Tagungen Massivumformer reagieren auf wichtige Trends

Bereits zum 32. Mal findet am 22. und 23. Februar in Düsseldorf das Jahrestreffen der Kaltmassivumformer statt, parallel dazu die 5. VDI-Fachtagung Warmmassivumformung. Auf beiden Veranstaltungen werden die Trends der jeweiligen Sparte dargestellt sowie Entwicklungen im Bereich Werkzeuge, Werkstoffe und Anlagentechnik.

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In der Kaltumformtechnik gibt es zahlreiche Anwendungen für Werkzeuge mit PVD/CVD-Schichten, zum Beispiel Verzahnungen.
In der Kaltumformtechnik gibt es zahlreiche Anwendungen für Werkzeuge mit PVD/CVD-Schichten, zum Beispiel Verzahnungen.
(Bild: Eifeler Werkzeuge GmbH)

Das Thema Industrie 4.0 und digitale Vernetzung ist einer der Schwerpunkte auf den beiden Umformtagungen. So wird Lukas Vey, Research Engineer bei der Kamax Automotive GmbH in Homberg (Ohm), über die Potenziale von vernetzten Prozessen sprechen, welche zur Schraubenproduktion nötig sind. „Durch die Digitalisierung und Vernetzung von Prozessen innerhalb der Massivumformung, werden Potenziale und Optimierungsmöglichkeiten eröffnet, welche bisweilen nicht vorhanden waren. Zusammenhängende Teilprozesse können durch bekannte Abhängigkeiten und Korrelationen optimiert werden, wodurch sich die Robustheit ganzheitlich erhöhen lässt“, erklärt Vey.

Möglichkeiten der Digitalisierung für mittelständische Werkzeugbauer

In seinem Vortrag wird er zum einen auf Möglichkeiten zur Sensorintegration in Massivumformprozesse eingehen, zum anderen wird er erläutern, welche Vernetzungschancen sich daraus ergeben. „Durch eine ganzheitliche Betrachtung der Wertschöpfungskette können bislang unbekannte Zusammenhänge zwischen Prozessschritten aufgezeigt werden. Dieses Wissen führt dazu, dass nachhaltig Fehler vermieden, eine Optimierung von vorgelagerten Prozessparametern durchgeführt und schlussendlich die Produktivität gesteigert werden könnten“, benennt Vey die möglichen Einsparpotenziale.

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Sich mit dem Thema Industrie 4.0 auseinanderzusetzen, erfordert einen gewissen Aufwand. Deshalb ist es gerade für kleine und mittelständische Unternehmen im Tagesgeschäft häufig schwierig, sich ausführlicher mit diesem Thema zu beschäftigen. In seinem Vortrag „Der Werkzeugbau und die Möglichkeiten mit Industrie 4.0“ wird Manuel Ludwig, Projektingenieur Forschung und Entwicklung bei der LS-Mechanik GmbH in Alsfeld, ausführen, warum es sich insbesondere in kleinen Unternehmen zukünftig lohnen kann, in den Bereich der Vernetzung und der Digitalisierung von Daten zu investieren. „Eine konsequente Vernetzung im Sinne von Industrie 4.0 kann aus der Sicht der LS-Mechanik langfristig zu Produktionszuwächsen führen. Besonders unternehmensinterne Prozesse und Abteilungen, wie zum Beispiel die Fertigung, die Logistik sowie das Qualitätsmanagement profitieren von den Entwicklungen im Bereich Industrie 4.0. Ein Manko vieler Unternehmen ist allerdings, dass es bislang an der Möglichkeit fehlt, Daten überhaupt erfassen und verarbeiten zu können. Auch hier möchte ich Anregungen geben, wie man diese Thematik zukünftig umsetzen kann“, gibt Ludwig einen Ausblick.

Hydraulische Pressen in der Kaltmassivumformung

In Zeiten der Massenfertigung, in denen servomechanische Schmiedepressen für höchste Stückzahlen nachgefragt werden, steht die Frage im Raum, ob hydraulische Pressen noch zeitgemäß sind. „In meinem Vortrag lege ich den Fokus auf hydraulische Schmiedepressen und zeige, dass diese nach wie vor eine Lösung für einen weiten Anwendungsbereich darstellen“, sagt Frank Pierro, Vertrieb Massivumformung bei der Schuler Pressen GmbH in Waghäusel. „Durch die Flexibilität einer hydraulischen Presse kann diese für nahezu alle Anwendungen eingesetzt werden. Das reicht vom mehrstufigen Kaltfließpressen bis zu den großen multifunktionalen Pressen für Freiform- und Gesenkschmiedestücke“, so Pierro weiter. Die Schuler-Technologie „Efficient Hydraulic Forming“ biete dabei je nach Anwendungsfall ein Einsparpotenzial von 20 bis zu 60 % gegenüber herkömmlichen Hydraulikantrieben.

