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1 Zeitschrift für die Herstellung und Verarbeitung von Eisen und Stahl 1/ Januar 2010 ISSN Verlag Stahleisen GmbH, Postfach , Düsseldorf PVSt, Deutsche Post AG, Entgelt bezahlt, 6447

2 Reprint from stahl und eisen 129 (2009), 1 (2010), pages , Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf Fortschritte beim Freiformschmieden in den letzten 25 Jahren Progress in open-die forging technology during the last 25 years Sharam Sheikhi, Ralf Rech, Franz-Josef Wahlers, Dieter Bokelmann und Carl-Dieter Wuppermann Neue Werkstoffe für anspruchsvolle Schmiedeteile, wie z. B. warmfeste Turbinenwellen, haben der Weiterentwicklung der Schmiedetechnik starke Impulse gegeben. Höhere Anforderungen an Produkteigenschaften lösten bei Schmiedepressen, Manipulatoren und Ringwalzwerken bahnbrechende Neukonstruktionen aus, die sich durch wesentlich höhere Leistungskenndaten (Kräfte und Momente) und größere Genauigkeiten auszeichnen. Bei Schmiedemaschinen erlaubt das Programmschmieden, hochwertige Schmiedeteile mit reproduzierbaren Toleranzen zu erzeugen. Die Automatisierung des gesamten Schmiedeprozesses und die Integration von Simulationsberechnungen waren weitere Schwerpunkte der Entwicklung, ebenso die Automatisierung der Ultraschallprüfung und der zugehörigen Dokumentationswerkzeuge. New materials for high-grade forgings, such as high-temperature resistant turbine shafts, have spurred the development of forging technologies. More exacting demands on product properties have given rise to breakthrough innovations in forging press technology, manipulator design and ring rolling mills, markedly improving performance (forces and torques) and accuracies. Since the introduction of programme forging, forging machines are capable of producing high-grade forgings with reproducible tolerances. Additionally, automating the entire forging process and integrating simulation calculations into forging production has markedly influenced the development. Further milestones are the introduction of automated ultrasonic testing and documentation tools. Wenn die Steuerleute an einer modernen Schmiedeanlage ein mehrere 100 t schweres Schmiedestück bearbeiten und durch gezieltes lokales Abkühlen die Formänderung des Werkstoffes beeinflussen, so ist dies für den Beobachter ein eindrucksvolles Erlebnis. Manche Freiformschmiedestücke haben nicht nur gewaltige Abmessungen; auch die Präzision und Sensibilität, mit der sie in der Schmiedeanlage bewegt werden, ist erstaunlich, und der Zuschauer hat oft den Eindruck, dass er beim Schmieden eine kunstvolle, ja sogar artistische Umsetzung der Ingenieurwissenschaften in einen Produktionsprozess vor sich sieht. Und dieser Eindruck wird noch dadurch unterstrichen, dass das Spektrum der Schmiedeteile extrem weit gefächert ist: Es reicht von schweren Dr.-Ing. Shahram Sheikhi, ehemals Leiter Fachbereich Umformtechnik, Stahlinstitut VDEh, Düsseldorf; Dipl.-Ing. Ralf Rech, Vorsitzender des Schmiedeausschusses, Stahlinstitut VDEh, Spartenleiter Technik Schmiedeerzeugnisse, Buderus Edelstahl GmbH, Wetzlar; Dr.-Ing. Franz-Josef Wahlers, Mitglied der Geschäftsführung, ThyssenKrupp VDM GmbH, Werdohl; Dr.-Ing. Dieter Bokelmann, Technischer Geschäftsführer, Saarschmiede GmbH Freiformschmiede, Völklingen; Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Carl-Dieter Wuppermann, Geschäftsführendes Vorstandsmitglied Stahlinstitut VDEh, Düsseldorf. Observing the operators of a modern forging plant handling a forging weighing several hundred tonnes and influencing the formability of the workpiece by targeted cooling is a highly impressive experience. Not only the enormous dimensions of certain open-die forgings but also the high degree of precision and sensitivity applied to handle them within the forging plant might leave the observer open-mouthed. What he witnesses is an extremely skillful, if not artistic, implementation of engineering sciences in an industrial process. This impression is reinforced by the fact that forgings come in an extremely broad spectrum of sizes. They range from heavy-duty shafts of several meters length for power plant turbines through to minute elements of only 100 nm for nano robots used in medical technology, figure 1 [1]. In recent years the growing demand for open-die forgings has led to a worldwide increase in and modernization of plant capacities. Open-die forging today is a high-tech process consisting of many interrelated, fine-tuned operations, which would not be possible without the use of process computers and latest process control technology. The target of forging is to give cast ingots with weights of up to 600 t a shape that 2 stahl und eisen 130 (2010) Nr. 1

3 Wellen für Kraftwerksturbinen mit mehreren Metern Länge bis zu winzigsten Elementen für Nano-Roboter der Medizintechnik mit einer Größe von nur 100 nm, Bild 1 [1]. Der wachsende Bedarf an Freiformschmiedestücken hat in jüngster Zeit weltweit zu einer Steigerung und Modernisierung der Anlagenkapazitäten geführt. Das Freiformschmieden ist heute ein Hightechprozess mit genau aufeinander abgestimmten Arbeitsabläufen, der ohne den Einsatz von Prozessrechnern und ohne modernste Steuerung der Anlagen nicht mehr möglich ist. Das Ziel des Schmiedens besteht darin, die bis zu 600 t schweren gegossenen Blöcke möglichst nahe an die endgültige Kontur (Near-Net-Shape) heranzuformen. Dabei hat der Schmied Ungänzen im Blockguss dichtzuschmieden, sodass ein fehlerfreies Schmiedestück mit dem geforderten Gefüge entsteht. Dementsprechend zeichnen sich Schmiedeteile durch eine lange Lebensdauer bei starker dynamischer Belastung aus [2; 3]. Die technischen Fortschritte der letzten Jahre im Bereich der Freiformschmiede sind geprägt durch einen starken Kostendruck. Aus diesem Grund wurden verschiedene Entwicklungen vorangetrieben, um die Erstellung der Stichpläne und die Erfassung der Prozessdaten zu automatisieren und miteinander zu verknüpfen. Anders ausgedrückt: Der schnelle und vollständige Datenrückfluss aus dem Schmiedeprozess ist ein Wirtschaftlichkeitskriterium und spielt daher eine wesentliche Rolle bei allen aktuellen Entwicklungsprojekten. Immer strengere Umweltauflagen und steigende Energiekosten haben außerdem die Weiterentwicklung von alternativen Technologien im Bereich der Wärmeaggregate und Härtetechnik sowie der Nachbearbeitung begünstigt [4]. Im Folgenden werden die Fortschritte auf den Sektoren Werkstoffe Wärmeaggregate Schmiedeaggregate Wärmebehandlung, Nachbearbeitung und Prüfung Prozessentwicklung/-optimierung und Ringwalzen dargestellt. Viele der neuen oder verbesserten, inzwischen in der betrieblichen Praxis eingeführten Techniken wurden von den Ausschüssen des Stahlinstituts VDEh begleitet bzw. in den jeweiligen Ausschüssen ausgiebig erörtert und diskutiert. 