Mit Massivumformung Bauteile ressourceneffizient herstellen

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Am Bildschirm kann schon in der Konstruktionsphase der Werkstoffeinsatz bewertet und eine fehlerfreie Stadienfolge mit minimalem Werkstoffeinsatz entwickelt werden. Hier hilft zum Beispiel auch die Methode der Rückwärtssimulation: Dabei wird der Stoffflussvorgang mittels der Umform-FEM natürlich konventionell vorwärtsgerichtet simuliert. Anhand der Stoffflussdaten können nun aber im Ergebnis Gratbereiche markiert und rückwärts bis in die Vorform verfolgt werden, sodass eine gezielte Vorformoptimierung stattfinden kann.

Materialeinsparung lohnt sich auf automatisierten Anlagen fast immer

An handbedienten Anlagen muss gegengerechnet werden, ob gegebenenfalls die Erhöhung der Anzahl der Stadien (zur intensiveren Materialvorverteilung), die zu einer Erhöhung der Taktzeit und damit der Maschinenkosten am Produkt führen, durch die Einsparung des Werkstoffs kompensiert wird. Auf automatisierten Anlagen fällt diese Betrachtung in der Regel positiv für die Materialeinsparung aus, solange sich die Werkzeugkosten im Rahmen halten, die Maschine genügend Stufen für die benötigte Umformung bereitstellt und auch alle diese Stufen vollbelegt nicht die Maximalkraft der Maschine überschreiten.

Darüber hinaus bestimmt der Technologiestand auch bei weiteren Bauteilen das Verhältnis von Fertig- zu Einsatzgewicht. So werden einige Bauteile, je nach herstellender Unternehmung, gratlos oder mit Grat gefertigt (Bild 6). Deshalb finden sich auf dem Markt viele gratlos geschmiedete Radnaben (Bild 6a), aber durchaus auch Bauteile mit Grat, besonders dann, wenn die Außenform nicht rund ist und damit das Werkzeugfüllverhalten nicht ganz einfach ist. Rotationssymmetrische Wellen (Bild 6d) werden in vielen Firmen durch eine Umformung in Richtung der Längsachse durch Kalt- oder Halbwarmumformung hergestellt.

Umformverfahren ist entscheidend für die optimale Werkstoffausnutzung

Es sind aber durchaus auch Wellen am Markt, die durch Querwalzen hergestellt werden. Dabei entstehen während des Walzens unförmige Endstücke, die am Ende des Walzvorgangs abgetrennt werden. Zudem weisen quergewalzte Wellen ein größeres Zerspanaufmaß auf, sodass auch aufgrund der notwendigen Zerspanung eine geringere Werkstoffausnutzung erreicht wird. Des Weiteren werden solche Wellen auch liegend geschmiedet hergestellt. Hierbei entsteht einerseits ein Grat, andererseits sind auch hier die Aufmaße größer als bei der Kaltumformung. Beide Effekte verringern die Effizienz der Werkstoffnutzung.

Die Bauteile für die Gleichlaufgelenkwelle (Bild 6b und Bild 6c) können einerseits durch eine Kombination aus Halbwarm- und Kaltumformung mit vollständiger Werkstoffausnutzung hergestellt werden oder aber mit einem kleinen Grat. Letztere Vorgehensweise erfordert eine weniger aufwendige Umform- und Werkzeugtechnik wie auch eine geringere Volumenkonstanz der Abschnitte und ist deshalb als technologisch weniger entwickelt anzusehen. Rohlinge für das Festgelenk (Bild 6b) werden auch gerne als rein rotationssymmetrisches Bauteil ohne Innenkontur umgeformt, die dann zerspanend eingebracht wird. Auch hier verringert sich die Werkstoffausnutzung über die ganze Prozesskette.

Zerspanende Weiterbearbeitung vor Veränderung des Umformvorgangs beachten

Schließlich gibt es noch Bauteile, die zwar umformtechnisch auf ein Produkt mit geringerem Werkstoffeinsatz umgestellt werden können. Hierbei muß sich aber die zerspanende Weiterbearbeitung umstellen, um mit dieser umformtechnischen Weiterentwicklung zurechtzukommen. Als Beispiel dient ein Tellerrad, in dem schon beim Warmschmieden eine Verzahnung eingebracht wird.

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