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Massivumformung

Kaltmassivumformer wollen Umwelt schonen

| Redakteur: Dietmar Kuhn

Die Kaltmassivumformung ist vor allem der Herstellung von hochbelasteten Bauteilen in der Fahrzeugindustrie und großen Serien vorbehalten. Außerdem benötigen kaltmassiv geformte Teile weniger Material, lassen sich gut formen und zeigen eine hohe Konstanz in ihren Abmessungen. Das ist den Kaltmassivumformern nicht genug – sie wollen noch mehr Ressourcen sparen und damit die Umwelt entlasten.

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Der Fahrzeugbau und damit auch der Motorenbau sind erste Adressen für den Einsatz von kaltmassiv umgeformten Bauteilen – schwerpunktmäßig für die Steuerung und den Antriebsstrang.Bild: MAN
Der Fahrzeugbau und damit auch der Motorenbau sind erste Adressen für den Einsatz von kaltmassiv umgeformten Bauteilen – schwerpunktmäßig für die Steuerung und den Antriebsstrang.Bild: MAN
( Archiv: Vogel Business Media )

An Herausforderungen mangelt es den Kaltmassivumformern wahrlich nicht: Energiepreise, Stahlpreise, Umwelt-auflagen und der Preisdruck aus den Abnehmerindustrien haben die Kaltformer fest im Griff. Dazu kommt noch das permanente Ringen um den qualifizierten Nachwuchs.

Während des 23. Jahrestreffens der Kaltmassivumformer 2008 in Düsseldorf, das diesmal unter dem Motto „Ressourcen effizient nutzen“ stand, diskutierten die etwa 250 Teilnehmer über zwei Tage einige ihrer Probleme und auch mögliche Lösungen.

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Ein grundsätzliches Thema der Kaltmassivumformung scheint dabei die Schmier- und Beschichtungstechnik zu sein. „Die Aufgaben der Schmierung liegen in der Vermeidung von metallischem Kontakt zwischen Werkstück und Werkzeug. Sie dient dem Schutz der Werkzeuge und Bauteile vor Verschleiß, Verminderung der Reibung und damit auch des Kraft- und Energieaufwandes“, berichtet Tagungsleiter Prof. Dr.-Ing. Peter Groche, Leiter des Instituts für Produktionstechnik (PtU) der Technischen Universität Darmstadt.

In der Regel besteht ein Schmiersystem aus mehreren Komponenten, die üblicherweise getrennt aufgebracht werden. Eine optimale Wirkung kann dabei nur durch entsprechend aufeinander abgestimmte Einzelkomponenten erreicht werden. Die Auswahl des Schmiersystems richtet sich nach den jeweiligen tribologischen Prozessbedingungen, der Weiterverarbeitung der Werkstücke sowie nach den Kosten.

Neue Schmierstoffe schonen die Umwelt

In der Kaltmassivumformung weit verbreitet sind so genannte Zinkphosphatschichten, die gleichzeitig als Trenn- und Trägerschicht für den Flüssigschmierstoff dienen. Die jeweilige Qualität der Zinkphosphatschicht richtet sich nach der aufnehmbaren Schmierstoffmenge, der reaktiven Seifenumsetzung, der Minimierung der Maschinenverunreinigung sowie der chemischen Struktur.

Durch die zunehmende Bedeutung des Umweltschutzes und der globalen Wettbewerbssituation mit ihrem Kostendruck müssen die Fertigungsprozesse der Kaltmassivumformung unter diesen Kriterien geprüft und modifiziert werden. Dies hat offensichtlich Dipl.-Ing. Klaus-Dieter Nittel, Entwicklungsleiter Umformtechnik bei der Chemetall GmbH in Frankfurt, getan. Er zeigte in seinem Referat neue Beschichtungen und Trends beim Kaltfließpressen und Kaltstauchen auf.

