Massivumformen bietet auch bei kleinen Stückzahlen viele Vorteile

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Redaktionsbüro Klaus Vollrath

Abgesehen von der schlechten Materialnutzung ist das auch äußerst teuer. Schon ein kurzer Blick auf die Kostenanteile von Zerspanungsoperationen selbst vergleichsweise geringen Umfangs lässt erkennen, dass die Produktion von Spänen in gröβerem Umfang massiv ins Geld geht. Und mit Blick auf künftige Anforderungen bezüglich Energie- und Ressourceneffizienz lässt sich unschwer voraussagen, dass moderne Bearbeitungszentren, die Stromfresser der Extraklasse sind, Energiebilanz und CO₂-Ausstoß einer überwiegend spanenden Fertigung noch stärker belasten werden.

Massivumformen verbessert Werkstoffeigenschaften örtlich gezielt

Ein weiterer ganz wesentlicher Unterschied von durch Zerspanung hergestellten Teilen im Vergleich zu Schmiedeteilen liegt darin, dass bei Massivumformprozessen der Werkstoff in seinen Eigenschaften örtlich gezielt verbessert wird. Dies bewirkt Anisotropien der Eigenschaften im Bauteil ähnlich wie bei Komponenten aus Verbundwerkstoffen. Dabei gibt es unterschiedliche Wirkmechanismen, die sowohl vom Werkstoff als auch von der jeweiligen Prozessführung abhängen und teilweise miteinander kombiniert werden können.

An erster Stelle ist die durch die Umformung herbeigeführte Ausbildung einer Faserstruktur im Schmiedebauteil zu nennen. Ausgangspunkt sind die in den meisten niedriglegierten Stählen vorhandenen Ausscheidungen. Diese zunächst kompakten Strukturen werden durch die Umformung zeilenförmig gestreckt und bilden schließlich eine regelrechte Faserstruktur aus.

Die Kunst besteht hierbei darin, den Umformvorgang so zu steuern, dass die Orientierung dieser Fasern mit der Hauptbeanspruchungsrichtung des Bauteils übereinstimmt, und das auch bei Konturversprüngen. Das Ergebnis ist eine Verbesserung der dynamischen Festigkeit um bis zu 30%.

Massivumformen verfestigt kalten Stahl

Weiterer wichtiger Mechanismus ist die beim Umformen in kaltem Zustand eintretende Verfestigung des Stahls. Diese kann sowohl im gesamten Querschnitt als auch gezielt in oberflächennahen Bereichen des Bauteils herbeigeführt werden. Das Ergebnis sind deutlich erhöhte Werte für Zugfestigkeit, Streckgrenze und Härte. Häufig erfolgt eine Kaltumformung als letzter Prozessschritt nach vorangegangener Warmformgebung zur gezielten Eigenschaftsverbesserung.

Ein weiterer Prozesskniff ist die Oberflächenverfestigung durch Kugelstrahlen nach Abschluss der Warmumformung. Bei richtiger Wahl von Strahlgut und Behandlungsparametern wird die Oberfläche dadurch nicht nur gereinigt, sondern auch durch Kaltumformung verfestigt. Dabei werden Druckeigenspannungen aufgebaut.

Beides erhöht sowohl die Verschleißbeständigkeit als auch die dynamische Belastbarkeit. Für den Konstrukteur erhöht all dies die verfügbaren Freiheitsgrade bei der Konzeption neuer Produkte. Verfügbare Optionen sind Gewichtseinsparungen, der Einsatz kostengünstigerer Legierungen oder Entfall beziehungsweise zumindest weitgehende Verringerung abschlieβender Bearbeitungsgänge.

Manche Aufgaben können frästechnisch nicht gelöst werden

Beim Vergleich zwischen Umformung und Zerspanung ist zu berücksichtigen, dass sich der Zerspanungsaufwand von Fall zu Fall sehr stark unterscheiden kann, und manche Aufgabenstellungen sind von vornherein nicht mehr mit vertretbarem frästechnischem Aufwand zu bewältigen, wissen beispielsweise die Produktentwickler bei der Hirschvogel Automotive Group. Hierzu gehören beispielsweise Innenverzahnungen aller Art – insbesondere in Sacklöchern –, aber auch die als Hirth-Verzahnungen bekannten Stirnverzahnungen an Wellen.

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