Schmieden Effiziente Herstellung von Hinterschnitten ermöglicht

Hochbelastete Fahrwerks- und Motorenteile werden meist geschmiedet. Ein Hauptkostenpunkt bei der Bauteilfertigung liegt in der spanenden Weiterbearbeitung. Ein neuartiges, voll funktionsfähiges Schmiedewerkzeug soll künftig dazu beitragen, dass Stahlkolben mit Hinterschnitten effizient hergestellt werden können.

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Nach dem Schmieden liegt ein Hauptkostenfaktor in der Wertschöpfungskette in der spanenden Bearbeitung. Dieser Prozess ist aufwendig, teuer und es wird häufig ein großer Materialanteil zerspant. Deshalb ist das mögliche Einsparpotenzial besonders bei Bauteilen, die in hohen Stückzahlen gefertigt werden, sehr hoch, beispielsweise bei Kolben oder Kurbelwellen. Hier setzt ein Projekt an, an welchem das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) derzeit gemeinsam mit neun Unternehmen arbeitet. Der Titel: „Einbringung von Hinterschnitten in hochbelastete Bauteile durch mehrdirektionales Schmieden am Beispiel von Stahlkolben“. Mit im Boot sind Stahlproduzenten, Schmiedeunternehmen und Kolbenhersteller.

Forscher wollen Schmieden mit Einbringen von Hinterschnitten auf Industrieniveau heben

Dipl.-Ing. Jan Langner, Projektingenieur am IPH, ist Koordinator und Sprecher des Forschungsprojektes. Er erläutert, was genau erreicht werden soll: „In diesem Projekt soll ein Schmiedeprozess entwickelt werden, der das Einbringen von Hinterschnitten auf industriellem Niveau ermöglicht. Als Beispielbauteil verwenden wir einen Stahlkolben, bei dem die Kolbenbolzenbohrungen durch einen mehrdirektionalen Umformprozess voreingebracht werden.“

Während bei manchen Prozessen die Bohrungen in der Umformrichtung liegen und somit im Prozess einfach eingebracht werden können, liegen sie bei Kolben quer zur Umformrichtung. Um genau diese Hinterschnitte geht es im Forschungsprojekt. „Durch das Voreinbringen von Hinterschnitten können Massivumformprozesse und die nachfolgenden spanenden Bearbeitungsschritte material- und damit kosteneffizienter gestaltet werden“, erklärt Langner. „Dies trägt dazu bei, Energie und CO₂ einzusparen. Außerdem lässt sich das Verfahren bei erfolgreicher Anwendung auch auf andere Bauteile mit Bohrungen übertragen, wie etwa Querlenker oder Gelenke.“

Neue industriell nutzbare Lösung für Kolbenbohrungen

Die Einbringung eines Hinterschnittes ermöglicht eine Materialeinsparung und die Reduzierung der spanenden Bearbeitung. Mit konventionellen, eindirektionalen Werkzeugen ist dies jedoch nicht möglich. Verschiedene Möglichkeiten, Hinterschnitte einzubringen, wurden bereits akademisch vereinzelt untersucht und haben sich als machbar erwiesen. Jetzt geht es darum, eine industriell nutzbare Lösung zu entwickeln, um Hinterschnitte für Bohrungen effektiv einzubringen.

Die Mitstreiter im Forschungsprojekt entwickeln nun einen mehrdirektionalen Umformprozess, der die Einbringen von hinterschnittenen Bohrungen erlaubt. Dazu müssen wesentliche Prozessparameter bestimmt werden. Außerdem sollen Anwendungsgrenzen aufgezeigt und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beurteilt werden.

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