Massivumformen Stoffflussverhalten und Werkzeugverschleiß beim gratlosen Präzisionsschmieden

Bei konventionell hergestellten Schmiedeteilen beträgt der Materialanteil des Grates ungefähr 30%. Dieser Anteil wird im konventionellen Fertigungsprozess als Überschuss eingesetzt, um eine vollständige Formfüllung zu gewährleisten. Die Fertigung von Schmiedeteilen zeigt somit ein erhebliches Potenzial zur Reduzierung von Energie- und Materialeinsatz.

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IPH Institut für integrierte Produktion Hannover gGmbH

Lloyd’s Register EMEA – Niederlassung Deutschland

Das Überschussmaterial gelangt nicht nur nach dem Abgraten direkt in den Schrott, sondern muss zuvor mit dem übrigen Material auf etwa 1450°C erwärmt werden, wie es bei der Warmumformung üblich ist [1]. Eine Möglichkeit, die Ressourceneffizienz bei der Herstellung von Massivumformteilen zu verbessern, ist der Einsatz des gratlosen Präzisionsschmiedens.

Vielfältige Vorteile durch Gratlosschmieden

Bei diesem Verfahren wird das Rohteil innerhalb eines geschlossenen Gesenkes durch eindringende Stempel ausgeformt (Bild 1 – siehe Bildergalerie). Die Relativbewegung des Stempels zum Schmiedegesenk wird dabei durch Tellerfederpakete (Bild 2) oder Gasdruckfedern ermöglicht.

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Mit dieser Technologie kann, im Gegensatz zum konventionellen, gratbehafteten Schmieden, praktisch ohne Materialüberschuss gearbeitet werden. Daraus ergeben sich durch die Verringerung von Einsatzmaterial und Energie enorme Einsparpotenziale.

Gratloses Präzisionsschmieden ermöglicht geringere Toleranzen

Zudem können beim gratlosen Präzisionsschmieden eine bessere Maßhaltigkeit, also höhere ISO-Toleranzklassen (zwischen IT 8 und IT 10), und eine hochwertigere Oberflächengüte erreicht werden, wodurch wiederum das erforderliche Aufmaß zur spanenden Bearbeitung von Funktionsflächen reduziert werden kann. Oftmals lassen sich sogar unmittelbar einsatzfähige Funktionsflächen erzeugen. Durch Wegfall der Abgratstufe ist zudem die Prozesskette verkürzt.

Ein weiterer Vorteil gratlos geschmiedeter Bauteile ist der ununterbrochene Faserverlauf des Materialgefüges (Bild 3). Bei konventionell geschmiedeten Bauteilen ist an der Scherfläche vom Abgraten eine Fasertrennung unvermeidbar. Der weitgehend geschlossene Faserverlauf gratlos geschmiedeter Bauteile lässt erhöhte dynamische Festigkeiten vermuten, ähnlich wie aus vergleichenden Untersuchungen von gespanten und konventionell geschmiedeten Bauteilen bekannt. Die Festigkeitsvorteile eines geschlossenen Faserverlaufes werden aktuell im Rahmen eines Forschungsprojektes am Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH (IPH) untersucht.

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