Schmiedewerkzeuge Schmieden von Hinterschnitten erstmals ermöglicht

Ein Werkzeug, das bislang unmögliche Geometrien warm schmieden kann, stellt das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) bei der Hannover Messe vom 24. bis 28. April 2017 vor. Damit lassen sich bereits während des Schmiedens Hinterschnitte einbringen – beispielsweise die Kolbenbolzenbohrung bei Motorkolben.

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

G+K Umformtechnik GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

IPH Institut für integrierte Produktion Hannover gGmbH

Das Hinterschnittschmieden erleichtert die Nachbearbeitung, spart Material und senkt die Herstellungskosten. Dadurch wird die Verwendung von Kolben aus geschmiedetem Stahl wirtschaftlicher und die Kolben werden gleichzeitig belastbarer. Mit herkömmlichen Schmiedewerkzeugen ist es unmöglich, Hinterschnitte auszuformen, weil sich die Bauteile dann nicht mehr aus dem Werkzeug entnehmen lassen. Ein Beispiel ist die Bolzenbohrung bei Stahlkolben für Fahrzeugmotoren: Sie muss bisher nach dem Schmieden spanend hergestellt werden.

Bohrung bereits beim Schmieden vorformen

Mit dem neu entwickelten Schmiedewerkzeug des IPH lässt sich die Bohrung bereits während des Schmiedens vorformen. Das Werkzeug verfügt dazu über zwei bewegliche Stempel. Schließt sich das Gesenk, fahren die Stempel aus, pressen sich horizontal in den heißen Stahl und erzeugen so die Aussparungen für die Kolbenbolzen-Bohrung – eben die Hinterschnitte. Beim Öffnen des Gesenks fahren die Stempel wieder ein, sodass sich das Bauteil entnehmen lässt.

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Das Hinterschnittschmieden erleichtert die Nachbearbeitung erheblich, spart somit Zeit und reduziert insgesamt die Herstellungskosten. Hinzu kommt, dass etwa 5 % weniger Material und damit weniger Energie zur Erwärmung im Umformprozess vonnöten sind, wenn die Vorbohrung bereits während des Schmiedens eingebracht wird. Stahlkolben lassen sich künftig also nicht nur schneller und günstiger herstellen, sondern auch umweltfreundlicher.

Schmieden statt Zerspanen verbessert Bauteilqualität

Zudem könnte sich dank des neuen Schmiedeverfahrens auch die Bauteilqualität verbessern. Denn die spanende Bearbeitung unterbricht den Faserverlauf im Material, die Massivumformung nutzt ihn dagegen aus. Dadurch verringert sich die schädliche Kerbwirkung. Die Forscher vermuten, dass der Kolben dadurch belastbarer wird.

Wissenschaftler des IPH haben das Werkzeug mit Partnern aus der Industrie entwickelt. Die Technik basiert auf dem mehrdirektionalen Umformen, das das IPH seit fast zwanzig Jahren erforscht und für Kurbelwellen bereits zur Anwendungsreife gebracht hat. Im Forschungsprojekt Hinterschnittschmieden haben sich die Wissenschaftler zunächst auf Kolben aus hochfestem Stahl konzentriert, die in kleinen, spritsparenden Turbo-Motoren zum Einsatz kommen. Das Prinzip lässt sich jedoch auch auf viele weitere Bauteile übertragen.

IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover auf der Hannover Messe 2017: Halle 2, Stand 08 (Gemeinschaftsstand Niedersachsen)

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