Was Kunden oft wollen, ist nicht „niedrige Härte“, sondern „leichtere Umformbarkeit“.
Bei der Herstellung von Kaltfließpressteilen hört man von Kunden häufig einen sehr vertrauten Satz:
„Kann dieses Material noch etwas weicher sein?“
Manche Kunden geben keine konkrete Härte an und sagen lediglich: „Etwas weicher, damit es sich besser umformen lässt.“ Andere wünschen eine Absenkung von 90 HRB auf etwas über 80 HRB; wieder andere fragen dann weiter:
„Ist auch 75 HRB möglich?“
Auf den ersten Blick klingt das ganz einfach: Wenn ein hartes Material schwer zu bearbeiten ist, sollte man es eben noch weicher machen.
Aber ist ein Material wirklich umso besser, je weicher es ist?
Die Antwort lautet:
Nein.
Was Kunden in der Regel wirklich benötigen, ist meist nicht ein bestimmter, besonders niedriger Härtewert, sondern vielmehr die dahinter stehenden Eigenschaften:
Gut zu fließpressen, leicht zu verarbeiten und stabil.
I. Warum sagen Kunden immer wieder „etwas weicher“?
Dieser Satz ist eigentlich leicht zu verstehen.
Eine Teigplatte ist zu hart – sie lässt sich nur mühsam formen; wird sie etwas weicher, lässt sie sich natürlich leichter bearbeiten.
Beim Stahl gilt im Prinzip dasselbe.
Bei sonst gleichen Bedingungen erfordert ein höherfestes und härteres Material beim Kaltumformen in der Regel größere Kräfte. In der Produktion kann dies zu einer erhöhten Auslastung der Anlagen, höheren Werkzeugbelastungen und schlechterer Materialfließfähigkeit führen, was auch die Einstellarbeiten erschwert.
Daher sagen die Kunden:
„Bitte macht es etwas weicher.“
Oft geht es dabei gar nicht um materialwissenschaftliche Fragen, sondern darum, uns mitzuteilen:
„Ich möchte, dass dieses Produkt einfacher herzustellen ist.“
Genau hier beginnt jedoch das Problem.
Denn „einfache Herstellbarkeit“ hängt nicht allein von der Härte ab.
II. Ist 80 HRB beim Fließpressen tatsächlich immer besser als 85 HRB?
Nicht unbedingt.
Angenommen, es gibt zwei Rollen eines Materials gleicher Güteklasse:
Material A: 80 HRB
Material B: 85 HRB
Nur nach den Zahlen beurteilt, würde wohl fast jeder zunächst Material A wählen.
Doch wenn die Rolle mit 80 HRB eine ungleichmäßige Gefügestruktur oder eine schlechte Oberfläche aufweist, während die Rolle mit 85 HRB ein gleichmäßiges Gefüge, eine gute Oberfläche und eine stabile Verarbeitungsqualität besitzt, muss das Ergebnis beim Kaltfließpressen nicht zwangsläufig bei 80 HRB besser sein.
Der Grund ist einfach:
Die Fließpresse bearbeitet nicht nur einen Härtegrad, der am Härtemessgerät angezeigt wird, sondern eine ganze Rolle des realen Materials.
Sie hat es mit Festigkeit, Duktilität, Gefüge, Oberfläche, Schmierung, Kaltverfestigung sowie der Gleichmäßigkeit dieser Eigenschaften über die gesamte Materialrolle hinweg zu tun.
Daher ist die Härte zwar wichtig, aber nur ein einzelner Parameter.
Einen niedrigeren HRB-Wert zu erreichen, bedeutet nicht automatisch, dass sich das Material beim Fließpressen besser verarbeiten lässt.
III. Material, das zu hart ist, lässt sich schwer verarbeiten, aber auch zu weich kann Probleme verursachen
Dies wird besonders häufig übersehen.
Wenn das Material zu hart ist, kann dies zu erhöhten Umformkräften und einer höheren Werkzeugbelastung führen; zudem kann sich der Prozessfensterbereich für großverformte Teile verringern.
Daher liegt es nahe zu denken:
Dann machen wir es eben noch weicher.
Aber das Material durchläuft noch weitere Fertigungsprozesse.
Einige Produkte müssen nach dem Kaltfließpressen noch gedreht, gebohrt oder CNC-bearbeitet werden; andere erfordern zusätzlich Aufkohlen, Vergüten oder andere Wärmebehandlungen.
Wenn man für einen einzelnen Kaltfließpressvorgang stets nur die niedrigste Härte anstrebt, löst man zwar das Problem dieser speziellen Phase, schafft jedoch möglicherweise neue Schwierigkeiten für den nächsten Fertigungsschritt.
Daher sollte man nicht danach suchen:
die niedrigste Härte.
Sondern vielmehr:
den für den gesamten Fertigungsablauf optimalen Materialzustand.
Diese beiden Konzepte sind völlig unterschiedlich.