1 Nano-Schmiedeblock, mal kleiner als ein halbes Salzkorn (links) [1] und konventioneller 80-t-Schmiedeblock (rechts); Quelle: Buderus Edelstahl GmbH A nano-size forged ingot times smaller than half a grain of salt (left) [1] and a conventional 80-t forged ingot (right); source: Buderus Edelstahl GmbH Werkstoffe Im Hinblick auf die gestiegenen Anforderungen an die Qualität geschmiedeter Produkte hat die Optimierung der Ausgangswerkstoffe einen besoncomes as close as possible to their final contour (near net shape). At the same time the forgemaster must densify the ingot such that any flaws in the ingot are transformed into a flawless forging with a specified microstructure. Therefore, a characteristic performance feature of forgings is their very long service life under heavy dynamic loads [2; 3]. The advances made during the last few years in opendie forging technology were strongly cost-driven. This has given rise to various developments focusing on automating and linking the processes of pass schedule calculation and process data acquisition. In other words: High-speed feedback of the complete data generated during the forging process is an important efficiency criterion of all current development projects. Increasingly stringent environmental legislation and rising energy costs have given additional impetus to the development of alternative technologies in heating, hardening and machining processes [4]. The following chapters of this article deal with the progress in the following fields materials heating equipment forging equipment heat treatment, machining and inspection process development/optimization and ring rolling. Many of the innovations or technological improvements meanwhile introduced in operational practice were accompanied by or discussed in the technical committees of the Steel Institute VDEh. Materials As the requirements on the quality of forged products have become increasingly exacting, optimizing the input materials has moved more and more into the focus. In the steelmaking shop these requirements are fulfilled by various established measures, e. g. vacuum induction melting (VIM) for the production of super-alloys stahl und eisen 130 (2010) Nr. 1 3

4 Serie 150 Jahre VDEh 2 Schwere ND-Welle für Kohlekraftwerke; Quelle: Saarschmiede GmbH Freiformschmiede Heavy low-pressure shaft for coal-fired power plants; source: Saarschmiede GmbH Freiformschmiede deren Stellenwert. Durch Maßnahmen wie z. B. den Einsatz von Vakuuminduktionsöfen (VIM) zur Herstellung von Superlegierungen (nickel- und cobaltbasierte Legierungen) werden diese Anforderungen im Bereich des Stahlwerks erfüllt. Für besonders beanspruchte Werkstoffe werden darüber hinaus die Umschmelzverfahren ESU (Elektroschlacke- Umschmelzen) und VAR (Vacuum Arc Remelting) oder sogar nacheinander alle drei Verfahren als sogenanntes Triple Melt (VIM-ESU-VAR) angewendet. Maßnahmen zum besseren Verständnis der metallurgischen Abläufe in der Schmelze sowie Mess- und Überwachungssysteme sorgen dafür, dass bei der Schmelzenzusammensetzung engste Grenzen eingehalten werden. Hier sind vor allem Modelle, die das Desoxidieren des Stahls genauer erfassen, und Temperaturüberwachungssysteme im Konverter zu nennen. Zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit hochbeanspruchter Schmiedestücke steigt die Bedeutung neu entwickelter Stahlsorten. Ein Beispiel ist die Weiterentwicklung der druckaufgestickten Stähle mit etwa 1 % Stickstoff, die für korrosionsbeständige Wälzlager und Kunststoffformen sowie als Generatorenkappenringe eingesetzt werden. Der Stickstoff trägt in diesen hochlegierten austenitischen und martensitischen Stählen zur Festigkeitssteigerung sowie zur Verbesserung der Zähigkeit und des Korrosionswiderstandes bei [5; 6]. (nickel and cobalt-based alloys). For the production of extremely heavy-duty materials additional processes such as electro-slag remelting (ESR) and vacuum arc remelting (VAR) are used, or all three processes are applied one after another, called Triple Melt (VIM-ESU- VAR). Measures that enhance the understanding of metallurgical processes in the melt as well as measuring and control systems provide the preconditions attaining for closest analysis tolerances of the melt. Here, above all, models providing a more detailed picture of what is going on during steel deoxidation and systems for controlling the temperature in the converter are to be mentioned. With the objective in mind of improving the performance and reliability of high-duty forgings, the development of new steel grades has become increasingly more important. An example in this context is the further development of high-pressure nitrided steels, which contain about 1 % nitrogen and are used to produce corrosion-resistant ball and roller bearings, steel moulds for the production of plastic components and rings for generator caps. The nitrogen contained in these high-alloy austenitic and martensitic steels increases the tensile and impact strength of the material as well as its corrosion resistance [5; 6]. A main area of material-related development activities has been the enhancement of high-temperature materials for turbine construction suitable for operating temperatures above 650 C, figure 2. Current research projects deal with the development of highnickel alloys withstanding inlet steam temperatures above 700 C. These include alloying systems on the basis of tungsten, cobalt, niobium, boron and nitrogen, which form extremely stable nitride and carbide phases, enhancing the forgings fatigue and strength properties at high temperatures. In general mechanical engineering, the development of materials for large-gear construction deserves special mention. These materials enable the production of gear components with improved ductile properties, improved fine grain stability and reduced distortion during hardening. Especially for high-temperature processes under vacuum, the stability of the fine grained structure is of decisive importance. Further developments of tool steels were made in the field of mould construction, i. e. low-alloyed and chromium-alloyed maraging steels. Besides higher ductility values, these materials were to feature better resistance to abrasive and corrosive media [5... 8]. Heating equipment Forging furnaces must withstand harsh operating conditions with operating temperatures of up to C and heavy mechanical and thermal loads, figure 3. Additionally, increasingly exacting environmental protection requirements have to be fulfilled. 4 stahl und eisen 130 (2010) Nr. 1

