Erwärmen bei der Umformung

Die induktive Erwärmung wird in der Umformtechnik auf vielfältige Weise zur Metallumformung eingesetzt. In den heutigen Schmiedelagern, Press- und Walzwerken wird sie vor allem für die Warm- und Halbwarmumformung eingesetzt. Die Induktionserwärmung ermöglicht eine schnelle und direkte Erwärmung des Ausgangsmaterials, was sich positiv auf die Wirtschaftlichkeit und den Prozess auswirkt. Das Material kann durch die Erhöhung der Temperatur leichter verformt oder gezielt geformt und damit umgeformt werden. Die Umformtechnik ist nach DIN genormt, wie es im Maschinenbau üblich ist. Zur Einteilung der Umformung von Werkstoffen wird in der Regel der Temperaturbereich oder die genaue Umformtemperatur verwendet. Nach DIN 8582 wird zwischen Kaltumformung, Halbwarmumformung und Warmumformung unterschieden. Kurbelwellen und andere extrem hoch beanspruchte Teile werden beim Schmieden am besten warm umgeformt. Auch hochsteife Werkstoffe lassen sich durch Warmumformung effizient umformen.

Grundlagen der Warmumformung

Unter Warmumformung versteht man das Umformen oberhalb der Rekristallisationstemperatur, die je nach Legierungsbestandteilen typischerweise 40 bis 60 Prozent der Schmelztemperatur beträgt. Geringe Umformkräfte und ein höheres Umformvermögen sind Merkmale, die beim Erwärmen von Bauteilen relevant sind. Es besteht ein Zusammenhang zwischen der Temperatur des Bauteils und der zu seiner Herstellung erforderlichen Kraft. Die Verformungsfestigkeit eines Werkstoffs wird jedoch neben dem Erwärmen von einer Reihe von weiteren Faktoren beeinflusst, darunter die Umformgeschwindigkeit, die Legierungsbestandteile und das gesamte Gefüge. Die Festigkeit kann beispielsweise im Zugversuch oder im Druckversuch als Kraft-Weg-Kurve berechnet werden, die nach Normierung auf die sich ändernde Probenfläche und Messbereichslänge eine charakteristische Kurve der Spannung in Abhängigkeit von der Dehnung ergibt. Durch logarithmische Betrachtung der Dehnung und der der Dehnung zu jedem Zeitpunkt entsprechenden Probenquerschnittsfläche lässt sich die sogenannte Fließkurve konstruieren.

Vor- und Nachteile der Erwärmung

Eine Vielzahl von Prozessvariablen beeinflusst, inwieweit ein Prozess durch Erwärmen verbessert werden kann. Die mit der Werkstückerwärmung verbundenen Aufwendungen stehen den Einsparungen an Umformenergie (Heizenergie und Heizsystem) gegenüber. Das Material muss außerdem kontrollierbar und für das gewünschte Temperaturfenster (Mikrostruktur) geeignet sein (manuelle Handhabung oder automatisierte Handhabung durch Roboter). Warmumformanlagen mit vollautomatisierten Linien stellen besondere Anforderungen an Zykluszeiten, Bauteiltransferzeiten und Kontaktzeiten. und Kontaktintervalle, um eine zu schnelle Abkühlung oder ungleiche Temperaturverteilung zu vermeiden. Im Vergleich zur Kaltumformung ist die Werkzeugbelastung beim Erwärmen der Bauteile wesentlich höher. Daher können bei der Warmumformung in der Regel weniger Teile hergestellt werden, bevor das Werkzeug an seine Standzeitgrenze stößt.