Den massiven Leichtbau mit neuen smarten Prozessen realisieren

Die Potenziale des massiven Leichtbaus wird Dr.-Ing. Michael Marré, Leiter Entwicklung und Innovation bei der Felss Systems GmbH in Königsbach-Stein, am Beispiel der Prozesskette Rundkneten und Pressen aufzeigen. Die Hauptanwendungen des Verfahrens finden sich im Automobilbau. Rundkneten ist die Schlüsseltechnologie, um Hohlwellen einbaufertig herzustellen und wird in Verbindung mit dem Axialformen beispielsweise zur Herstellung von Steckverzahnungen verwendet. Dadurch entstehen Leichtbaukomponenten für Antriebsstrang, Motor, Getriebe und Lenkung.

„Durch die Verwendung von hohlen statt massiven Bauteilen wird nicht nur Material eingespart, was die Herstellkosten senkt, sondern das geringere Gewicht der Bauteile führt außerdem zu einem reduzierten Kraftstoffverbrauch. Zusätzlich sorgen Umformverfahren wie Rundkneten und das Axialformen dafür, dass bei der Herstellung der Bauteile kein Abfall anfällt und zusätzlich Ressourcen geschont werden“, so Marré zur Bedeutung des Themas.

„Eine Rotorwelle für Elektromotoren kann durch die Umformverfahren Rundkneten und Axialformen beispielsweise mit einem bis zu 50 % reduzierten Gewicht hergestellt werden. Bei Getriebewellen ist eine Einsparung von über 1,9 kg je Bauteil möglich“, benennt Marré denkbare Einsparpotenziale.

Kaltmassivumformwerkzeugen mit PVD/CVD-Schichten

Verschleißminimierung ist mit Blick auf die Lebensdauer der Umformwerkzeuge ein wichtiges Thema. „Der Nutzung von PVD/CVD-Schichten (Dünnschichten, die durch physikalische/chemische Gasphasenabscheidung entstehen) in der Kaltmassivumformung kommt aus wirtschaftlichen Gründen daher eine hohe Bedeutung zu. Die hohen Kontaktdrücke, welche zwischen Werkstück und Werkzeug während der Umformung auftreten, gehen einher mit hohen tribologischen Belastungen des Werkzeuges. Unter diesen Belastungen können die zur wirtschaftlichen Produktion notwendigen Standmengen der Werkzeuge oftmals nur erreicht werden, wenn der Verschleiß durch die Nutzung von PVD/CVD-basierten Hartstoffschichten entsprechend minimiert wird“, erklärt Daisy Opel, technische Anwendungsberatung und Verkauf bei der Eifeler Werkzeuge GmbH in Schnaittach.

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„Die Nutzung dieser Schichten in der Kaltmassivumformung ist ein effektives Mittel zum Vermindern von abrasivem oder adhäsivem Verschleiß sowie von Reibung. Des Weiteren kann ein Aufkleben und Aufschweißen der umgeformten Werkstoffe verhindert werden, wodurch die Wartungsintervalle der Werkzeuge vergrößert und Ausfallzeiten reduziert werden und somit die Wirtschaftlichkeit der Produktion maßgeblich gesteigert werden kann“, benennt sie die Vorteile der Hartstoffschichten.

Verfolgen wesentlicher Trends ist für Massivumformer wichtig

Tagungsleiter des Jahrestreffens der Kaltmassivumformer wird auch in diesem Jahr wieder Prof. Peter Groche sein, Leiter am Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen an der Technischen Universität Darmstadt.

Dr. Hendrik Schafstall, General Manager & CTO der Simufact Engineering GmbH, wird als Tagungsleiter durch die parallel stattfindende VDI-Fachtagung Warmmassivumformung führen. Für ihn ist es wichtig, dass die Teilnehmer einen guten Einblick in die Teilaspekte der Massivumformung erhalten und damit ein tiefergehendes Verständnis dafür. „Zu beiden Veranstaltungen werden Entwicklungstendenzen für die Herstellbarkeit aufgezeigt sowie Möglichkeiten, geforderte Bauteileigenschaften gezielt einzubringen. Ergänzend dazu werden verschiedene virtuelle Möglichkeiten erläutert, dies im Vorfeld vorherzusagen und zu optimieren“, so Schafstall vor der Veranstaltung. Das Wissensforum sei eine gute Plattform zur Weiterqualifizierung und fördere zudem den Gedankenaustausch untereinander, um langfristig zukunftsfähig sein zu können. Natürlich, so Schafstall, sei Industrie 4.0 nicht mehr zu stoppen, was eine frühzeitige Sensibilisierung und Auseinandersetzung mit dieser Thematik erfordere. Aber auch das Verfolgen weiterer Trends sei für die Massivumformer wichtig, so etwa die E-Mobilität, die additive Fertigung, die hybride Fertigung oder die Erhöhung der Vorhersagegenauigkeit durch virtuelle Abbildungen der komplexen Realität. Daraus ergebe sich eine Kombination von Fertigungsmöglichkeiten, welche letztendlich die Wirtschaftlichkeit und Effizienz verbessern.

