Beim Querkeilwalzen wird das Rohteil in Form gerollt statt gepresst.
IPH
Ein neuer Schmiedeprozess spart Material und Energie. Dabei wird das Bauteil mittels Querkeilwalzen vorgeformt und anschließend fertiggeschmiedet, sodass deutlich weniger Grat entsteht als bisher.
Beim klassischen Gesenkschmieden wird ein Rohling aus Stahl auf rund 1200 Grad Celsius 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.
In dem von der EU geförderten Forschungsprojekt „Conservation of valuable materials by a highly efficient forming system (CoVaForm)“ hat das Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH (IPH) jetzt gemeinsam mit Partnern aus ganz Europa ein neues Herstellungsverfahren entwickelt, das laut den Computersimulationen der Wissenschaftler rund 20 Prozent 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 etwa eines Common-Rails nun 7,5 statt der ursprünglichen 9,3 Kilogramm Edelstahl – das sind 20 Prozent weniger Material als zuvor. Außerdem spart der neue Herstellungsprozess Energie, weil eine kleinere Menge Stahl auf 1200 Grad Celsius erwärmt werden muss.
Anders als beim Reckwalzen, einem Längswalzprozess mit lokaler Materialverdrängung in Walzwerkzeugen, deren Profil sich in Umfangsrichtung ändert, „bezeichnet Querwalzen (auch Querkeilwalzen genannt) das Umformen von rotationssymmetrischen Ausgangsformen zwischen gegenläufig bewegten Flachbacken oder zwei Walzen“, erklären die Springer-Autoren in „Handbuch Umformtechnik“ auf Seite 509. Trotz der hohen Einsparmöglichkeiten wird die Massivumformung mittels Querkeilwalzen laut IPH bisher jedoch kaum industriell genutzt, weil die Prozesse kompliziert und die Werkzeuge teuer seien. Bisherige Querkeilwalzapparate in Rundbackenbauart lohnten sich nur für sehr hohe Stückzahlen. Die Forscher in Hannover haben deshalb einen besonders kompakten Querkeilwalzapparat in Flachbackenbauart entwickelt, der nach Institutsangaben nur ein Zehntel kostet – und der sich somit auch für kleine und mittelständische Schmiedeunternehmen lohne. Mit der IPH-Maschine ließen sich etwa Vorformen für Common-Rails herstellen, für Antriebswellen, Pleuel und viele weitere längliche Bauteile. Ein türkisches Schmiedeunternehmen plane, mit dem innovativen Querkeilwalzapparat künftig Hüftimplantate aus Titan zu schmieden.