Report (Page 1)

A utomatische
Warmfließpreßteile von der
Stange
utomatische Warmstufenpressen
mit einer horizontalen
Arbeitsweise gibt es bereits seit
den 40er Jahren. Die Firma Hatebur
Umformmaschinen AG in Reinach/- Reinach/
Schweiz entwickelte die ersten
Mehrstufen-Warmformer als Quertransportpressen,
kurz nachdem sie
einige Jahre vorher eine Revolverwarmpresse
zur vollautomatischen Herstellung
von Muttern aus Stangenmaterial
in geschlossenen Gesenken patentiert
hatte.
Heute gilt Hatebur als Weltmarktführer
für vollautomatische Warmstufenpressen,
die als „Hotmatic AMP“ in Verbindung
mit einer Zahl, die einen
Hinweis auf die Maschinengröße gibt,
bezeichnet werden. Solche Maschinen
erzeugen in allen bedeutenden Industrieländern
vor allem Getrieberohteile,
Antriebsflansche, Naben oder
Wälzlagerringe, also meist rotationssymmetrische
Teile, die in großer
Stückzahl benötigt werden. Aber auch
Gelenkkreuze und Tripoden, die nicht
REPORT
Ing. Werner W. Adlof, Hagen
Werkzeugraum einer Warmstufenpresse Bild: Hatebur
Flanschwellen, Radnaben und Achszapfen sind typische Warmfließpreßteile,
die die Automobilindustrie mit Stückmassen von etwa 1 - 5 kg in großen Serien
und in vielen Varianten für den Pkw-Antriebsstrang benötigt. Sie werden heute
im Sekundentakt auf automatisierten Mehrstufenpressen mit horizontaler
Arbeitsweise von der Stange hergestellt.
rotationssymmetrisch sind, werden auf
derartigen Maschinen hergestellt.
Vom Konzept her sind Warmstufenpressen
oder Warmformer, wie Hatebur
diesen Maschinentyp nennt, horizontale
Kurbelpressen mit meist einer
Scher- und drei oder vier Umformstufen.
Dadurch unterscheiden sie sich
grundsätzlich von Exzenterpressen, die
bei der konventionellen Schmiedetechnik
häufig verwendet werden und
in vertikaler Richtung Preßkraft auf
das Schmiedeteil aufbringen.
Die induktive Erwärmungsanlage zur
Erwärmung des automatisch eingezogenen
Stangenmaterials bildet mit dem
Schmiedeautomat ein komplettes, vollautomatisiertes
Fertigungssystem. Alle
Operationen vom Erwärmen der
Stange bis zum fertigen Schmiedeteil
bilden einen kontinuierlichen Arbeitsfluß:
zuführen, erwärmen, abscheren,
umformen und gegebenenfalls lochen
und abgraten. Wegen der hohen Arbeitsgeschwindigkeit
werden die ent-
sprechend hoch wärmebelasteten
Werkzeuge intensiv mit Wasser gekühlt.
Die große Menge an Kühlflüssigkeit
wird vertikal durch die Schwerkraft
abgeführt – was bei konventionellen
Schmiedemaschinen nicht ohne
weiteres möglich wäre. Nur so ist es
möglich, im Sekundentakt mit wirtschaftlichen
Standmengen zu schmieden.
Als Ausgangsmaterial wird im allgemeinen
warmgewalztes Stabmaterial
eingesetzt. Die Materialtrennung erfolgt
durch Warmscheren.
Die Fließpreßvariante HFE
Um den Anwendungsbereich der Hotmatic
Warmformer für Fließpreßfertigungen
zu erweitern, kann Hatebur
seine Maschinen mit einem speziellen
Ausrüstungspaket ausstatten.
Diese speziellen Maschinen erhalten in
ihrer Typbezeichnung den Zusatz
„HFE“, dies bedeutet „Hot Forward
Extrusion“, also Vorwärtsfließpressen
bei Schmiedetemperatur, natürlich
ebenfalls direkt von der Stange.
17 SCHMIEDE-JOURNAL SEPTEMBER 1998

Solche automatisierten Warmstufenpressen
zur Herstellung von Fließpreßteilen
stellt weltweit nur die Firma
Hatebur her. Der Quertransport in der
Maschine ist so modifiziert, daß die
Teile entweder am Schaft oder am
Flansch transportiert werden können.