IV. Auch beim Spheroidisieren geht es nicht darum, wer das Material am weichsten macht
Wenn Kunden ein weicheres Material wünschen, fügen sie oft hinzu:
„Dann sphäroidisiert es einfach noch einmal.“
Spheroidisieren ist in der Tat eine wichtige Methode, um die Kaltumformbarkeit bestimmter mittel- und hochkarbonhaltiger Stähle sowie von legierten Stählen zu verbessern.
Alleerdings geht es beim Spheroidisieren nicht allein um die Härte.
Wir achten vielmehr auf das Innere des Materials:
- welche Form haben die Karbide;
- ob die Verteilung gleichmäßig ist;
- ob grobkörnige Gefüge vorhanden sind;
- ob Oberfläche und Kern einheitlich sind;
- ob der Zustand über die gesamte Materialrolle hinweg stabil bleibt.
Das ist wie beim Reiskochen.
Nicht je mehr Wasser, desto besser – sondern erst wenn die Konsistenz genau richtig und der Reis im ganzen Topf gleichmäßig gegart ist, schmeckt er wirklich gut.
Genauso verhält es sich mit dem Material.
Eine niedrige Härteangabe allein hat wenig technischen Wert, wenn sie mit einem ungünstigen Gefüge verbunden ist.
Daher gilt:
Das Ziel des Spheroidisierens ist es, ein Gefüge zu erhalten, das für die nachfolgenden Bearbeitungsschritte geeignet ist, und nicht, rein auf die niedrigste HRB-Härte abzuzielen.
5. „90 ist möglich, warum nicht auch 75?“
Dies ist eine sehr typische Frage aus der Praxis.
Zum Beispiel bei einem bestimmten mittelkohlenstoffhaltigen legierten Stahl liegt der Lieferzustand derzeit bei etwa 90 HRB, und der Kunde wünscht sich einen noch weicheren Zustand.
85?
80?
Am Ende wird möglicherweise direkt gefragt:
„Können Sie auch 75 erreichen?“
Aus Sicht des Einkaufs erscheint diese Logik durchaus plausibel:
Wenn 90 auf 85 herabgesetzt werden kann, dann sollte 85 doch auch auf 80 sinken können – und 80 vielleicht sogar weiter auf 75?
Aber Material ist kein Klimagerät.
Man kann nicht einfach immer wieder die „-“-Taste drücken und die Härte beliebig senken.
Jeder Stahl hat seine eigene chemische Zusammensetzung und Gefügecharakteristik, und das letztendlich erreichbare Härteergebnis hängt zudem von Faktoren wie Werkstoffabmessungen, Ausgangsgefüge, Wärmebehandlungszustand sowie den nachfolgenden Bearbeitungsprozessen ab.
Sind wir also dem technologisch sinnvollen Grenzbereich des Materials bereits nahe gekommen, kann ein weiteres Absenken der Härte nicht mehr allein durch eine geringfügige Optimierung des Prozesses erreicht werden.
In solchen Fällen sollte die fachliche Antwort nicht lauten:
„Ja“ oder „Nein“.
Sondern zunächst folgende Frage gestellt werden:
„Warum muss es unbedingt 75 HRB sein?“
Denn die Antwort darauf ist weitaus wichtiger als die Zahl 75 selbst.
6. Der Kunde will 75 HRB – vielleicht braucht er aber gar nicht wirklich 75 HRB
Angenommen, der Kunde antwortet:
„Weil sich das Material jetzt schlecht kaltfließpresst.“
Dann lautet die eigentliche Frage:
Warum lässt es sich schlecht kaltfließpressen?
Bei zu hohen Umformkräften könnte die Härte tatsächlich ein Ansatzpunkt sein;
bei lokalen Rissen darf jedoch nicht allein die Härte betrachtet werden;
bei unzureichender Werkzeugstandzeit sind zudem die Wechselwirkungen zwischen Werkstoff, Schmierung und Werkzeug zu berücksichtigen;
und wenn der Kunde anschließend noch spanende Bearbeitung plant, müssen auch die Folgeprozesse mit einbezogen werden.
Was uns der Kunde also liefert, ist:
75 HRB.
Was der Werkstoffingenieur jedoch wirklich verstehen muss, ist:
welches Fertigungsproblem er lösen möchte.
Das ist der Unterschied zwischen technischer Beratung und bloßer Auftragsannahme.
7. Wichtiger als die „niedrigste Härte“ ist der „passende Prozessfensterbereich“
Eine wirklich stabile Kaltfließpressstahlqualität sollte nicht nur auf einen einzelnen Härtewert reduziert werden.
Wir betrachten in der Regel zusätzlich folgende Aspekte:
Werkstofffestigkeit und -duktilität, Gefügezustand, Oberflächenbeschaffenheit, Ziehverarbeitungszustand, Schmierzustand sowie das tatsächliche Umformmaß.
Man kann es sich wie das Autofahren vorstellen.