5 Ein Schwerpunkt im Bereich der Werkstoffe lag in der Weiterentwicklung von warmfesten Turbinenwerkstoffen für Betriebstemperaturen oberhalb von 650 C, Bild 2. Aktuelle Forschungsvorhaben befassen sich mit der Entwicklung von Nickelbasislegierungen für den Einsatz bei Dampfeintrittstemperaturen oberhalb von 700 C. Hier sind Legierungssysteme auf der Basis von Wolfram, Cobalt, Niob, Bor und Stickstoff zu nennen, die durch Bildung von besonders stabilen Nitrid- und Carbidphasen die Warmfestigkeits- und Langzeiteigenschaften der Schmiedestücke erhöhen. Im Bereich des allgemeinen Maschinenbaus sind Werkstoffentwicklungen für den Großgetriebebau erwähnenswert, die eine verbesserte Zähigkeit der Getriebeteile, eine Erhöhung der Feinkornstabilität und eine Reduzierung des Verzuges bei Härteprozessen bieten. Insbesondere die Feinkornstabilität ist bei Hochtemperaturprozessen unter Vakuum von entscheidender Bedeutung. Die Weiterentwicklung im Bereich der Werkzeugstähle betraf den Formenbaubereich, d. h. die niedriglegierten und chromlegierten martensitaushärtbaren Stähle. Angestrebt wurde neben einer höheren Zähigkeit eine Steigerung der Beständigkeit gegen abrasive und korrosive Medien [5... 8]. Wärmeaggregate Schmiedeöfen werden unter rauen Einsatzbedingungen mit hohen Betriebstemperaturen (bis zu C) sowie unter starker mechanischer und thermischer Belastung betrieben, Bild 3. Zusätzlich sind steigende Anforderungen aus dem Bereich des Umweltschutzes zu beachten. Um den Energieverbrauch weiter zu verringern, was sowohl aus ökonomischer als auch ökologischer Sicht erwünscht ist, wurden mit Erfolg wichtige Verbesserungen in der Anlagentechnik und in der Regelung und Steuerung der Wärmeaggregate realisiert. Die entsprechenden Maßnahmen bewirken einen verbesserten Wärmeeintrag ins Nutzgut und eine optimierte Belegung der Öfen; im Einzelnen handelt es sich um die Einführung der rechnergeführten Ofensteuerung, die Aufteilung der Wärmeaggregate in Mehrzonensysteme, die Berücksichtigung der Strömungsmechanismen in den Öfen, eine effektivere Brennertechnologie sowie die Nutzung der Temperatur der Abgase. Durch eine Wärmerückgewinnung wird die im Abgas noch vorhandene Wärme zur Brennluftvorwärmung genutzt. Untersuchungen haben gezeigt, dass im Vergleich zu Öfen ohne Rückgewinnung durch eine rekuperative Wärmerückgewinnung eine Brennstoff- bzw. CO 2 -Einsparung von bis zu 25 % und durch eine regenerative Rückgewinnung eine Einsparung von bis zu 50 % möglich ist. Weiterhin With the objective in mind to further reduce energy consumption, which is desirable both for economic and ecological reasons, numerous improvements have been realized in the design and control of heating plants. These improvements have led to more efficient heat transfer into the workpiece and optimized furnace charging. More specifically, the achievements include the introduction of computerized furnace control, the subdivision of the heating plants into systems of multiple heating zones, the consideration of flow mechanisms in the furnace design, more efficient burner technology and heat recovery from the waste gases. Heat recovery uses the heat retained in the offgas for preheating the combustion air. Investigations have shown that, compared to furnaces without heat recovery, recuperative heat recovery can save fuel consumption and bring down CO 2 emissions by up to 25 %. Regenerative heat recovery can even save up to 50 %. Furthermore, the quality of heating has been improved by systems such as the tube regenerative burners, which distinguish themselves by the fact that the hot gases have to cover only short flow distances between the furnace, heat exchanger and burner. Combined with flat flame burners, they can save up to 30 % primary energy. The flat flame burner technology also avoids partial overheating of the forging. Thus negative effects on the surface and microstructure of the forging are securely prevented [8; 9]. The manufacture of forgings for the aviation industry, e. g. turbine shafts, place extremely exacting requirements on furnace operation and temperature control. The here applied heating equipment must therefore come up to highest standards in terms of accuracy in temperature control and reproducibility of process control. Oxygen analyzers in the waste gas flow perform functions such as regulation of the gas-air ratio in the furnace depending on the charged alloys and operation of partial load. At the same time the regulation of the oxygen rate also brings savings in fuel consumption [5; 10; 11]. For controlled furnace operation monitoring systems were developed capable of checking the current temperatures of the heating equipment against the specified nominal temperatures of the forging ingots at minute intervals and generating a reliable documentation of the temperature curves. This technique ensures that the quality of forged products becomes reproducible in terms of temperature and time - from the crude ingot through to the final forged product [12]. The decision as to what is the most favourable sequence of heating orders is based on operator experience and the individual product specifications. The integration of techniques such as fuzzy logic or neural networks into measuring and control systems pro vides the basis for optimized furnace charging, as the required heating-up temperatures and times can stahl und eisen 130 (2010) Nr. 1 5

