Hydroforming: Technologie für komplexe Metallformen

Im Bereich der Kaltumformung von Metallen zeichnet sich das Hydroforming als eine der innovativsten Technologien für die Herstellung komplexer, dreidimensionaler und hochpräziser Formen aus.

Obwohl diese Technik noch nicht so verbreitet ist wie das herkömmliche Stanzen, findet sie zunehmend Anwendung in Bereichen, in denen geometrische Qualität, Materialstabilität und Nachhaltigkeit des Prozesses entscheidende Faktoren sind.

Man sollte jedoch nicht denken, dass das Hydroforming einfach nur eine Alternative zum herkömmlichen Tiefziehen ist. Tatsächlich handelt es sich um einen anderen Ansatz zur Verformung von Metall, da in diesem Fall hydraulischer Druck genutzt wird, um Ergebnisse zu erzielen, die mit traditionelleren Technologien nur schwer zu erreichen sind.

Was ist Hydroforming und was unterscheidet es vom Tiefziehen?

Hydroforming ist eine Kaltumformungstechnik, bei der eine Druckflüssigkeit verwendet wird, um ein flaches Blech in einer Form zu formen.

Im Gegensatz zum herkömmlichen Tiefziehen, bei dem die Verformung durch einen starren Stempel erzeugt wird, drückt hier die Flüssigkeit selbst das Material gegen die Matrize und verteilt die Kraft gleichmäßig.

Dieses Prinzip ermöglicht:

• komplexere Geometrien in einem einzigen Arbeitsgang,
• gleichmäßigere Dicken über die gesamte Oberfläche,
• eine deutliche Verringerung der inneren Spannungen und des Rückpralls.

Das Ergebnis ist ein stabileres Bauteil, das dem Entwurf besser entspricht und oft auch aus ästhetischer Sicht besser ist.

Die wichtigsten Vorteile des Hydroformings

Das wachsende Interesse am Hydroforming hängt mit einer Reihe von technischen und produktiven Vorteilen zusammen, die es für bestimmte industrielle Anwendungen besonders geeignet machen.

Höhere Präzision und Stabilität des Werkstücks

Die Verwendung von Druckflüssigkeit ermöglicht eine gleichmäßigere Verformung als bei herkömmlichen Techniken. Dies führt zu:

• weniger unerwünschten Verformungen,
• einer genaueren Toleranzkontrolle,
• einer Verringerung der Rückfederung des Materials.

In vielen Fällen können Ergebnisse, die beim herkömmlichen Tiefziehen mehrere Schritte erfordern würden, mit einem einzigen Hydroforming-Zyklus erzielt werden.

Kürzere Zeiten für die Herstellung der Formen

Das Hydroforming verwendet einfachere Formen: eine einzige Matrize, eine Auflagefläche und ein Dichtungssystem für die Flüssigkeit. Diese Konfiguration ermöglicht:

• geringere Kosten für die Herstellung der Form,
• kürzere Lieferzeiten für die ersten Muster,
• größere Flexibilität in der Produktentwicklungsphase.

Ein nachhaltigerer Prozess

Das Hydroformen zeichnet sich auch durch seine Umweltfreundlichkeit aus. Im Gegensatz zum herkömmlichen Tiefziehen sind keine strukturierten Schmieröle erforderlich, die potenziell schädliche Substanzen wie Chlor oder Schwefelderivate enthalten.

Bei diesem Verfahren wird in der Regel ein emulgierbares Öl verwendet, das nach dem Umformen leicht zu entfernen ist, wodurch der Bedarf an intensiven Waschvorgängen, chemischen Reinigungsmitteln und hohem Energieverbrauch reduziert wird. Dies macht das Hydroforming zu einer Wahl, die besser mit einer auf Nachhaltigkeit ausgerichteten Industriepolitik vereinbar ist.

Anpassungsfähigkeit an verschiedene Materialien

Ein weiterer Vorteil ist die Vielseitigkeit hinsichtlich der Materialien. Das Hydroforming kann auf eine Vielzahl von Metallen angewendet werden, die in der Kaltumformung Industrie häufig verwendet werden, darunter:

• Edelstahl,
• Eisenwerkstoffe,
• feuerverzinkte und vorlackierte Werkstoffe,
• Aluminium,
• Kupfer.