Der Trend liegt demnach im Beschichtungssystem Polymere. Dies wird im Folgenden auch von Dipl.-Ing. Helmut Kuhn von der Saarstahl AG und vom Anwender Dipl.-Ing. Wolfgang Bächler, Abteilungsleiter Qualitätsprozesse Massivumformung der Thyssen-Krupp Technologie-Presta AG, bestätigt.

Polymere lösen Seifen und MoS2-Dispersionen als Schmierstoffe ab

Die heute noch üblichen Schmierstoffe zum Ziehen von Kaltstauchdraht und beim Kaltfließpressen sind Seifen und/oder MoS2-Dispersionen. „Diese Schmierstoffklassen“, sagt Nittel, „werden zunehmend abgelöst durch sehr dünne Schichten von Polymeren, die von Chemetall unter dem Namen Gardomer bereitgestellt werden.“ Damit sollen erkennbare Werkzeugstandzeiten, verlängerte Ölwechsel-Intervalle und wesentlich komplexere Bauteilgeometrien möglich sein.

Für Helmut Kuhn von der Saarstahl AG sind die Zinkphosphatierung und die Zinkcalciumphosphatierung immer noch die wichtigsten Konversionsschichten der Oberflächenbehandlung von Kaltstauchwalzdrähten zum Ziehen und für eine qualitativ hochwertige wirtschaftliche Massenfertigung von Kaltformteilen. Sein Anspruch jedoch lautet: „Zielsetzung eines optimalen Schmierstoffs ist die Fertigung eines höherwertigen Endproduktes, kombiniert mit einer Einsparung von Produktionsschritten und der damit verbundenen Kostenreduktion. Dies wurde bei uns durch den Verbund von Zinkphosphatierung und Zinkcalciumphosphatierung mit einer dünnen polymeren Beschichtung, Gardomer, erreicht.“

Dazu wurden bei Saarstahl umfangreiche Untersuchungen in Form von Großserienversuchen durchgeführt, und man stellte fest, dass es mit Unterstützung des Polymers gravierende Einsparmöglichkeiten gab. Im Ergebnis konnten zum Beispiel die Werkzeugkosten um zirka 50% und die Maschinenstillstandszeiten um etwa 30% gesenkt werden.

Weitere Vorteile sieht Kuhn im Verzicht auf Ziehpulver im Ziehsteinvorgeleg, in der geringen Verschmutzung der Werkzeuge, in den verlängerten Ölwechselintervallen, beim geringeren Energieverbrauch und in der Herstellung von Teilen mit langen Reduzierungen und komplexen Geometrien.

Polymer-Schmierstoffe für eine optimale Umformung

Neue Chancen in der Kaltmassivumformung und zur Optimierung der Prozesskette Umformung sieht auch Wolfgang Bächler von der TKT-Presta, durch den Einsatz von Polymer-Schmierstoffen.

„Bis vor wenigen Jahren haben wir primär auf MoS2 gesetzt, was natürlich Reinigungsaufgaben und eine höhere Belastung des Abwassers mit sich brachte. Die Behandlung mit Polymer ist wesentlich umweltfreundlicher und wirtschaftlicher“, sagt Bächler. Deshalb war die Zielsetzung bei TKT-Presta, die Polymerbehandlung auf das gesamte Teilespektrum des Automobilzulieferers auszudehnen.

Verständlich ist dieses Ziel, wenn man die Vorteile der Polymerbeschichtung kennt, die Bächler in den Bereichen Prozessablauf mit Verkürzung der Prozesskette, im umweltschonenden Aspekt mit dem Wegfall von Pressöl und der Substitution von MoS2, den Produktionsvorteilen mit geringeren Presskräften und in der Kosteneinsparung durch eine vereinfachte Prozesskette sieht.

„Allerdings“, so verrät Bächler, „sind doch einige Anpassungen an den Polymer-Schmierstoff zu realisieren.“ Einsparungs- und Optimierungspotenziale sind aber nur durch eine ganzheitliche Prozessbetrachtung möglich.

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