6 Serie 150 Jahre VDEh 3 Herdwagenofen; Quelle: Buderus Edelstahl GmbH Bogie hearth furnace; source: Buderus Edelstahl GmbH wurde die Beheizungsqualität durch Systeme wie den Rohrregeneratorbrenner gesteigert; die Besonderheit bei diesem System besteht in den kurzen Strömungsstrecken der Heißgase zwischen Ofen, Wärmetauscher und Brenner. In Kombination mit Flachflammenbrennern können so bis zu 30 % an Primärenergie gespart werden. Außerdem wird mit der Flachflammbrennertechnologie eine partielle Überhitzung (Anstechen) des Schmiedestücks vermieden. Dadurch sind negative Folgen für die Schmiedestückoberfläche und das Gefüge ausgeschlossen [8; 9]. 4 Schmiedepresse und Manipulator; Quelle: ThyssenKrupp VDM Forging press and manipulator; source: ThyssenKrupp VDM be determined while taking into account economic and logistic aspects [13]. Forging equipment In 1961 the largest cast ingot weighed 140 t. In 1986, 25 years later, ingots of up to 600 t weight were produced in Japan. As a result of the rising weight of the cast ingots the capacity of the forging equipment had to be increased [14]. The rotor shaft of the world s biggest high-pressure steam turbine was forged from an ingot weighing some 230 t [15]. According to the IFM country reports published from 1991 to 2008, in the 1980s presses with press forces above 100 MN were rather the exception, whereas in 2008 worldwide a total of 27 presses with forces higher than 100 MN were ordered or commissioned. Most recently, forging presses with press forces exceeding even 150 MN were built, with stroke movements attaining accuracies within the 1 mm range. State-of-the-art presses with smaller press forces realize more than 100 strokes per minute in shift operation. The basic motive for further developing the press design was to minimize damages caused by eccentric forging forces. Originally, the press cylinder and the upper cross beam were manufactured as a single casting. Meanwhile that design has been superseded by forged cylinders. This solution has the advantage that higher operating pressures can be transmitted. The plunger and the movable crosshead are connected by spherical joints, developed to release the cylinder liner from lateral forces. As a further measure, round columns were replaced by square ones with flat guides, providing higher guiding accuracy and producing less wear. The considerable height of this press design (pushdown press) had a negative effect on the stability of the press and was inconvenient for maintenance. These drawbacks were counteracted by developing the underfloor press. This press design provides a number of advantages such as a quicker response to controls, shorter pipework and reduced risk of fire. The design of these presses makes them the ideal solution for applications with high eccentric loads, making up for the extra effort of having to build up to 15 m deep foundation pits. The call for improved visibility of and access to the tools led to the development of two-column presses. Hydraulic control of the press became much more precise thanks to the technical advancements in hydraulic engineering. This made it possible to simplify the automation system without compromising on the precision of the forging operation. Reduced wear and more economic operation of the presses were additional advantages. Therefore since the 1970s water hydraulics have been increasingly superseded by oil-hydraulic direct drives, figure 4 [ ]. 6 stahl und eisen 130 (2010) Nr. 1

7 Besonders hohe Anforderungen an die Temperaturführung und Regelung der Öfen werden durch Schmiedeprodukte für den Bereich der Luft- und Raumfahrt gestellt, z. B. bei Turbinenwellen. Die hierfür eingesetzten Wärmeaggregate müssen daher höchste Ansprüche an die Exaktheit der Temperaturführung, die Reproduzierbarkeit der Prozessführung und die Prozesskontrolle erfüllen. Durch den Einsatz von Sauerstoffanalysatoren im Abgasstrom wird z. B. legierungs- und teillastbetriebsabhängig das Gas-Luft-Verhältnis im Ofen geregelt, gleichzeitig führt die Sauerstoffregelung zur Brennstoffeinsparung [5; 10; 11]. Für die Ofenführung wurden Überwachungssysteme entwickelt, die im Minutentakt die aktuellen Temperaturen der Wärmeaggregate mit den vorgeschriebenen Temperatursollwerten der Schmiedeblöcke kontrolliert und nachvollziehbar dokumentieren. Damit ist ein Weg zur Sicherstellung einer reproduzierbaren Qualität der Schmiedeprodukte hinsichtlich Temperatur und Zeit vom Rohblock bis zum fertigen Schmiedeprodukt realisiert [12]. Die Entscheidung über die richtige Reihenfolge der Aufträge in den Wärmeaggregaten basiert auf den Erfahrungen der Mitarbeiter und den Vorgaben für die jeweiligen Produkte. Die Integration von Techniken wie Fuzzy Logic oder neuronalen Netzwerken in das Mess- und Regelsystem ermöglicht eine Optimierung der Ofenbelegung unter Berücksichtigung der wirtschaftlichen und logistischen Aspekte bei Beachtung der erforderlichen Aufheiztemperaturen und -zeiten [13]. Schmiedeaggregate Im Jahr 1961 betrug das Gewicht des größten gegossenen Blockes 140 t; 1986 d. h. 25 Jahre später wurden in Japan 600 t schwere Blöcke hergestellt. Mit dem steigenden Gewicht der gegossenen Blöcke wurde die Leistungsfähigkeit der Schmiedeaggregate entsprechend erhöht [14]. Die Rotorwelle der größten Hochdruckdampfturbine der Welt wurde aus einem etwa 230 t schweren Gussblock geschmiedet [15]. Während in den 1980er-Jahren entsprechend den IFM-Länderberichten von 1991 bis 2008 Pressen mit einer Kraft größer 100 MN eher eine Ausnahme waren, wurden im Jahre 2008 weltweit 27 Pressen mit einer Kapazität größer 100 MN bestellt und teilweise in Betrieb genommen. Die aktuellen Schmiedepressen übertragen sogar Presskräfte größer 150 MN. Die Genauigkeit der Hubbewegung liegt im Bereich von 1 mm. Aktuelle kleinere Pressen können mehr als 100 Hübe pro Minute im Schichtbetrieb realisieren. Hauptmotiv für die Weiterentwicklung der Pressenkonstruktionen war die Minimierung von Schäden, die durch die Einleitung exzentrischer The productivity of forging shops can be significantly increased by integrating the control system with the press and manipulator parameters, figure 4. Current operating results show that the integration of the manipulators alone may raise productivity by up to 20 %. Modern manipulators are of a sturdy and failure-safe design. They not only handle high forces and torques (1 600 kn and knm) [19] but also, through a central control pulpit of the press, perform the following remote controlled functions: accurate turning of the tongs at the specified angle precision, stabilizing the tong carriers, reproducible positioning of the forged piece, holding the forging in position in all axial directions, synchronous and parallel vertical tracking of the tongs, coordinating its movements with the press strokes and, if available, with a second manipulator. Modern manipulators are designed in such a way that they can handle the workpiece