Da die Fließpreßteile wegen der
großen Durchmesserunterschiede stark
kopflastig sind, lassen sich die Auswerfer
zeitlich so einstellen, daß die
Teile zwischen Stempeln und Auswerfern
gehalten werden, bis die Greiferzangen
sie übernehmen können.
Im Gegensatz zu den konventionellen
AMP-Maschinen muß bei dem HFE-
Typ mit einem wasserlöslichen
Schmierstoff gearbeitet werden. Dadurch
wird neben dem notwendigen
Kühleffekt die Reibung zwischen
Schmiedeteil und Werkzeug reduziert,
um die bei Fließpreßteilen üblichen
längeren Fließwege für eine vollständige
Formfüllung zu ermöglichen.
Einzug der auf Schmiedetemperatur
erwärmten Stangen Bilder: Thyssen
Mit der Hotmatic AMP 70 HFE, der
größten Maschine dieser Art, können
Flanschteile mit Schaft oder Zapfen
mit einer Gesamtlänge von 155 - 160
mm und mit einem maximalen
Flanschdurchmesser von 145 mm hergestellt
werden. Querschnittsunterschiede
in der Fließpreßstufe bis 90 %
sind möglich.
Warmfließpreßteile
von der AMP 70 HFE
Das Geschäftsfeld Getriebeteile der
Thyssen Umformtechnik + Guß GmbH
setzt bereits seit einigen Jahren derartige
Maschinen erfolgreich ein. Radflansche,
Radnaben, Flanschwellen
und Achszapfen, aber auch Getrieberäder
werden in großen Stückzahlen im
Sekundentakt für die weltweite Automobilindustrie
gefertigt.
Dazu Dr. Christoph Westerkamp,
Leiter des Engineering im Geschäftsfeld
Getriebeteile für das Werk Remscheid:
„Auf unserer AMP 70 HFE
produzieren wir im Jahr etwa zwischen
8 bis 9 Millionen Schmiedeteile mit
einem Takt oftmals auch unterhalb 1 Sekunde
und einer Preßkraft von 1i500 t.
SCHMIEDE-JOURNAL SEPTEMBER 1998
REPORT
Typische Warmfließpreßteile aus der Fertigung der AMP 70 HFE
Eine solche Maschine ist nicht nur sehr
effizient, sie ist auch im Aufbau und in
der Kinematik wesentlich komplexer
als herkömmliche Schmiedepressen,
mit denen die AMP 70 HFE konkurriert.
Diese Komplexität verlangt natürlich
eine professionelle Gestaltung aller
Produktionsrandbedingungen. Zudem
müssen aufgrund der hohen Stückzahlen
der Schmiedeteile eine Vielzahl
an Umformwerkzeugen qualitativ einwandfrei
und termingerecht zur
Verfügung stehen. Deshalb erfordert
der Einsatz einer AMP 70 HFE logistisch
und organisatorisch optimal
abgestimmte Abläufe und ein eingespieltes
Team.
Fließpreßteile unterhalb 100 000 Stück
pro Jahr werden bei uns daher auf konventionellen
und automatisierten Mehrstufenpressen
hergestellt. Unsere AMP’s
kommen übrigens auf bis zu 65 % produktiver
Laufzeit; dies ist angesicht der
außerordentlichen Teilevielfalt und der
18
Schwierigkeitsgrade der hergestellten
Schmiedeteile ein sehr positiver Wert.“
Die Teilepalette wird komplizierter
Ein großer Vorteil der Warmumformung
gilt selbstverständlich auch für
die auf der AMP 70 HFE gefertigten
Fließpreßteile: Alle üblichen Werkstoffsorten,
Einsatzstähle, Vergütungsstähle
und Wälzlagerstähle, legiert und unlegiert,
lassen sich umformen.
Die Formenwelt hingegen wird zunehmend
komplizierter. Im Zuge der Bestrebungen
des Leichtbaus in der Autoindustrie
werden die Schmiedeteile filigraner
und oft auch unsymmetrischer.
