Härter als Stahl

Nur wenige Augenblicke genügen, schon hat der Kotflügel in der Autoschmiede seine schöne runde Form. Kotflügel, Tür, Dach und andere Autoteile entstehen am Fließband durch „Blechumformung“: Das Metall läuft von einer gewaltigen Rolle ab und wird über einen dreidimensionalen Stempel in eine entsprechend gestaltete Form, die Matrize, gepresst.

Das schnelle Verfahren, das die Produktion hoher Stückzahlen erlaubt, heißt Tiefziehen. Neuerdings stößt es an seine Grenzen: Bei vielen Blechteilen ersetzt hochfester Stahl die konventionellen Stahlwerkstoffe. Autobauer wollen damit Gewicht einsparen, um den Spritverbrauch zu senken. Mit hochfestem Stahl können sie Bauteile bei gleicher Festigkeit dünnwandiger und damit leichter herstellen.

Doch der hochfeste Stahl erschwert die Umformung. Die Matrize verschleißt bei der hohen Beanspruchung schneller als bei konventionellen Blechwerkstoffen. Das ist teuer, weil die Formen mit hoher Präzision – und damit sehr aufwändig – hergestellt werden müssen. Als Ausweg bietet sich an, den Werkzeugstahl dort, wo besonders hohe Kräfte wirken, durch Hochleistungskeramik zu ersetzen, die sehr viel härter ist als Stahl, kaum verschleißt und eine große Abriebsfestigkeit besitzt. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT hat zusammen mit Partnern aus Forschung und Praxis gezeigt, wie solche „keramische Hochleistungsformeinsätze“ hergestellt werden können. Die Ergebnisse des Projekts „KeraForm“ liegen jetzt vor.

Der Vorteil des Werkstoffs, seine große Härte, ist gleichzeitig sein Manko: Hochleistungskeramiken sind so hart, dass sie sich nur mit Diamant bearbeiten lassen. „Die komplexe Geometrie der Formeinsätze ist eine besondere Herausforderung“, sagt IPT-Projektkoordinator Andreas Weber. „Hier sind neue Bearbeitungstechnologien nötig.“ Die Fraunhofer-Crew hat drei herkömmliche Verfahren gefunden, die sich dafür prinzipiell eigenen, und für ihre Zwecke optimiert. Die besten Ergebnisse lieferte dabei das NC-Formschleifen. Dabei fährt ein kleiner, extrem schnell rotierender Schleifstift über die Keramik und bringt sie in die gewünschte Form.

Der Einsatz von keramikverstärkten Umformwerkzeugen lohnt vor allem, wenn große Stückzahlen produziert werden sollen. Die Erfahrungen aus dem Projekt will das Fraunhofer-Team nutzen, um weitere Anwendungsfelder für Hochleistungskeramik zu erschließen.