Ein Reifen ist nicht umso besser, je weicher er ist, und auch die Federung ist nicht automatisch angenehmer, je weicher sie ausgelegt ist.
Ein wirklich gut fahrender Wagen zeichnet sich dadurch aus, dass alle Systeme optimal aufeinander abgestimmt sind.
Ähnlich verhält es sich beim Kaltfließpresswerkstoff.
Wir suchen vielmehr nach einem geeigneten Prozessfenster,
in dem das Material leicht formbar ist, gleichzeitig aber durch übermäßiges Streben nach „Weichheit“ nicht die nachfolgenden Fertigungsprozesse beeinträchtigt wird und darüber hinaus eine konstante Qualität über Chargen und Rollen hinweg gewährleistet bleibt.
Dies ist deutlich aussagekräftiger als die reine Festlegung:
HRB ≤ einer bestimmten Zahl.
8. Material kann die Prozesse unterstützen, darf jedoch nicht als Sündenbock für das gesamte Fertigungssystem herhalten
Vor Ort tritt manchmal folgende Situation auf:
Die Werkzeuge sind schwer einzustellen – dann machen wir das Material noch etwas weicher.
Die Anlagenbelastung ist hoch – dann machen wir das Material noch etwas weicher.
Das Produkt lässt sich schlecht formen – dann machen wir das Material wieder etwas weicher.
Natürlich kann das Material optimiert werden.
Aber das Material ist kein Alleheilmittel.
Das Material hat seine Grenzen, die Werkzeuge haben ihre Aufgaben und die Anlagen haben ihre Leistungsfähigkeit.
Wenn alle Probleme letztlich nur durch eine Verringerung der Materialfestigkeit gelöst werden, wird das Problem des Fertigungssystems wahrscheinlich lediglich auf die Rohstoffseite verlagert.
Eine wirklich ausgereifte ingenieurtechnische Herangehensweise sollte sein:
Material, Werkzeuge, Anlagen, Schmierung und Prozess finden gemeinsam die bestmögliche Abstimmung.
Statt immer nur von einer einzelnen Komponente Zugeständnisse zu fordern.
9. Warum fragt die Creation Group oft zusätzlich: „Warum?“
Der Kunde fragt:
„Kann es bitte noch etwas weicher sein?“
Die einfachste Antwort wäre natürlich:
„Ja.“
Oder:
„Nein.“
Aber wir ziehen es vor, zusätzlich zu fragen:
„Warum benötigen Sie ein weicheres Material?“
Ist das Kaltfließpressen schwierig? Hat das Werkzeug eine zu geringe Lebensdauer? Ist die Anlagenbelastung hoch? Oder muss anschließend CNC-bearbeitet werden?
Nur wenn diese Frage geklärt ist, können wir beurteilen, ob der Kunde tatsächlich die Härte, die Gefügestruktur, den Bearbeitungszustand oder andere Aspekte anpassen muss.
Selten stellt sich jedoch heraus:
Dass die eigentliche Herausforderung gar nicht die Härte ist.
Dies ist auch etwas, das die Creation Group bei der Entwicklung von Kaltfließpressmaterialien konsequent verfolgt:
Der Kunde gibt uns eine Zahl, doch wir wollen den dazugehörigen Prozess dahinter verstehen.
Meinung eines Ingenieurs
Beim Kaltfließpressmaterial gilt: Nicht je weicher, desto besser, sondern je passender, desto besser.
Zu hart kann das Formen erschweren; zu weich ist möglicherweise für nachfolgende Fertigungsprozesse ungeeignet.
Ein wirklich gutes Material bietet nicht nur extreme Werte in einem einzelnen Parameter, sondern sorgt dafür, dass während des gesamten Fertigungsprozesses des Kunden ein angemessener, stabiler und reproduzierbarer Prozessfenster erhalten bleibt.
Deshalb möchten wir beim nächsten Mal, wenn wir hören:
„Bitte bringen Sie es auf 75 HRB.“
lieber zuerst fragen:
„Warum unbedingt 75?“
Denn die Beantwortung dieses „Warum“ führt oft näher an die tatsächliche Lösung des Problems als bloße weitere Reduzierung um einige HRB-Einheiten.
Über die Creation Group
Die Creation Group spezialisiert sich auf Kaltfließpressdraht, Sonderprofile und spezielle kaltumformbare Werkstoffe.
Wir bieten nicht nur bestimmte Werkstoffnummern, Spezifikationen oder Härten an, sondern möchten vielmehr verstehen, welches Endprodukt mit dem Material hergestellt wird, welche Verfahren es durchläuft und welche Probleme damit gelöst werden sollen.
Wir klären die Anforderungen genau und wählen das passende Material aus.
Allees Weitere, was die Gefügestruktur, das Prozessfenster und die konkrete Fertigungsroute betrifft, analysieren wir individuell unter Berücksichtigung des Produkts, der Anlagen und der Bedingungen vor Ort – darin liegt der wirkliche Mehrwert unserer Material-Engineering-Dienstleistungen.