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Schmieden Neuer Schmiedeprozess spart 20 Prozent Stahl

| Redakteur: Dorothee Quitter

Geschmiedete Bauteile lassen sich künftig mit wesentlich weniger Materialeinsatz herstellen – dank eines neuen Schmiedeprozesses, den das IPH gemeinsam mit Partnern aus ganz Europa entwickelt hat.

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Vorformen ohne Grat: Beim Querkeilwalzen wird das Rohteil in Form gerollt statt gepresst.
Vorformen ohne Grat: Beim Querkeilwalzen wird das Rohteil in Form gerollt statt gepresst.
(Bild: IPH)

Geschmiedete Bauteile halten hohe Belastungen aus. Ihre Herstellung ist jedoch eine Belastung für die Umwelt, weil dabei deutlich mehr Material und Energie verbraucht wird, als eigentlich nötig wäre. Beim klassischen Gesenkschmieden wird ein Rohling aus Stahl auf rund 1200 °C erwärmt und in eine zweigeteilte Form gelegt, das sogenannte Gesenk. Werden die beiden Gesenkhälften aufeinander gepresst, fließt das heiße Metall in die Form. Überschüssiges Material entweicht zu den Seiten und bildet den sogenannten Grat. Wenn das Bauteil abgekühlt ist, wird der Grat entfernt. Schmiedeunternehmen gehen damit sicher, dass die Form vollständig ausgefüllt wird und keine fehlerhaften Bauteile entstehen. Allerdings gehen auf diese Weise erhebliche Mengen an Material verloren, zumal oft mehrere Schmiedeschritte notwendig sind, um komplizierte Bauteile herzustellen. Ein Common-Rail für Lastwagen beispielsweise benötigt bei der Herstellung 9,3 kg Edelstahl. Nach zwei Schmiedeschritten, bei denen jeweils Grat entsteht, wiegt das fertige Bauteil nur noch 6 kg. Bei der Herstellung von 1000 Common-Rails werden somit mehr als 3 t Edelstahl verschwendet.

Im Forschungsprojekt „CoVaForm“ hat das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) deshalb ein neues Herstellungsverfahren entwickelt, das laut den Computersimulationen der Wissenschaftler rund 20 % Material spart. Dabei wird das Bauteil mittels Querkeilwalzen vorgeformt: Das heiße Metall wird nicht in ein Gesenk gepresst, sondern zwischen zwei Keilen in Form gerollt. Beim Querkeilwalzen entsteht keinerlei Grat. Zwar ist weiterhin ein zweiter Schmiedeschritt nötig, bei dem Material verloren geht. Jedoch genügen für die Herstellung des Common-Rails nun 7,5 statt der ursprünglichen 9,3 Kilogramm Edelstahl – das sind 20 % weniger Material als zuvor. Außerdem spart der neue Herstellungsprozess Energie, weil eine kleinere Menge Stahl auf 1200 °C erwärmt werden muss.

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Trotz der hohen Einsparmöglichkeiten wird das Querkeilwalzen bisher kaum industriell eingesetzt, weil die Prozesse kompliziert und die Werkzeuge teuer sind. Bisherige Querkeilwalzapparate in Rundbackenbauart lohnen sich nur für sehr hohe Stückzahlen. Das IPH hat im Forschungsprojekt deshalb einen besonders kompakten Querkeilwalzapparat in Flachbackenbauart entwickelt, der nur ein Zehntel kostet – und der sich somit auch für kleine und mittelständische Schmiedeunternehmen lohnt. Mit der Maschine lassen sich nicht nur Vorformen für Common-Rails herstellen, sondern auch für Antriebswellen, Pleuel und viele weitere längliche Bauteile. Ein türkisches Schmiedeunternehmen will mit dem Querkeilwalzapparat des IPH künftig Hüftimplantate aus Titan schmieden. (qui)

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