Diese Anpassungsfähigkeit ermöglicht es, denselben Prozess in sehr unterschiedlichen Branchen und Anwendungen einzusetzen.

Wie läuft der Hydroformungsprozess von Blechen ab?

Die Schritte, die den Hydroformungsprozess von Blechen charakterisieren, sind klar definiert, um wiederholbare und qualitativ hochwertige Ergebnisse zu gewährleisten.

Das flache Blech wird zunächst auf die Formfläche gelegt. Anschließend klemmt die Matrize, die auf der beweglichen Ebene der Presse montiert ist, das Blech ein und bildet eine geschlossene Kammer. Nun wird die Flüssigkeit durch eine Öffnung in der Formfläche und unterhalb des Blechs unter Druck gesetzt. Der Druck der Flüssigkeit bläst das Blech auf, bis es nach und nach gegen die Wände der Matrize gedrückt wird und so die gewünschte Form erhält.

Nach Abschluss der Formgebung wird die Flüssigkeit abgelassen, die Presse öffnet sich und das Werkstück kann entnommen werden. Der Prozess ist zwar scheinbar einfach, erfordert jedoch eine sehr genaue Kontrolle der Druckparameter, sowohl der Flüssigkeit, die das Werkstück formt, als auch des Öls im Presszylinder, der die Form geschlossen halten muss. Gleichzeitig muss die Schließkraft das Material in die Matrize fließen lassen, um Brüche und Quetschungen zu vermeiden.

Auch beim Hydroforming ist wie beim herkömmlichen Tiefziehen eine sorgfältige Kontrolle der chemischen und mechanischen Eigenschaften des Materials erforderlich.

Hydroforming von Blechen: wann es sich wirklich lohnt

Das Hydroforming von Blechen ist besonders vorteilhaft, wenn:

• komplexe dreidimensionale Formen erforderlich sind,
• eine gleichmäßige Dicke beibehalten werden muss,
• innere Spannungen des Materials und die elastische Rückstellung reduziert werden müssen
• die Form in kurzer Zeit und zu geringen Kosten hergestellt werden muss
• das ästhetische Erscheinungsbild des Werkstücks wichtig ist,
• nachfolgende Endbearbeitungsschritte reduziert werden sollen

Diese Lösung wird besonders wettbewerbsfähig, wenn die Qualität des Endergebnisses eine unverzichtbare Voraussetzung ist.

Hydroforming der am häufigsten verwendeten Materialien

Hydroforming von Edelstahl

Edelstahl ist eines der Materialien, die am meisten vom Hydroforming profitieren. Der hydraulische Druck verursacht keine Kratzer oder Spuren auf der Oberfläche, wodurch die Ästhetik des Materials erhalten bleibt und Oberflächenfehler reduziert werden.

Aus diesem Grund wird die Hydroformung von Edelstahl häufig in Bereichen wie Elektromechanik, Elektromedizin, Haushaltsgeräte, Chemie und Pharmazie eingesetzt, wo hohe Qualitäts- und Sauberkeitsstandards gefordert sind.

Hydroformung von Aluminium

Auch Aluminium eignet sich besonders gut für dieses Verfahren. Durch Hydroforming lassen sich leichte, aber widerstandsfähige Bauteile mit komplexen Geometrien und hochwertigen Oberflächen herstellen.

Branchen wie Elektromedizin, Elektromechanik, professionelle Beleuchtung und Luft- und Raumfahrt nutzen das Hydroforming von Aluminium, um Bauteile herzustellen, die Leichtigkeit, Präzision und strukturelle Zuverlässigkeit vereinen müssen.

Hydroforming als Teil eines fortschrittlichen industriellen Ansatzes

Über die einzelne Bearbeitung hinaus ist das Hydroforming ein Beispiel dafür, wie fortschrittliche Umformtechnologien in effizientere Produktionsmodelle integriert werden können. Im Sinne einer schlanken Fertigung reduziert die Konzentration mehrerer Bearbeitungsschritte in derselben Abteilung unnötige Bewegungen, Wartezeiten und das Risiko einer Beschädigung der Halbzeuge.

In Verbindung mit nachfolgenden Prozessen – wie dem 3D-Laserschneiden zur endgültigen Definition der Geometrie – wird das Hydroforming zu einem äußerst leistungsstarken Werkzeug für die Herstellung komplexer und kundenspezifischer Komponenten.