Tiefziehen wiederum kan! n durch den Lasereinsatz das Ziehverhältnis gegenüber dem "kalten" Zug deutlich gesteigert werden. Beim Mikroprägen wird durch die Lasererwärmung der Formfüllungsgrad vergrößert. Bei der wirkmedienbasierten Umformung bewirkt die Laserunterstützung eine Reduktion des notwendigen Mediendrucks und damit können die Pressenkräfte reduziert werden.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass laserunterstützte Umformverfahren in einigen Bereichen bereits auf dem Weg aus den Labors hinein in industrielle Fertigungsprozesse sind. Laserunterstützte Umformung weist ein enormes Potential auf, Prozessfenster zu erweitern oder in Einzelfällen überhaupt erst zu öffnen. Es ist anzunehmen, dass in Zukunft noch weitere Umformverfahren durch Laserunterstützung maßgeblich beeinflusst werden können.

Laser, Tiefziehen, Innenhochdruckumformen, Drahtziehen, Walzprofilieren, inkrementelles Umformen, Drücken, Biegen, Scherschneiden, Mikroprägen,