extremely carefully and hold a position for a long time without any variations. They grab the forging securely without leaving any marks or allow the forging to slip without the risk of letting it drop. These developments were accompanied with advances in the fields of hydraulic engineering and automation technology [ ]. Forging machines are designed for the production of rotationally symmetric forgings, such as bars, feed stock for tube mills, sword and mandrel rods. Their forging capacity is much higher than those of other forging equipment. Today s forging shops are unthinkable without forging machines, as preforging units for ingots or as finish forging machines for steel bars. The forging machine is particularly suitable for forming delicate high-alloy steel grades, as during the forging operation the work piece is held tight from all sides. Besides the advancements in plant engineering, the automation of the forging process and the progress in programme forging can be considered as the most influential developments of the last 25 years. Modern forging machines capable of operating with variable stroke frequencies have prepared the ground for new forging strategies. Integrating these plants into the logistics chain of the forge has enabled automation of the complete forging process - from pick-up of the ingot from the run-in roller table through to placement of the finished forged product for most material grades and products. The products forged in such a plant configuration distinguish themselves by extremely smooth surfaces with closest tolerance. This is attributable to the high stroke frequencies of more than 200 strokes per minute during the finishing pass, figure 5 [8; ]. stahl und eisen 130 (2010) Nr. 1 7

8 Serie 150 Jahre VDEh Schmiedekräfte hervorgerufen wurden. Die ursprüngliche Konstruktion des Presszylinders und des Oberholms als ein gemeinsames Gussteil wurde durch geschmiedete Zylinder ersetzt. Dadurch können höhere Betriebsdrücke übertragen werden. Kugelige Verbindungen zwischen Plunger und dem beweglichen Querhaupt wurden entwickelt, um Seitenkräfte von der Zylinderbuchse fernzuhalten. Außerdem wurden die Säulen mit rundem Querschnitt durch Vierkantsäulen mit Flachführungen ersetzt, da sie eine bessere Führungsgenauigkeit und einen geringeren Verschleiß aufweisen. Die große Höhe dieser Pressenbauart (Oberflurpresse) wirkte sich nachteilig auf die Stabilität der Presse und auf die Wartungsarbeiten aus. Diesen Nachteilen wurde mit der Entwicklung der Unterflurpresse begegnet. Diese Bauart bietet als Vorteile vor allem eine schnellere Reaktion auf Steuerimpulse, kürzere Rohrleitungen sowie eine reduzierte Brandgefahr. Aufgrund ihrer Konstruktion ist sie ideal für den Einsatz bei großen exzentrischen Presskräften; dies kompensiert teilweise den Nachteil, dass bis zu 15 m tiefe Keller erforderlich sind. Die Forderung nach einer Optimierung der Sichtverhältnisse und der Zugänglichkeit zum Werkzeug führte zur Entwicklung von Pressen mit nur zwei Säulen. Die Entwicklungen im Bereich der Hydraulik ermöglichten eine exaktere hydraulische Steuerung der Presse. Dadurch wurde es möglich, das Automatisierungssystem einfacher zu gestalten, ohne Nachteile für ein maßgenaues Schmieden in Kauf nehmen zu müssen. Ein geringerer Verschleiß sowie ein wirtschaftlicherer Betrieb der Pressen waren weitere Vorteile. Die ölhydraulischen Direktantriebe haben daher ab den 1970er-Jahren zunehmend die alte Wassertechnik abgelöst, Bild 4 [ ]. Eine enorme Steigerung der Produktivität der Schmiedebetriebe wird erreicht, wenn die Steuerung und die Kenndaten von Pressen und Manipulatoren aufeinander abgestimmt werden, Bild 4. Aktuelle Betriebsergebnisse zeigen, dass allein durch die Integration der Manipulatoren eine Steigerung der Produktivität um bis zu 20 % möglich ist. Moderne Manipulatoren sind robust und nicht fehleranfällig. Sie können nicht nur die erforderlichen Kräfte und Momente (1 600 kn und knm) übertragen [19], sondern auch als ferngesteuerte Geräte von einem gemeinsamen Steuerpult der Presse aus folgende Funktionen ausführen: präzise Rotation der Zangen mit der entsprechenden Winkelgenauigkeit, Stabilisierung der Zangenträger, reproduzierbare Positionierung des Schmiedegutes, Heat treatment, machining and inspection The specific mechanical properties of the forging are set after the heat treatment in the hardening shop. Alongside the classical hardening media oil and water, polymer hardening has become an established alternative, figure 6. In the elevated temperature range the quenching effect of polymer solutions is higher, in the lower temperature range it is weaker than that of comparable hardening oils for an equivalent total quenching time. Other factors such as the ever more exacting environmental legislation and fire protection requirements - the polymer solution does not require any major fire safety measures to be taken - gave additional impetus to the development and increasing use of polymer baths [9; 26]. In machining processes there has been a growing trend in recent years towards minimizing the consumption of cooling lubricants, as the recycling and conditioning of cooling lubricants is costly and impacts on man and the environment. Therefore only those lubricants and cooling agents - if any - are used which completely vapourize during processing, leaving only dry machining chips [9]. Forgings are inspected in order to check whether they are flawless and dense forged as specified by the customer. In this respect ultrasonic techniques have proven extremely useful for a long time [23]. However, inspection techniques have recently made an enormous leap in sophistication triggered by the growing demands on the quality of forged products. Being spurred by the advances in information technology, this development has focused on improving the sensitivity of the testing equipment, automating the testing procedures, evaluating internal defects in an objective and reproducible manner as well as improving documentation. A milestone development was the multichannel ultrasound transducer, which is capable of inspecting a forging from different directions of radiation at the same time, dispensing with the need to use various individual transducers for different directions of radiation. Due to the introduction of the multichannel technology, testing times could be reduced, especially for components subject to testing from different sound directions. Dedicated software tools, e.g. quasi-online tomography, deliver quality data of the component while the measuring process is going on. After completion of the measurement the stored test data undergo detailed evaluation on a separate computer. Thanks to the availability of vast capabilities of data processing it is possible to determine the exact location of a defect and evaluate the defects taking this knowledge into consideration, figure 7 [9; 27]. Like all operations in a forging shop, also testing routines are today characterized by a high degree of automation. Whereas ultrasonic testing of heavy forgings used to be performed manually by mobile 8 stahl und eisen 130 (2010) Nr. 1

