Mit Massivumformung Bauteile ressourceneffizient herstellen

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Diese Entwicklung zielt ausdrücklich nicht darauf ab, eine Verzahnung zu schmieden, die direkt in den Härteprozess eingebracht werden kann. Es ist gedacht, dass diese vorgeschmiedete Verzahnung noch den üblichen Weichverzahnungsprozess durchläuft, damit die Einsatzhärtung und vor allem die Hartbearbeitung auf bekannten Bedingungen aufsetzen können.

Werkstoffeffizienz in der Gesamtkette ist entscheidend

Bei der Weichbearbeitung der Verzahnung ist allerdings deutlich weniger Werkstoff zu zerspanen, als beim üblichen rotationssymmetrischen Umformrohling ohne vorgeformte Verzahnung, der heute in einem Gesenkschmiede- oder Ringwalzprozess hergestellt wird. Damit steigt die Werkstoffeffizienz der Gesamtkette. Aus wirtschaftlicher Sicht kann noch erwähnt werden, dass je nach Typus des Weichbearbeitungsverfahrens die Zerspanhauptzeit deutlich reduziert werden kann. Zudem sinkt der Verschleiß pro weichbearbeitetem Bauteil, da das zu zerspanende Volumen ja abnimmt.

Abschließend kann also festgehalten werden, dass eine fortschrittliche Umformtechnologie die Erhöhung der Werkstoffeffizienz in der Umformung und gegebenenfalls folgenden Bearbeitung ermöglicht. Bei Vorhandensein der technologischen Kompetenz ist aber wiederum immer die Gesamtkostenlage das ausschlaggebende Kriterium für die Auswahl der Prozesskette, welches nicht immer die Fertigungsfolge mit der besten Werkstoffeffizienz sein muss.

Im Werkstoff versteckt befindet sich die Ressource Energie

Bei der Betrachtung der Werkstoffeffizienz kann natürlich als abschwächendes Gegenargument die Recyclingmöglichkeit von Stahl und Aluminium genannt werden. Allerdings erzeugt auch das Recycling Aufwände durch Handling, Transport und nicht zuletzt Energieverbräuche, sodass grundsätzlich möglichst werkstoffeffizient gearbeitet werden sollte. Im Werkstoff versteckt befindet sich die Ressource Energie, die bei der Werkstofferzeugung verbraucht wird. Aus diesem Grund muß bei Betrachtung der energetischen Ressourceneffizienz immer auch die Werkstoffeffizienz betrachtet werden.

Wie alle Fertigungsprozesse benötigen die Massivumformprozesse den Einsatz von Energie. Der einfache Schluss, dass die Abschnitte in der Kaltumformung nicht erhitzt werden müssen und deshalb die Kaltumformung der energieeffizienteste Umformvorgang sei, kann so einfach aber nicht gezogen werden. Die Prozessketten der jeweiligen Massivumformvorgänge müssen hier vollständig bilanziert werden, um zutreffende Aussagen zu erhalten. Nicht zuletzt muss auch die Werkstoffeffizienz betrachtet werden, da die zur Stahlherstellung verwendete Energie in diese Gesamtbilanz einbezogen werden muss.

Energieeinsatz in jeder Stufe der Prozesskette analysieren

Zu Beginn ist es also notwendig, die typischen Prozessketten der Kalt-, Halbwarm- und Warmumformung darzustellen und die in jeder Prozessstufe eingesetzte Energie zu betrachten. Bild 7 gibt eine Übersicht über die Prozessketten und den Energieeinsatz der einzelnen Prozessschritte.

Hierbei sind die eingeklammerten Vorgänge von der Kundenspezifikation und vom Werkstoff abhängig. So bilden Einsatzstähle bei der Abkühlung aus der Warm- oder Halbwarmumformwärme ein zum Teil bainitisches Gefüge aus, welches in der Regel für die Zerspanung unerwünscht ist, weshalb ein Isothermglühen zum Erreichen des ferritisch-perlitischen Zustandes zumeist notwendig ist. Einige Kundenvorschriften verlangen nach der Kaltumformung ein Rekristallisations- oder Isothermglühen, andere nicht. Hier sind also zerspantechnische Forderungen verantwortlich für den Energieeinsatz in der umformenden Prozesskette. Je nach Werkstoff oder Kundenanforderung kann somit eine Halbwarmumformung mit geringerem Energieeinsatz verbunden sein als eine Kaltumformung (der Energieeinsatz zur Erwärmung auf die Halbwarmumformtemperatur ist geringer als die zur Kaltumformung vorbereitende Glühung plus der Rekristallisations- oder Isothermglühung).

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