Bild 8: Kraft-Weg-Verlauf beim Vollvorwärts-Fließpressen für AFP-Stahl bei j = 1,2 (links) und Mikrohärtemessung am mit Beruforge 190 umgeformten Zapfen beim Verjüngen für HDB-Stahl (rechts). heit erreicht werden. Auch die Umformtemperatur hat nur einen geringen Einfluss auf die gemessene Härte des Bauteils (Bild 8). Ein interessanter Temperaturbereich liegt bei 300 °C, wobei die Krafteinsparung, die Oberflächeneigenschaften und die Härtezunahme, in Verbindung mit dem zur Beschichtung von erwärmten Bauteilen vorteilhaften pulverförmigen Schmierstoff Graphit+MoS2, für die Praxis die höchsten Einsparungen mit sich bringt. Im Temperaturbereich zwischen 370 und 420 °C liegt der Bereich der erhöhten Fließspannung, sodass durch die höhere Temperatur keine Einsparung von Presskraft erreicht wird. Des Weiteren verschlechtert sich durch die höheren Temperaturen die Oberflächentopographie und die Maßhaltigkeit der Bauteile nimmt ab. Weitere Verarbeitungsschritte zur Einstellung der Bauteilkontur beruhen auf der spanenden Bearbeitung direkt aus der Schmiedehitze. Im Rahmen der Untersuchungen am IWT Bremen (Werkstofftechnik) konnte ermittelt werden, 26 SchmiedeJOURNAL September 2014 dass die Prozesskräfte beim Außenlängsdrehen von Bainit gegenüber der Bearbeitung bei Raumtemperatur erheblich sinken. So fällt die Schnittkraft im untersuchten Temperaturbereich bis 500 °C um bis zu 25 Prozent geringer aus. Das Absenken der Prozesskräfte hat dabei gleich mehrere wichtige Effekte auf den Bearbeitungsprozess: • Die Standzeit der thermisch hochbelastbaren beschichteten Hartmetallwerkzeuge erhöht sich um das Dreifache bei einer Bearbeitungstemperatur von 400 °C. • Der Bauteilverzug ändert sich nur minimal, weil zwar die Steifigkeit des Bauteils bei erhöhten Temperaturen herabgesetzt ist, jedoch auch die Passivkraft bei der Heißzerspanung geringer ausfällt. • Es wird proportional zur Schnittkraft eine geringere Spindelleistung abgefordert, was die Energieeffizienz des Prozesses verbessert. Insgesamt konnte aus Gründen der Spanbildung, der Prozesskräfte und des Werkzeugverschleißes für das Heißdrehen von Bainit eine optimale Bearbeitungstemperatur von 400 °C identifiziert werden. Für den dauerhaften Einsatz der Heißzerspanung wurde für die verwendete Werkzeugmaschine ein Lösungsansatz zur thermischen Isolierung und Kühlung des Spannfutters erarbeitet und umgesetzt. An dem im Rahmen des von EcoForge hergestellten Bauteils „abgesetzte Welle“ wurde die Übertragbarkeit der an bainitisierten zylindrischen Proben aus AFP gewonnen Erkenntnisse auf die aus HDB geschmiedete Welle untersucht. Die Ergebnisse weisen ebenfalls einen signifikant gesteigerten Standweg und geringere Prozesskräfte gegenüber der Zerspanung bei Raumtemperatur auf. Die Tendenzen bezüglich der Spanbildung blieben unverändert (Bild 9). Zusammenfassung und Ausblick In der EcoForge-Leitinitiative wurde die direkte Wärmebehandlung aus der SchmiedeReport Bild 9: Verschleißmarkenbreite über Schnittweg beim Heißdrehen von Bainit. Bilder: Autoren
SchmiedeJOURNAL
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