Rundkneten als flexibles Umformverfahren

Durch die Weiterentwicklung des Verfahrens und der Maschinentechnik kann das Rundkneten heute bei einer Vielzahl von Anwendungsfällen wirtschaftlich eingesetzt werden. Die Verfahrensvorteile gewinnen...

Anbieter zum Thema

Aachener Maschinenbau GmbH

Weil Technology GmbH

trivid GmbH

Durch die Weiterentwicklung des Verfahrens und der Maschinentechnik kann das Rundkneten heute bei einer Vielzahl von Anwendungsfällen wirtschaftlich eingesetzt werden. Die Verfahrensvorteile gewinnen durch aktuelle Entwicklungen in der Umwelt- und Entsorgungspolitik zunehmend an Bedeutung und verbessern die Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu konkurrierenden spanenden Fertigungsmethoden wie beispielsweise Drehen.Nach DIN 8583 ist Rundkneten ein Freiformen zur Querschnittsverringerung an Stäben und Rohren aus Metall mit zwei oder mehreren Werkzeugsegmenten, die den zu vermindernden Querschnitt ganz oder teilweise umschließen, gleichzeitig radial wirken und relativ zum Werkstück umlaufen. Unterschieden wird zwischen dem Vorschubverfahren zur Erzeugung langer reduzierter Querschnitte mit flachem Übergangskonus (Bild 1a) und dem Einstechverfahren zur örtlichen Querschnittsverminderung beziehungsweise zur Erzeugung steiler Übergänge (Bild 1b). Beispiele einiger wesentlicher Formgebungsmöglichkeiten sind in Bild 2 dargestellt.Neben allen Vorzügen der Kaltumformung, wie beispielsweise kurze Bearbeitungszeit, günstiger Faserverlauf, enge Toleranzen und glatte Oberflächen, bietet das Verfahren in vielen Fällen beachtliches Potential für Material- und Gewichtsersparnisse. Je nach Querschnittsabnahme und Verfestigungsverhalten des Werkstoffes werden durch Kaltverfestigung entsprechende Steigerungen der Zugfestigkeit erreicht. Dies ermöglicht einerseits den Einsatz kostengünstiger Werkstoffe mit geringerer Ausgangsfestigkeit, andererseits aber häufig auch eine schwächere Dimensionierung der Werkstücke und somit die Verringerung des Materialeinsatzgewichtes.Weiterhin kann in der Regel eine erhebliche Materialersparnis realisiert werden, wenn das Rundkneten spanende Fertigungsmethoden ersetzt, da bei massiven Stäben eine Verringerung des Außendurchmessers zu einer Verlängerung des Werkstücks führt. Somit werden Späne und damit deren Entsorgung vermieden, was unter wirtschaftlichen wie ökologischen Gesichtspunkten gleichermaßen von Bedeutung ist.Gewichtsreduzierung durch den Einsatz von RohrwerkstückenDas Potential zur Gewichtsersparnis resultiert vor allem aber auch aus der Tatsache, dass von massivem Ausgangsmaterial auf Rohr gewechselt oder bei Rohren eine gezielte Wandstärkenumverteilung (Dick-Dünn-Rohr) vorgenommen werden kann. Die Tatsache, dass im Rundknetverfahren auch Einstiche in der Werkstückmitte vorgenommen werden können, ist bei der Umstellung von Vollmaterial auf Rohr ein entscheidender Vorteil. Somit können an rohrförmigen Werkstücken Geometrien erzeugt werden, die durch Drehen nicht oder nur mit einer erheblichen Schwächung des Werkstücks hergestellt werden können.Sämtliche Werkstoffe sind zum Rundkneten geeignet, sofern die Bruchdehnung A5>8% ist. Bei Stahl reicht die Palette von unlegierten und legierten Baustählen bis zu den Automaten- und Werkzeugstählen. Im Bereich der Nichteisenmetalle lassen sich zum Beispiel Aluminium, Messing, Kupfer, Bronze, Magnesium, aber auch Nickel, Wolfram, Titan, und deren Legierungen sehr gut durch das Rundkneten umformen. Gerade beim Einsatz teurer Werkstoffe, wie nichtrostende Stähle, Aluminium oder Titan kann das Rundkneten aufgrund minimiertem Werkstoffeinsatzes zu erheblichen Kosteneinsparungen führen.Mit der Weiterentwicklung des Verfahrens und der Maschinentechnik wurden immer neue Anwendungen entdeckt, bei denen das Rundkneten wirtschaftlich eingesetzt werden kann. So kommt das Verfahren bei der Fertigung einer Vielzahl von Teilen in der Automobilindustrie, aber auch in der optischen Industrie, im Bereich Medizintechnik und Elektronik sowie der Heizungs-, Sanitär- und Klimatechnik wirtschaftlich zur Anwendung. Die im Folgenden detailliert geschilderten Bearbeitungsaufgaben können deshalb nur einen kleinen Ausschnitt der Fertigungsmöglichkeiten des Rundknetens näher beleuchten.Rundkneten von Teilen mit VollquerschnittBei dem in Bild 3 gezeigten Werkstück handelt es sich um eine Ventilnadel, die im Sanitärbereich eingesetzt wird. Die Nadel wird aus Edelstahl hergestellt und ausgehend vom Coil zunächst abgeschert und dann in vier Rundknetoperationen komplett gefertigt. Mit einem reduzierten Durchmesser von 1 mm liegt dieses Werkstück am unteren Ende des für das Rundkneten geeigneten