Dr. Westerkamp: „Das Bild unten zeigt
eines der komplexeren Teile, das wir
z.iZt. herstellen. Der Flansch mit seiner
unsymmetrischen Form ist vor dem
Hintergrund der besonderen kinematischen
Verhältnisse der Maschine ein
sehr anspruchsvolles Schmiedeteil für
die Hatebur-Fertigung.
Kompliziertes Warmfließpreßteil mit unsymmetrischen
Flansch und flanschseitiger Einschmiedung
In bezug auf die
Komplexität und
Vielfalt der Warmfließpreßteile
denke
ich, daß wir weltweit
eine führende
Position einnehmen.Außerdem
können die
Fließpreßteile gegebenenfalls
einer
weiteren Wertschöpfung
bei uns
unterzogen werden,
z.iB. durch
das Einbringen

Prüfstraße mit integrierter automatisierter Bearbeitung
einer Zentrierung oder durch einen
Kaltumformvorgang.
Wir haben dafür ebenso wie für die in
der Regel vorgeschriebene 100i%-
Prüfung leistungsfähige Anlagen, die
die hohen Produktionsmengen unserer
Warmstufenpresse AMP 70 HFE bewältigen
können.“
Entscheidend ist die Prozeß- und
Werkzeugauslegung
Die Auslegung des Schmiedeprozesses
(Stadiengang) sowie die Konstruk-
REPORT
tion der Werkzeuge einer AMP 70 HFE
stellt höchste Ansprüche an den Konstrukteur.
So muß, beginnend mit dem
Scheren, die Handhabung des Scherlings
mit den darauffolgenden Umformstufen
hinsichtlich Umform-,
Stempel- und Ausstoßweg sowie der
Zangenkinematik anhand eines sogenannten
Bewegungsplans abgestimmt
werden.
Der Konstrukteur muß neben den
Kenntnissen über den Prozeß einen
Umformsimulation mit FEM: Temperaturverteilung in einer Radnabe nach dem
Fertigschmieden
Setzen Sie auf
Erfahrung und
know how
DIAF C/S
... die PPS-Software für
Schmiedebetriebe
Ein Produkt der:
i-soft gmbh
an den weiden 43
57078 siegen
fon: 0271- 89060-0
fax: 0271- 89060-90
www.i-soft-si.de
19 SCHMIEDE-JOURNAL SEPTEMBER 1998
®
D a s S y s t e m h a u s

hohen Wissensstand hinsichtlich kinematischer
und funktionaler Abläufe der
Maschine haben.
Bei der Auslegung der Werkzeuge muß
beispielsweise beachtet werden, daß
Wasser und Atmosphäre über sogenannte
Entlüftungsbohrungen aus den
waagerecht angeordneten Werkzeugen
entweichen können.
Ansonsten kommt es zu einer Nichtfüllung
der Schmiedeteilform oder gar
zu einem Werkzeugbruch.
Heute können Finite-Elemente-Programme
eine systematische Analyse
jeder Fertigungsstufe ermöglichen. Mit
ihnen läßt sich feststellen, an welchen
Stellen welcher Werkzeugstufe die
extremsten Temperaturbelastungen
und die höchsten Spannungen auftreten.
Durch eine rechnerische Simulation
lassen sich vorab die einzelnen
Stadienfolgen optimal auslegen.
Derartige FEM-Programme werden bei
Thyssen seit geraumer Zeit mit großem
Erfolg eingesetzt.
Dr. Westerkamp: „Durch eine gleichmäßige
Belastung aller Fertigungsstufen
können optimale Standzeiten des
gesamten Werkzeugsatzes und darüber
hinaus eine Schonung der Maschine
erreicht werden.
SCHMIEDE-JOURNAL SEPTEMBER 1998
REPORT
Das Ziel einer FEM-Analyse ist es, bei
einem neu ins Fertigungsprogramm
aufgenommenen Warmfließpreßteil
durch Simulation des gesamten Fertigungsprozesses
aufwendige Versuche
und Nacharbeiten an den Werkzeugen
zu vermeiden, die Werkzeuge verschleißgerecht
auszulegen und das
Fließpreßteil in der gewünschten
Form, mit den geforderten Toleranzen
sowie gegebenenfalls mit einer bestimmten
Korngröße herzustellen. So
können aufwendige Versuche und
somit Zeit und Kosten gespart werden.