9 Positionshaltung in allen Achsrichtungen, synchrone und parallele Vertikalnachführung der Zangen, Koordination der Bewegungen mit den Pressenhüben und, sofern vorhanden, mit dem zweiten Manipulator. Moderne Manipulatoren sind derart konstruiert, dass eine feinfühlige Werkstückbehandlung möglich ist (d. h. ein Zupacken, ohne Abdrücke zu hinterlassen, oder ein Rutschen, ohne das Werkstück fallen zu lassen) und dass die Position präzise und lange gehalten wird. Diese Entwicklung ist einhergegangen mit Fortschritten im Bereich der Hydraulik und der Automatisierungstechnik [ ]. Schmiedemaschinen sind für die Produktion von rotationssymmetrischen Schmiedestücken, wie z. B. Stabstahl, Röhrenvormaterial, Schwertund Dornstangen, vorgesehen und zeichnen sich gegenüber anderen Schmiedeaggregaten durch ihre hohe Schmiedeleistung aus. Die Schmiedemaschine, gleichgültig ob als Vorschmiedeaggregat für Blöcke oder als Fertigschmiedemaschine für Stabstahl, ist aus den Schmiedebetrieben nicht mehr wegzudenken. Da beim Schmieden keine Zugspannungen entstehen, weil das Werkstück allseitig umfasst wird, ist die Schmiedemaschine für das Verformen empfindlicher, hochlegierter Qualitäten besonders geeignet. Neben den anlagentechnischen Entwicklungen sind die Automatisierung und der Fortschritt im Bereich des Programmschmiedens als Hauptentwicklungen der letzten 25 Jahre zu sehen. Moderne Schmiedemaschinen haben den Schmiedebetrieben durch die variable Hubfrequenz die Möglichkeit eröffnet, neue Schmiedestrategien zu verfolgen. Die Integration dieser Anlagen in den logistischen Ablauf der Schmiede ermöglichte für die meisten Werkstoffe und Schmiedeprodukte die Automatisierung des Schmiedeprozesses vom Abruf des Werkstückes im Einlaufrollgang bis zur Ablage des fertig geschmiedeten Produktes. Dabei zeigen die so geschmiedeten Produkte eine besonders glatte Oberflächengüte mit engsten Toleranzen, die auf die hohe Hubfrequenz von über 200 Hüben testing devices, nowadays more and more customers are demanding mechanized or automated testing procedures for their forgings. The mechanics and controls of this new generation of testing devices not only give them higher testing capacities but also open up the possibility of inspecting also those components in an automated procedure which so far could only be tested by a manual routine. Automatic testing plants are already in use for components weighing up to 65 t and for shafts up to 15 m long with weights of up to 100 t [27]. Process development and optimization The first step to be realized in order to guarantee reproducible quality in the forging shop is to capture and at the same time analyze the forging data. This information is necessary to relate variations in the quality of a forged product to the manufacturing process. Forgings subjected to heavy dynamic loads must be forged with controlled bite shift. For this purpose, during the last 25 years programme forging has been advanced and implemented in the forges. Through this it became possible to forge heavy ingots in numerically controlled forging plants (presses/manipulators or 5 Schmiedemaschine RF70; Quelle: Deutsche Edelstahlwerke GmbH Forging machine RF70; source: Deutsche Edelstahlwerke GmbH 6 Härten von Schmiedestücken (von links nach rechts): Öl-, Wasser- und Polymerbad; Quelle: Buderus Edelstahl GmbH Hardening processes for forgings (from left to right): Oil, water and polymer bath; source: Buderus Edelstahl GmbH stahl und eisen 130 (2010) Nr. 1 9

10 Serie 150 Jahre VDEh pro Minute im Schlichtstich zurückzuführen ist, Bild 5 [8; ]. Wärmebehandlung, Nachbearbeitung und Prüfung Die gezielte Einstellung der mechanischen Eigenschaften erfolgt nach der Wärmebehandlung in der Härterei. In der Härtetechnik hat sich neben den klassischen Härtemedien Öl und Wasser die Polymerhärtung etabliert, Bild 6. Bei vergleichbaren Gesamtabschreckzeiten haben Polymerlösungen im höheren Temperaturbereich eine stärkere und im unteren Temperaturbereich eine schwächere Abschreckwirkung als vergleichbare Härteöle. Die Entwicklung und die Anwendung von Polymerbädern wurde nicht zuletzt durch ständig steigende Umweltauflagen sowie durch die Forderungen des Brandschutzes begünstigt, da für die Polymerlösung keine aufwendigen Brandschutzvorkehrungen erforderlich sind [9; 26]. Im Bereich der mechanischen Bearbeitung zeigte sich in den letzten Jahren ein Trend zur Minimierung der eingesetzten Mengen an Kühlschmierstoff, da die Aufbereitung und Pflege der Kühlschmierstoffe sehr aufwendig ist und eine Belastung für den Menschen und die Umwelt darstellt. Somit werden falls erforderlich Schmier- und Kühlstoffe eingesetzt, die während der Bearbeitung rückstandslos verdampfen und trockene Späne hinterlassen [9]. Die Prüfung der Schmiedestücke hat die Aufgabe, zu kontrollieren, ob die Teile so wie gefordert fehlerfrei bzw. kerndicht sind. Als hierfür besonders aussagefähig hat sich schon seit langem die Ultraschalltechnik erwiesen [23]; jedoch hat sich aufgrund der gestiegenen Anforderungen 7 Sechsfach-Prüfkopfsystem an einer Wellenprüfanlage; Quelle: Saarschmiede GmbH, Freiformschmiede Inspection system integrating six transducers in operation at a shaft testing plant; source: Saarschmiede GmbH Freiformschmiede forging machines) in a reproducible procedure using appropriate control systems and based on pass sched ules that were calculated beforehand. Programme forging was introduced in the 1980s building on the knowledge obtained from studies on bite shift forging and shape deformation in the core zone of the forging as well as related theoretical fundamental knowledge. This knowledge today is made use of in the simulation programmes developed to forecast the microstructure and