Was sind die Prozesseigenschaften?
Prozess
Für die Herstellung metallischer Bauteile können vielfältige Bearbeitungsprozesse
und Prozessketten angewendet werden. Fließpressprozesse können mit den Fertigungsverfahren
Spanen, Abtragen, Gießen, Schmieden und Sintern konkurrieren. Beim Vergleich
zwischen Spanen und Umformen sprechen häufig Kriterien wie Werkstoffeinsparung,
Verkürzung der Fertigungszeit und günstigere Festigkeitseigenschaften der
Werkstücke für das Umformen.
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Materialausnutzung
Während des Kaltmassivumformprozesses wird die Form eines in der Regel
geometrisch einfachen Halbzeuges (Draht oder Stab) in eine produktspezifische
Zwischen- oder Endgeometrie gebracht. Bei konventionellen Metallen bleibt
dabei das Volumen erhalten. In optimierten Prozessen kann das gesamte Volumen
des Halbzeugs vollständig für das Produkt genutzt werden. Daher zeichnen sich
Prozesse der Kaltmassivumformung in der Regel durch eine ausgezeichnete Materialausnutzung
aus. Dies macht sie insbesondere bei mittleren und hohen Stückzahlen im Vergleich
zu trennenden Verfahren wirtschaftlich sehr attraktiv.
Als ein Beispiel für die Werkstoffeinsparung beim Fließpressen im Vergleich
zum Drehen soll ein Kegelradrohling dienen (Abbildung 10). Die Rohteilabmessung
beim Drehen wird vom größten Außendurchmesser des Fertigteils bestimmt. Beim
Herstellen der Außenkontur und der Bohrung wird ein Werkstoffvolumen von bis
zu 56% zerspant. Durch das Fließpressen hingegen kann so endkonturnah umgeformt
werden, dass lediglich ein Zerspanungsvolumen von etwa 1% anfällt.
Abbildung 10: Vergleich der Einsatzgewichte (Massen) für ein Kegelrad
nach [Klo06]
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Endkonturnahe Fertigung
Die Steigerung der Präzision von Umformteilen in Bezug auf Form-,
Lage und Maßgenauigkeit sowie die Verbesserung der Oberflächengüte
haben zur Folge, dass immer mehr Funktionselemente oder komplette Werkstücke
ohne oder mit nur geringer Nachbearbeitung einbaufertig sind. In der Kaltmassivumformung
wird die Fertigung von „near net shape“-Teilen angestrebt. Der
Begriff „near net shape“ kennzeichnet Werkstücke, die sich
nach dem Erzeugen durch Ur- oder Umformprozesse nur noch wenig von der gebrauchsfertigen
Endkontur unterscheiden. Dabei wird angestrebt, die spanende Formgebung in
einer Aufspannung oder in einem einzigen Schritt durchzuführen. Eine
Bearbeitungszugabe von 1 bis 1,5 mm gilt heute vielfach schon als obere Grenze.
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Verkürzung der Prozesszeit
Weiterhin bietet das Fließpressen in der Regel kürzere Prozesszeiten
und somit einen höheren Teileausstoß. Dieser beträgt zum Beispiel
bei der umformtechnischen Herstellung von Zündkörpern bis zu 60
Teile pro Minute
und ist somit etwa zehnmal so hoch wie bei der Herstellung auf Drehautomaten
mittels Zerspanung.
Die Werkstoffeinsparungen und die kurzen Fertigungszeiten können bei einer
Prozessumstellung zu einer Halbierung der Fertigungskosten führen.
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Einsparung von Fertigungsschritten
Die hohe erreichbare Präzision kann unmittelbar zur Einsparung von
Fertigungsschritten genutzt werden.
Das früher notwendige Überdrehen vor dem Einsatzhärten entfällt.
Die Teile werden direkt nach dem Umformen gehärtet und dann nur noch
zerspant
[NN87].
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Trends
Reduzierte Aufmaße an Rohteilen ermöglichen zunehmend die
Fertigbearbeitung in einem Schritt. Abhängig vom Werkstoff, von der Stückmasse
und von der Art der Fertigungseinrichtung ergeben sich unterschiedliche Mindeststückzahlen
für die wirtschaftliche Fertigung von Fließpressteilen. Die angegebenen
Zahlen (siehe Tabelle 3) gelten für Stahlteile und für komplizierte
Teile aus NE-Metallen. Sie sind als Anhaltswerte zu verstehen.
Bei einfachen Teilen liegen die wirtschaftlichen Stückzahlen niedriger,
weil die Werkzeuge preiswerter sind. Darüber hinaus ist der Werkzeugverschleiß
geringer, so dass höhere Standmengen erreicht werden als bei geometrisch
komplexen Teilen
[Klo06].
Stückgewicht
(Masse in g) |
minimale Losgröße
(Stück) |
Stückgewicht
(Masse in kg) |
minimale Losgröße
(Stück) |
| kleiner 10 g |
200.000 |
1 - 3 kg |
5.000 |
| 10 - 100 g |
100.000 |
3 - 5 kg |
2.000 |
| 100 - 250 g |
50.000 |
5 - 10 kg |
1.000 |
| 250 - 500 g |
25.000 |
> 10 kg |
500 |
| 500 - 1.000 g |
10.000 |
|
|
Tabelle 3: Stückgewicht und minimale Losgrößen [Klo06]
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[Klo06] KLOCKE, Fritz ; KÖNIG, Wilfried: Fertigungsverfahren.
Berlin: 5., neu bearb. Aufl. Aufl. Springer, 2006.
[VDI99] VDI 3138-2: Kaltmassivumformen von Stählen
– Anwendung, Arbeitsbeispiele, Wirtschaftlichkeitsbetrachtung für
das
Kaltfließpressen. Verein Deutscher Ingenieure März 1998
[NN87] NN: Fertigungsprozess mit neuen Leistungs- und Anwendungsbereichen.
Produktionstechnik: Auf dem Weg zu integrierten Systemen.
In: AWK, Aachener Werkzeugmaschinenkolloquiu. VDI Verlag, 1987, S. 301-348
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