Störender Flittergrat: An diesem Testbauteil ist der dünne Rand aus überschüssigem Material gut zu erkennen.
Susann Reichert / IPH
Bisher ist nicht erforscht, unter welchen Bedingungen Flittergrat entsteht und wie er sich vermeiden lässt. Das Institut für Integrierte Produktion Hannover will diese Frage jetzt erstmals wissenschaftlich untersuchen - und zwar speziell für Bauteile aus Aluminium.
Flittergrat beeinträchtigt die Qualität von Schmiedeteilen, etwa von Querlenkern an Achsen oder Kurbelwellen für Motoren. Der sehr dünne Grat entsteht etwa, wenn beim Schmieden überschüssiges Material in den Spalt zwischen Stempel und Gesenk oder zwischen die Gesenkhälften gepresst wird. Unter welchen spezifischen Umständen der Flittergrat entsteht und wie er sich vermeiden lässt, ist bisher jedoch nicht erforscht. Das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) will das Phänomen jetzt erstmals wissenschaftlich untersuchen. Damit will das Institut unter anderem der Autoindustrie helfen, die Qualität ihrer Schmiedeteile zu verbessern.
Flittergrat bislang kaum erforscht
Wenn beim Schmieden heißes Metall in Form gepresst wird, entweicht fast immer überschüssiges Material zu den Seiten, erläutern die Forscher. An den Schmiedeteilen entsteht dadurch ein Rand, der später entfernt werden muss: der sogenannte Grat. Schmiedeunternehmen versuchen seit Jahren, den Grat zu reduzieren, um Material und Energie zu sparen. Inzwischen lässt sich der grobe, seitliche Grat schon recht gut vermeiden.
Nicht vermeiden lässt sich bisher der sogenannte Flittergrat, wie die Wissenschaftler erklären. Er entstehe selbst beim Präzisionsschmieden, wenn Material in den dünnen Spalt zwischen Stempel und Gesenk kriecht. Dabei werde zwar nicht viel Material verschwendet - der Flittergrat ist sehr dünn - aber der zarte Metallkranz erschwert dennoch die Weiterverarbeitung. Entsteht der Flittergrat beispielsweise schon in einem der ersten Schmiedeschritte, könne er später umklappen und eingeschmiedet werden - die Qualität des Bauteils leidet. Auch auf die anschließende spanende Nachbearbeitung wirke sich der Flittergrat negativ aus. Weil er sich bei jedem Schmiedeteil unterschiedlich stark ausformt, lässt sich die Nachbearbeitung nur schwer automatisieren. Zudem führe der Flittergrat dazu, dass die Werkzeuge zur spanenden Nachbearbeitung schneller verschleißen.
Sehr detaillierte Simulation nötig
Bisher sei nicht erforscht, unter welchen Bedingungen Flittergrat entsteht und wie er sich vermeiden lässt. Das IPH will diese Frage jetzt erstmals wissenschaftlich untersuchen - und zwar speziell für Bauteile aus Aluminium. Denn wegen seiner Fließeigenschaften neigt Aluminium stärker zur Flittergratbildung als Stahl.
Die Herausforderung für die Forscher: Flittergrat ist unberechenbar. Im Gegensatz zu dem groben Grat, der seitlich am Bauteil entsteht, lässt er sich bisher nicht mit der Finite Elemente Methode (FEM) darstellen. Weil der Grat so dünn ist, sei eine sehr detaillierte Simulation nötig, die noch vor wenigen Jahren an der Leistungsfähigkeit der Rechner scheiterte, erklären die Forscher.
Qualität von Leichtbau-Schmiedeteilen verbessern
Das IPH will nun erstmals Flittergrat am Computer simulieren und damit vorhersagen, unter welchen Bedingungen er entsteht. Die Forscher wollen beispielsweise untersuchen, welchen Einfluss die Temperatur des Werkstoffs, die Umformgeschwindigkeit oder die Breite des Spalts zwischen Stempel und Gesenk hat - um anschließend die Parameter so zu verändern, dass möglichst wenig Flittergrat entsteht. Um zu überprüfen, ob die FEM-Simulation der Realität entspricht, sollen Testbauteile geschmiedet werden: Der tatsächlich entstandene Flittergrat kann dann mit der Simulation verglichen werden. So können die Forscher die Prozessgrenzen für möglichst flittergratfreies Schmieden ausloten.
Das Forschungsprojekt "ProGrAl - Flittergratvermeidung beim Präzisionsschmieden von Aluminium entlang der Prozesskette" wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert und läuft bis Januar 2017. Gegen Ende des Forschungsprojekts will das IPH eine komplette Stadienfolge auslegen, um Langteile wie Querlenker oder Kurbelwellen sowohl gratlos als auch flittergratfrei herzustellen. Damit soll die Qualität von Leichtbau-Schmiedeteilen verbessert werden