Massivumformung: Der Name dieser Industriesparte fällt im Alltagsleben nur selten, massivumgeformte Produkte begegnen uns dagegen täglich: „Die Massivumformung in Form sogenannter Schmiedeteile ist oftmals nicht weit entfernt. Beispiele dafür sind hochbelastete Bauteile wie Kurbelwellen oder Pleuelstangen im Kfz-Motor oder Triebwerksschaufeln im Flugzeugantrieb“, erläutert Prof. Dr.-Ing. Michael Marré, Leiter des Labors für Massivumformung an der Fachhochschule Südwestfalen in Iserlohn.
Bei der Massivumformung werden dreidimensionale Körper umgeformt und dabei jährlich 3,2 Millionen Tonnen Stahl verarbeitet. Aufgrund der benötigten Energiemengen werden bei der Herstellung des Stahls rund fünf Millionen Tonnen Kohlendioxid (CO2) freigesetzt, bei der Materialerwärmung für die Umformung gut 700.000 Tonnen CO2 . Daher bietet besonders die Menge des verarbeiteten Stahls Ansatzpunkte, um Energie und Treibhausgase einzusparen. Bisher liegt der durchschnittliche Materialanteil, der während der Verarbeitung als sogenannter Gratanteil verloren geht, bei rund 25 Prozent.
Materialsparend: Querkeilwalzen
Eine Möglichkeit für ein materialsparendes Umformverfahren ist das sogenannte Querkeilwalzen, mit dem materialeffiziente Vorformen für das nachträgliche Gesenkschmieden geschaffen werden. Allerdings können beim Querkeilwalzen innere Risse und Hohlräume in den Rohteilen auftreten (Mannesmann-Effekt), die wegen der Bauteilsicherheit vermieden werden müssen. „Unternehmen im Bereich kleiner Losgrößen verzichten daher aus Sicherheitsgründen ganz auf das Querkeilwalzen, Unternehmen im Bereich großer Losgrößen bleiben „auf der sicheren Seite“ und reizen die Grenzen des Querkeilwalzens nicht aus – sie lassen somit vorhandenes Ressourcenpotenzial ungenutzt“, beschreibt Laborleiter Marré die derzeitige Situation.
Hier setzt ein DBU-Projekt des Industrieverbandes Massivumformung e. V. und der Fachhochschule Südwestfalen an. In Kooperation mit der Hirschvogel Eisenach GmbH, der EJOT GmbH & Co. KG, Bad Berleburg, der Presswerk Krefeld GmbH & Co. KG sowie der LASCO Umformtechnik GmbH, Coburg zielt das Vorhaben darauf, ein sicheres Auslegekriterium für Querkeilwalzwerkzeuge zu ermitteln, sodass Materialschäden ausbleiben. Dann könnten die Potenziale des Querkeilwalzens vollständig ausgenutzt und dadurch der Materialüberschuss beim nachfolgenden Gesenkschmieden reduziert werden.
Dazu wurden die wesentlichen Einflussgrößen für die Rissentstehung ermittelt, eine Schädigungsfunktion aufgestellt und die dimensionslose Variable „n“ abgeleitet. Auf dieser Basis wurden an einem Prüfstand der Hochschule Südwestfalen mit Versuchswerkzeugen mehr als 700 Versuchsteile gefertigt, Fehler detektiert und Arbeitskennfelder für das Auslegen von Querkeilwalzwerkzeugen erstellt.
Wesentliche Erkenntnisse durch DBU-Projekt
So konnten wesentliche Erkenntnisse für das Querkeilwalzen gewonnen werden: Mit Hilfe der Kennfelder lassen sich die richtigen Werkzeugparameter sowie die Grenzen der walzbaren Bauteilparameter ermitteln und in der Konstruktion berücksichtigen. Außerdem gelang es, eine weitere Einflussgröße zu identifizieren – den Werkzeugfaktor „umformender Werkzeugbereich“. „Was genau in diesem Bereich in Punkto Materialschädigung und einem möglichen Einsparpotenzial passiert, möchten wir genauer untersuchen“, erläutert Marré.
Corona: Krise und Chance
Genau daran wollen die Projektpartner nun weiterarbeiten. Die derzeitige Corona-Pandemie sieht der Laborleiter dabei sowohl als Herausforderung als auch als Chance: „Die Coronakrise wird sich stark auf die Unternehmen des produzierenden Gewerbes auswirken. Es wird dauern, bis sich wieder entsprechende Abrufe und Produktionsvolumina einstellen. Mit entsprechender Unterstützung können die Unternehmen sich wandeln und gestärkt aus der Krise hervorgehen.“
Die DBU unterstützt nachhaltige, innovative Ansätze wie in diesem Projekt mit ihrer Förderung. Das Einreichen einer Online-Projektskizze ist auch in der Coronakrise jederzeit möglich, siehe: www.dbu.de/corona und www.dbu.de /foerderung.