possible flaws of a forging, figure 8. A recent trend is to integrate on-line measurement into the forging process [ ]. The presses are equipped with laser and temperature gauges that capture and analyze shape information and send this information to the operator, all in an on-line process during forging. This gives the operator the possibility to optimally set the individual press strokes based on setpoints delivered throughout the forging process, achieving optimal microstructure formation and homogeneity over the complete length of the forging. In addition, the measuring systems provide data about deviations in the geometry of the forging, which can be corrected directly at the press, avoiding time-consuming and costly reworking. Storage of the measured data is an important asset of quality assurance as it enables reliable tracing of sources of defects [7; 9]. Current research activities concentrate on the development of simulation models capable of calculating the microstructure of the forging between the individual passes and sending this information to the operator. The inter-pass microstructures are computed based on data from the temperature and geometry measurements and the simulation calculation being performed in parallel [32]. Increasing use is made of software tools used to model and simulate the materials and the forging processes, with the objective of further optimizing the manufacturing process and the quality of forged prod ucts. These tools are also very helpful in developing new materials as they can be used to define and delimit the necessary process parameters. Phase calculation software computes the microstructural phases in alloys for different alloy concentrations and relative to the temperature. Based on these computations it is possible to select and determine the parameters for a forging process, e. g. the temperature ranges, in such a way that the formation of undesired phases is prevented and the formation of desirable phases is promoted. Here use is made of FEM software to describe and predict deformation and microstructural states. This information is used to optimize the efficiency and manufacturing costs of forging operations and to objectively set the desired homogeneity and microstructure of the forged product. Ring rolling The above described developments in the fields of simulation, automation and testing can also be trans- 10 stahl und eisen 130 (2010) Nr. 1

11 an die Qualität der Schmiedeprodukte die Prüftechnik in der jüngsten Zeit enorm weiterentwickelt. Neben der Erhöhung der Prüfsensibilität und der Automatisierung der Prüfung standen die objektive und reproduzierbare Beurteilung der Innenfehler sowie die Dokumentation im Mittelpunkt dieser Entwicklung, die vor allem durch die Fortschritte in der Informationstechnologie begünstigt wurde. Eine Besonderheit ist die Entwicklung des sogenannten Gruppenstrahlers, der in der Lage ist, ein Schmiedestück mit mehreren Einstrahlrichtungen zugleich zu prüfen und dadurch verschiedene Prüfköpfe mit unterschiedlichen Einstrahlrichtungen zu ersetzen. Die Verwendung dieser Mehrkanaltechnik führte zu einer Reduzierung der Prüfzeit vor allem auch für Bauteile, bei denen mehrere unterschiedliche Einschallrichtungen gefordert sind. Entsprechende Softwaretools, wie beispielsweise die sogenannte Quasi-Online-Tomographie, liefern bereits während der Messung Informationen über die Qualität des Bauteils. Eine detaillierte Auswertung der abgespeicherten Prüfdaten erfolgt nach Abschluss der Prüffahrt auf einem separaten Computer. Umfangreiche Datenverarbeitungsmöglichkeiten erlauben hierbei eine exakte Bestimmung der Fehlerlage und eine entsprechende Bewertung der Fehler, Bild 7 [9; 27]. Wie bei den Schmiedeanlagen selbst ist auch auf dem gesamten Gebiet der Prüfung eine deutliche Steigerung des Automatisierungsgrades zu verzeichnen. Während die Ultraschallprüfung von schweren Schmiedestücken früher manuell mit mobilen Prüfgeräten erfolgte, besteht in jüngster Zeit in zunehmendem Maße die Forderung der Kunden nach mechanisierter bzw. automatisierter Anlagenprüfung der Schmiedeteile. Diese neuen Prüfanlagen besitzen aufgrund der Anlagenmechanik sowie der verwendeten Steuerung nicht nur eine höhere Prüfkapazität, sondern ermöglichen zukünftig auch die automatisierte Prüfung von Bauteilen, bei denen bisher ausschließlich eine manuelle Prüfung möglich war. So wurden bereits Anlagen für die Prüfung von Bauteilen mit einem Maximalgewicht von 65 t und von Wellen mit einem Gewicht von bis zu 100 t mit einer maximalen Länge von 15 m in Betrieb genommen [27]. Prozessentwicklung und -optimierung Zur Sicherstellung einer reproduzierbaren Qualität in der Schmiede ist der erste zu realisierende Schritt die Aufnahme und gleichzeitige Analyse der Schmiededaten. Diese Informationen sind erforderlich, um die Schwankungen in der Qualität eines Schmiedeproduktes dem Herstellungsprozess zuordnen zu können. ferred to ring rolling mills. Adaptive process control systems, which make online use of information from the ongoing forging operation in process control, have markedly improved the stability of ring rolling operations and the quality of the products. The control techniques are based on physical process models that provide detailed description of the shaping process, enabling technology-oriented process control methods [ ]. Advances in plant engineering have made it possible to bring on stream ring rolling mills with a nominal radial rolling force of more than 600 t, manufacturing rings with a diameter of 9 m, figure 9, and rolling rings up to 2.5 m high. In the following, examples of recent process developments are given, some of which, however, are still in the pilot stage. In axial profile ring rolling the faces of pre-formed ring blanks are rolled by a profiled axial roll in order to produce nearer net shape ball and roller bearing races, flanges or turbine discs, etc [ ]. Radial die-rolling of rings is a further process development pursuing the objective of producing a finish rolled geometry that comes as close as possible to the final shape of the work piece (near net shape). In this case the work piece is deformed in a closed roll gap. Due to the attainable high transverse mass flow, it is possible to realize complex profiles with varying ring wall thicknesses [39]. Combining the processes of sintering and ring rolling to manufacture ring-shaped components with functional