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Schmiedetechnik

Forscher wollen mit inhomogener Erwärmung den Schmiedeprozess verkürzen

| Redakteur: Rebecca Vogt

Ein neues Verfahren soll zukünftig dafür sorgen, dass komplexe Vorformoperationen sich deutlich einfacher gestalten oder sogar ganz überflüssig werden. Wissenschaftler des Instituts für Integrierte Produktion Hannover (IPH) wollen damit den Schmiedeprozess verkürzen und ihn gleichzeitig ressourcen- und energieeffizienter machen.

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Vorformoperationen bringen die Masse dorthin, wo sie später gebraucht wird. In Zukunft soll das nach einem Vorhaben des IPH auch durch inhomogene Erwärmung möglich sein.
Vorformoperationen bringen die Masse dorthin, wo sie später gebraucht wird. In Zukunft soll das nach einem Vorhaben des IPH auch durch inhomogene Erwärmung möglich sein.
( Bild: Ralf Büchler/IPH )

Vorformoperationen werden eingesetzt, um die Massenverteilung eines Rohteils dem gewünschten Schmiedeteil anzunähern. Auf diese Weise sollen Gratanteil sowie Gesenkverschleiß verringert werden. Ein geringerer Gratanteil führt zu niedrigeren Material- und Energiekosten. Ein geringerer Gesenkverschleiß wiederum reduziert die Produktionskosten und erhöht gleichzeitig die Prozessstabilität. Mit dem neuen Verfahren, das Wissenschaftler aktuell am IPH erforschen, sollen solche Vorformoperationen in Zukunft verkürzt oder auch gänzlich eingespart werden können, heißt es von dort.

Vergleichbare Ergebnisse waren bisher auch durch das Vorformen im Gesenk oder durch Querkeilwalzen zu erzielen, wie die Forscher mitteilen. Das Gesenkschmieden könne unter Umständen günstiger sein. Es setze aber beim Vorformen im geschlossenen Gesenk eine aufwendige Auslegung voraus oder verursache beim Vorformen im offenen Gesenk einen hohen Gratanteil. Querkeilwalzen hingegen verursache weniger Grat, sei jedoch sehr viel teurer und lohne sich deshalb erst ab einer großen Stückzahl. Das mache es vor allem für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) unattraktiv, so die Wissenschaftler.

Effekt der inhomogenen Erwärmung wird erforscht

Am IPH untersucht man daher nun einen alternativen Weg. Das Rohteil wird durch Induktion inhomogen erwärmt und anschließend gestaucht. So soll die Massenverteilung dem Bauteil angenähert werden. Nach eigener Aussage wollen die Wissenschaftler untersuchen, welchen Effekt die inhomogene Erwärmung von Rohteilen auf die nachfolgenden Schritte der Schmiedeprozesskette hat. „Die Vorversuche zeigen in eine vielversprechende Richtung“, berichtet Arne Jagodzinski, Projektingenieur am IPH. „In ein paar Jahren wird daraus eine industriereife Fertigungsmethode.“

Induktion wird bereits seit langem im Schmiedeprozess eingesetzt. Jedoch nutzt man sie bislang nur zur homogenen oder auch zur partiellen Erwärmung von Bauteilen. Die Besonderheit an dem neuen Verfahren, das am IPH entwickelt wird, sei die Verwendung von inhomogener Erwärmung. Dabei wird das Rohteil insgesamt erwärmt – manche Bereiche allerdings auf beispielsweise 900 °C, andere wiederum auf 1.250 °C. Beim Stauchen könne so im wärmeren Bereich mehr Masse kumuliert werden als in den kälteren Bereichen. Besonders interessant ist für die Wissenschaftler am IPH dabei zunächst der Übergangsbereich zwischen den warmen und den weniger warmen Zonen. Wie groß und wie stabil ist dieser – und wie lässt er sich einstellen?

Vorversuche, Modellentwicklung, Praxistest

In Vorversuchen wollen die Wissenschaftler dazu Kennzahlen ermitteln, die den Übergangsbereich charakterisieren. Auf diese Weise sollen Parameter bestimmt werden, die es ihnen später in der Praxis erlauben, den Übergangsbereich möglichst genau einzustellen. Idealerweise ist dieser stabil, klein und weist einen großen Temperatursprung auf. Den Forschern zufolge kann es aber beispielsweise zu Problemen kommen, wenn sich die unterschiedlich warmen Bereiche einander zu schnell annähern und keine klare Trennung zwischen den Zonen aufrechterhalten werden kann. Anhand eines Common-Rails – einem Bauteil aus der Kraftstoffeinspritzung eines Verbrennungsmotors – wollen die Wissenschaftler testen, wie sich ein inhomogen erwärmtes Gefüge beim Schmieden verhält. Später könnte die entwickelte Methode auch auf andere Bauteile zum Beispiel aus der Automobilindustrie angewandt werden, heißt es.

Um den Nutzen der neuen Methode feststellen zu können, planen die Wissenschaftler, die Verwendung von inhomogener Erwärmung in verschiedenen Prozessketten mit dem Querkeilwalzen zu vergleichen. Dabei prüfen sie unter anderem auch, ob das freie Stauchen als Zwischenschritt ausgelassen und das inhomogen erwärmte Rohteil direkt fertiggeschmiedet werden kann. Sollte sich dieses Vorhaben erfolgreich umsetzen lassen, böte das eine erhebliche Erleichterung für die Industrie, so die Forscher. Bauteile könnten dann schneller, energie- und ressourcenschonender produziert werden.

Insgesamt soll, wie das IPH mitteilt, ein Modell entwickelt werden, das Vorhersagen darüber zulässt, wie sich inhomogene Erwärmung auf den Schmiedeprozess auswirkt und wie dieser Prozess ausgelegt werden kann. Nach Simulation und experimentellen Untersuchungen will man abschließend auch die Anlagen eines Industriepartners umrüsten und das neue Verfahren unter realen Bedingungen erproben.

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