Forschung

Neues Schmiedewerkzeug

Forscher des Instituts für Integrierte Produktion Hannover (IPH) präsentieren auf der Hannover Messe ein Werkzeug, das bislang unmögliche Geometrien warm schmieden kann.

Teil einer Maschine — Dieses Schmiedewerkzeug erzeugt Hinterschnitte. Bei der Hannover Messe wird es als Modell zu sehen sein.

Ein Werkzeug, das bislang unmögliche Geometrien warm schmieden kann, stellt das IPH bei der Hannover Messe vor. Damit lassen sich bereits während des Schmiedens sogenannte Hinterschnitte einbringen – beispielsweise die Kolbenbolzen-Bohrung bei Motorkolben. 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.

Sogenannte Hinterschnitte bisher nicht möglich

Mit herkömmlichen Schmiedewerkzeugen ist es unmöglich, sogenannte Hinterschnitte auszuformen, weil sich die Bauteile dann nicht mehr aus dem Werkzeug entnehmen lassen. Bei Hinterschnitten handelt es sich um Aussparungen oder Vorsprünge senkrecht zur Ausformrichtung. Ein Beispiel ist die Bolzenbohrung bei Stahlkolben für Fahrzeugmotoren: Sie muss bisher nach dem Schmieden spanend hergestellt werden.

Neu entwickeltes Schmiedewerkzeug: Hinterschnittschmieden

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.

Nachbearbeitung erleichtert

Das Hinterschnittschmieden erleichtert die Nachbearbeitung erheblich, spart somit Zeit und reduziert insgesamt die Herstellungskosten. Hinzu kommt, dass etwa fünf Prozent 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.

Bauteilqualität verbessern

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.

Entwicklung mit Partnern aus der Industrie

Wissenschaftler des IPH haben das Werkzeug gemeinsam mit Partnern aus der Industrie entwickelt. Die Technologie basiert auf dem sogenannten 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.

Vorstellung auf der Hannover Messe 2017

Bei der Hannover Messe vom 24. bis 28. April stellen die Wissenschaftler ihre Entwicklung erstmals einer breiten Öffentlichkeit vor. Am Gemeinschaftsstand des Landes Niedersachsen in Halle 2, Stand A08, wird ein Modell des Werkzeugs zu sehen sein.

Über das IPH

Das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gemeinnützige GmbH forscht und entwickelt auf dem Gebiet der Produktionstechnik. Gegründet wurde das Unternehmen 1988 aus der Leibniz Universität Hannover heraus. Das IPH bietet Forschung und Entwicklung, Beratung und Qualifizierung rund um die Themen Prozesstechnik, Produktionsautomatisierung, Logistik und XXL-Produkte. Zu seinen Kunden zählen Unternehmen aus den Branchen Werkzeug- und Formenbau, Maschinen- und Anlagenbau, Luft- und Raumfahrt und der Automobil-, Elektro- und Schmiedeindustrie.