Hybride Kombination aus Umformtechnik und generativer Fertigung

Ein Trend ist die additive Fertigungstechnik, die gerade ein starkes Wachstum erfährt. Der weltweite Umsatz ist von 1,7 Mrd. US-Dollar im Jahr 2011 auf 5,2 Mrd. Dollar im Jahr 2015 gestiegen und es wird ein Anstieg auf 26,5 Mrd. Dollar bis 2021 prognostiziert (Quelle: Wohlers Report 2016). Dabei zieht die additive Fertigung nicht nur eine Ergänzung der verfügbaren Fertigungstechnologien nach sich, sondern auch die Destruktion heute relevanter Industriezweige.

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Dr.-Ing. Sven Donisi, Geschäftsführer der Rosswag GmbH aus Pfinztal, sagt: „Durch die Möglichkeit, Bauteile endkonturnah und schichtweise zu fertigen, bietet beispielsweise das selektive Laserschmelzen die Chance, komplexe Geometrien umzusetzen, die mit konventionellen Fertigungsverfahren nicht oder nur sehr kosten- und zeitintensiv realisierbar sind. So können Gewichtseinsparungen und funktionsoptimierte Bauteilgeometrien innovativ umgesetzt werden. Weiterhin ist eine Kombination mit anderen Fertigungsverfahren möglich, wobei das Fertigen dieser hybriden Bauteile die jeweiligen Vorteile der eingesetzten Fertigungsverfahren erfährt und so zum Beispiel die Wirtschaftlichkeit der additiven Fertigung erhöht wird.“

Als Beispiel nennt Donisi den Schmiede-SLM-Hybrid Forge Brid von Rosswag. Dieser besteht aus einem geschmiedeten Ring und darauf additiv aufgebauten Schaufelgeometrien mit innenliegenden, oberflächennahen Kanalstrukturen. „Gegenüber einem konventionell gefertigten Impeller sinken die Fertigungskosten bei der hybriden Fertigung um bis zu 95 % und die benötigte Zeit im CNC-Bearbeitungszentrum sinkt um bis zu 90 %. Die Kanalstrukturen, die mittels konventioneller Fertigungsverfahren in der gezeigten Ausprägung nicht realisierbar wären, ermöglichen eine Grenzschichtbeeinflussung, die sich positiv auf die Turbulenzentwicklung an den Schaufeln auswirkt und somit den Wirkungsgrad erhöht“, definiert er das Einspar- und Optimierungspotenzial.

Produktentwicklung unter Zeit- und Optimierungsdruck

Die meisten Phänomene in der Massivumformung können heutzutage nachgebildet werden. Aufgrund des Zeitdrucks werden aber in der Industrie nicht alle Möglichkeiten angewendet. Zum einen sind nicht alle Disziplinen ausreichend verifiziert worden und zum anderen liegen oft extrem kurze Entwicklungszeiten vor. „Die Entwicklungstendenzen im Automobilbereich beeinflussen sehr stark die F&E der OEM-Zulieferer. Die erforderlichen Zeiten dafür und die dazu notwendigen Tools sind bei einer mittelständischen Firma nicht immer ausreichend vorhanden. Damit werden meistens Prioritäten gesetzt, die zu einer engen Zusammenarbeit mit den Kunden zwingen“, erklärt Dr.-Ing. Pablo Guel-López, Projekt Manager FEM in der Abteilung Technologie bei Linamar Seissenschmidt Forging in Plettenberg.

In seiner Präsentation wird er einen Überblick der aktuellen Umsetzung der Produktentwicklung in der Massivumformung bei der Seissenschmidt GmbH geben sowie deren wirtschaftliche Bedeutung darstellen.

„Da die Wirtschaftlichkeit immer im Vordergrund steht, sind die Entwickler aus Kostengründen zu Optimierungen gezwungen. Deshalb ist es erforderlich, ein Gleichgewicht zwischen Entwicklungskosten und Produktgewinn zu halten“, unterstreicht Guel-López die Bedeutung der Thematik.

Ob Kalt- oder Warmmassivumformung – für die Teilnehmer der jeweiligen Veranstaltung steht ein breites Portfolio unterschiedlicher thematischer Vorträge auf dem Programm. Zudem haben sie die Möglichkeit, über den eigenen Tellerrand zu blicken und die Parallelveranstaltung zu besuchen.

* Dipl.-Ing. Annedore Bose-Munde ist Fachredakteurin für Wirtschaft und Technik in 99094 Erfurt

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