Für den zukünftigen Einsatz alternativer
standmengenverbessernder Werkzeugwerkstoffe
kommt der FEM zusätzliche
Bedeutung zu. So kann erst
nach genauer Analyse der thermisch
und mechanisch bedingten Werkzeugbelastungen
eine zielgerichtete Werkstoffauswahl
vorgenommen werden.
Natürlich ist bei der Einführung der
FEM zur Werkzeugauslegung ein
Abgleich mit der Praxis erforderlich,
damit man sicher ist, daß die theoretischen
Ergebnisse mit den tatsächlichen
Verhältnissen weitgehend übereinstimmen.
So sind z.iB. der tatsächliche Reibzustand
während der Umformung
sowie der Kühlschmiervorgang durch
die FEM kaum nachvollziehbar.“
Schmiedeteilqualität
und Toleranzen
Die Umformung erfolgt
in geschlossenen
Gesenken.
Die Schmiedeteile
sind also gratfrei
und haben im
Vergleich zu herkömmlichenSchmiedeteilen
den Vorteil
minimaler Gesenkschrägen
– normalerweise
0,5io ,
im Schaftbereich
meist nur 0,25io .
Darüber hinaus ist
die Qualität von
Hatebur-Produkten
mit der Qualität
vom Schmiedeteilen
aus einer
konventionellen
Pressenfertigung
in der Regel identisch.Bearbeitungsaufmaße
unterhalb
1,3 mm, Toleranzen
von nur einigen
1 /10 mm sind
hier das Maß aller
Dinge.
Verständlicherweise
wünschen sich die
20
Kunden noch mehr Genauigkeit.
Kombiniert man die Hatebur-Fertigung
mit einem anschließenden Kaltkalibriervorgang,
so können auch diese je
nach Anforderungen seitens des Kunden
erfüllt werden.
Auf diese Weise lassen sich sogenannte
Präzisionsschmiedeteile, das genaueste
was die Umformtechnik derzeit zu
bieten hat, mit Toleranzen bis in den
1
/100 mm-Bereich und gar einbaufertigen
Funktionsflächen durch den Einsatz
einer Hatebur wettbewerbsfähig
herstellen.
Dr. Westerkamp: „Unsere Besucher
sind immer wieder beeindruckt, wenn
sie einmal die Hatebur-Fertigung
beobachtet haben. Die hohe Geschwindigkeit,
mit der komplexe Warmfließpreßteile
Sekunde für Sekunde bei
hoher Fertigungssicherheit gefertigt
werden, hinterlassen oftmals einen bleibenden
Eindruck“.
Auch wenn die automatisierte
Fertigung spielerisch anmutet, darf sie
nicht darüber hinwegtäuschen, daß
allein der Erwerb einer AMP-HFE-
Maschine die Herstellung komplexer
Warmfließpreßteile nicht garantiert.
Derartige Schmiedeteile lassen sich
nur mit erheblichem technologischen
Einsatz in einem besonderen Umfeld
mit hochqualifizierten Mitarbeitern
sowie modernsten rechnerbasierten
Hilfsmitteln entwickeln und umsetzen.
Für die Zukunft ist Thyssen davon
überzeugt, in enger Zusammarbeit mit
dem Maschinenhersteller die besondere
Art der Mehrstufenfertigung im
Hinblick auf Genauigkeiten und höhere
Komplexität der Schmiedeteile weiter
steigern zu können.
Ziel ist es, auf diese Weise die Vorteile
des Warmformers auch für neue Produktfamilien
zu erschließen und sich in
noch stärkerem Maße zu behaupten.
Einen wesentlichen Beitrag hierzu
kann auch eine sehr enge Abstimmung
mit dem Kunden leisten.
Dr. Westerkamp: „Grundsätzlich versuchen
wir schon in der Konstruktionsund
Vorentwicklungsphase des späteren
Serienteils – bevor die Anfrage zu
uns gelangt – mit unseren Kunden über
eine fertigungs- sowie funktionsorientierte
und damit kostengünstige
Teileausführung zu sprechen.
Auf diese Weise ergeben sich Vorteile
sowohl für den Kunden als auch für
uns als Schmiedeunternehmen. Dies
gelingt natürlich nur durch eine
außerordentlich intensive Kundenbetreuung“.