Arbeitsbereiches.Ein minimierter Späneanfall und somit erhebliche Materialeinsparungen sind die wesentlichen Verfahrensvorteile bei der Herstellung der in Bild 4 gezeigten Anlasserwelle. Vergleicht man Rohteil- und Fertigteillänge, so wird deutlich, dass durch die Materialumverteilung beim Rundkneten ein Längenwachstum von mehr als 40% erzielt wurde. Mit anderen Worten ist der Materialeinsatz beim Rundkneten also um 40% geringer als bei komplett spanender Bearbeitung. Diese bedeutende Materialersparnis rechtfertigt den Einsatz des Rundknetens, obwohl aufgrund der 90°-Schultern auf eine spanende Weiterbearbeitung der rundgekneteten Geometrien nicht verzichtet werden kann. Die Herstellung von rechtwinkligen Übergängen, wie sie bei der konstruktiven Auslegung von Drehteilen in der Regel vorgesehen werden, ist beim Rundkneten häufig nicht möglich. Profilierbar sind nicht nur Außendurchmesser an Rohren oder Massivmaterial. Wird während der Bearbeitung des Außendurchmessers von Werkstücken aus Rohr ein Dorn in den Bearbeitungsbereich gestellt, so können beispielsweise unrunde Innenprofile (Drei-, Vier-, Sechskant, Zweiflach) sowie hochpräzise Innenverzahnungen (Kerb- oder Evolventenverzahnungen, Kugelrollbahnen) eingebracht werden. Diese Möglichkeit wird am Beispiel einer Lenkwelle für Pkw verdeutlicht (Bild 5). Dieses Werkstück wird aus Aluminium in Serienproduktion hergestellt. Zur Herstellung des Fertigteils werden 7 Arbeitsgänge benötigt: - drei Rundknetoperationen,- Verzahnungspressen zum Aufbringen der Außenverzahnung,- Gewindewalzen,- zwei Drehoperationen, mit Hilfe derer die Nuten am linken und rechten Werkstückende aufgebracht werden und das Werkstück auf exakte Länge gedreht wird.Werden all diese Operationen auf ein-er vollautomatischen Transferanlage ausgeführt, kann diese Lenkwelle mit einer Taktzeit von 15 Sekunden komplett hergestellt werden. Eine Gewichtseinsparung ergab sich hier durch die Wahl des Materials, wobei Ausgangsdurchmesser und Wandstärke im Vergleich zu einem korrespondierenden Stahlteil nur unwesentlich vergrößert werden muss-ten.Hohe Umformgrade können mit Rundkneten realisiert werdenAm Beispiel einer hohlen Stoßdämp-ferkolbenstange aus St 52 können zwei weitere Optionen des Rundknetens genannt werden: das Verschließen von Werkstücken aus Rohr sowie das formschlüssige Fügen von Teilen. Aufgabenstellung des Kunden war es, das linke Werkstückende druckdicht zu verschließen (Prüfdruck 300 bar). Bei entsprechend gewählter Ausgangswandstärke sowie einem entsprechenden Umformgrad ist das beim Rundkneten erzielte Wachstum der Wandstärke ausreichend groß, um das Werkstück komplett zu schließen. Die verbleibende Bruchdehnung des Zapfens nach dem Rundkneten ist noch ausreichend, um problemlos ein Außengewinde aufzuformen. Generell können durch Rundkneten in einem oder mehreren Arbeitsgängen vergleichsweise hohe Umformgrade realisiert werden, ohne dass hieraus die Notwendigkeit des Zwischenglühens entsteht. Reicht das vorhandene Material bei vorgegebenem Reduzierdurchmesser und vorgegebener Wandstärke nicht aus, um das Rohr zu verschließen, so kann im entsprechenden Bereich während des Rundknetens ein Draht eingestellt werden, der formschlüssig umschlossen wird. Die erzielbare Gewichtsreduzierung ist auch bei diesem Werkstück enorm: Das fertige Massivteil hat ein Gewicht von etwa 1,33 kg, das rundgeknetete Werkstück wiegt hingegen nur 0,675 kg. Es ergibt sich also eine Gewichts- und Materialeinsparung von 50 %.Rundkneten bietet Formgebungsmöglichkeiten, die mit anderen umformenden Fertigungsverfahren kaum oder nur mit höherem Aufwand zu erreichen sind. Beispiele dafür sind die Herstellung von überwiegend symmetrischen - jedoch nicht zwingend runden - Reduzierungen an Rohren, Stäben und Drähten entweder am Werkstückende oder in Form von Einstichen in der Mittelpartie des Werkstücks. Neben der Herstellung von zylindrischen und konischen Bohrungen mit hervorragender Maßhaltigkeit und Oberflächengüte sowie von komplexen Innenprofilen durch Verwendung von Dornen als Werkzeug kann die Wandstärke der Werkstücke in weniger beanspruchten Bereichen auch gezielt reduziert werden.Die durch Rundkneten bearbeiteten Werkstückbereiche zeichnen sich durch minimale Kerbwirkung der glatten Oberflächen aus. Rundkneten führt wie jede andere Kaltumformung zur Kaltverfestigung und zu erhöhter Druckeigenspannung im Werkstück. Kurze Bearbeitungszeiten und hohe Werkzeugstandzeiten sind kennzeichnend für das Verfahren. Die Formgebungsmöglichkeiten ermöglichen eine Gewichtsoptimierung am Werkstück und in vielen Fällen eine Verringerung der Material- und Entsorgungskosten.