surface properties is the subject of a current research project in the field of radial-axial ring rolling. By implementing hard phases into the powder layer it is possible to produce rings with wear resistant surfaces. Another interesting and innovative application is solid disc rolling. Rolled solid discs are superior to conventional forged discs in that they feature better dimensional accuracy, less ovality and closer tolerances. Moreover, disc rolling saves up to 13 % of the time required by the conventional manufacturing processes [40]. Outlook Growing requirements of the market and increasingly exacting demands on the economy and reproducibility of manufacturing processes will continue to be the key drivers for the development of new materials and processes for the production of heavy forgings. Further technological progress will only be possible if the disciplines of metallurgy, forging technology, process control and control engineering, heat treatment, machining, testing and quality assurance work closely together. stahl und eisen 130 (2010) Nr. 1 11

12 Serie 150 Jahre VDEh Für die Herstellung von dynamisch hochbeanspruchten Schmiedestücken ist die Schmiedung mit einem kontrollierten Bissversatz unabdingbar. Hierzu wurde das Programmschmieden in den letzten 25 Jahren weiterentwickelt bzw. in den Werken implementiert. Dadurch wurde das reproduzierbare Schmieden von größeren Blöcken gemäß zuvor erstellten Stichplänen mit der dazu notwendigen Steuerung auf numerisch gesteuerten Schmiedeanlagen (Pressen/Manipulatoren bzw. Schmiedemaschinen) möglich. Voraussetzung für die Einführung des Programmschmiedens waren die in den 1980er-Jahren durchgeführten Untersuchungen zum Bissversatz-Schmieden und der Formänderungen im Werkstückkern mit den dazugehörigen theoretischen Grundlagen. Diese Kenntnisse sind heute Bestandteil der eingesetzten Simulationsprogramme zur Vorausberechnung des erwarteten Gefüges und der eventuellen Fehlstellen, Bild 8. Ein aktueller Trend ist die Integration von Onlinemessverfahren in den Schmiedeprozess [ ]. Hierzu sind die Pressen mit Laser- und Temperaturmesssystemen ausgerüstet, die online Informationen über die Formänderung beim Schmieden aufnehmen, analysieren und dem Schmied zur Verfügung stellen. Dadurch hat der Schmied während des gesamten Schmiedevorganges Vorgaben für das optimale Setzen der einzelnen Pressenhübe, sodass eine optimale Gefügeentwicklung und -homogenität über die gesamte Länge des Schmiedestücks erreicht wird. Darüber hinaus liefert die Messtechnik Daten über geometrische Fehler, die unmittelbar an der Presse korrigiert werden können, sodass zeitund kostenaufwendige Folgearbeiten vermieden werden. Die Aufzeichnung der Messdaten dient ferner der Sicherstellung der Qualität und ermöglicht eine nachvollziehbare Ermittlung von Fehlerursachen [7; 9]. Die aktuelle Forschung zielt darauf ab, Simulationsmodelle zu entwickeln, die auf der Basis von gemessenen Temperatur- und Geometriewerten sowie der parallell laufenden Simulationsrechnung das jeweilig vorliegende Gefüge zwischen den Stichen ermitteln und dem Bediener zur Verfügung stellen [32]. Hierbei werden in stärkerem Maße Software- Werkzeuge zur Modellierung und Simulation der Werkstoffe und der Schmiedeprozesse genutzt, um die Fertigung weiter zu optimieren und die Qualität der Schmiedeprodukte zu verbessern. Im Rahmen der Entwicklung neuer Werkstoffe sind diese Tools sehr hilfreich, um die notwendigen Prozessparameter zu definieren und einzugrenzen. Mithilfe von Phasenkalkulationsprogrammen können die Gefügephasen in Legierungen konzentra- 8 Gefügesimulation [5] Simulation of a microstructure [5] 9 Ringwalzprodukt mit einem Durchmesser von 9 m und einem Gewicht von 5 t; Quelle: SMS Meer GmbH Ring rolled product with a diameter of 9 m and weighing 5 t; source: SMS Meer GmbH During the last few decades, forging has evolved from an empirical craft into an automated industrial technology. Customers from different industrial sectors, e. g. power plant engineering and the aerospace industry, only accept dramatically reduced tolerance spreads of mechanical properties. This has made the use of most state-of-the-art production plants with a high degree of automation absolutely imperative. Achievements in the field of information technology have made a highly supportive contribution to this development. Further advancing automation in forging operations, integration of measuring and control techniques as well as simulations will play key roles in the continuing trend towards reproducible production of forgings with closest tolerances. This at the same time makes a direct contribution to a more efficient use of materials and energy. 12 stahl und eisen 130 (2010) Nr. 1

13 tions- und temperaturabhängig berechnet werden. Mit diesen Ergebnissen können die Parameter eines Schmiedeprozesses, wie z. B. die Temperaturbereiche, gezielt so ausgewählt und festgelegt werden, dass schädliche Phasen vermieden oder gewünschte Phasen erzeugt werden. Dabei wird FEM-Software zur Beschreibung und Vorhersage von Verformungs- und Gefügezuständen genutzt mit dem Ziel, die Schmiedeprozesse hinsichtlich ihrer Effektivität und der Fertigungskosten zu optimieren, aber auch, um die Homogenität und die Gefügestruktur des Schmiedeprodukts wie gewünscht einzustellen. Ringwalzen Die zuvor genannten Entwicklungen im Bereich der Simulationsberechnung, Automatisierung und Prüftechnik gelten auch für die Ringwalzwerke. Durch den Einsatz adaptiver Prozesssteuerungen, die online aktuelle Informationen aus dem Prozess für die Prozessführung verwenden, wurde die Stabilität und Produktqualität beim Ringwalzen deutlich verbessert. Die verwendeten Steuerungen basieren auf physikalischen Prozessmodellen, die die Umformvorgänge genauer beschreiben und damit technologisch orientierte Prozessführungen erlauben [ ]. Die Weiterentwicklungen im Bereich der Anlagentechnik ermöglichten es, Ringwalzwerke in Betrieb zu nehmen, die eine nominale radiale Walzkraft von über 600 t übertragen, Ringe mit einem Durchmesser von 9 m produzieren, Bild 9, und Ringe mit einer Höhe von bis zu 2,5 m walzen. Im Folgenden werden exemplarisch einige Verfahrensentwicklungen der jüngsten Zeit beschrieben, die sich allerdings teilweise noch im Versuchsstadium befinden: Beim Walzen von axial profilierten Ringquerschnitten werden die Stirnflächen aufgewalzter Vorringe mit einer profilierten Axialwalze gewalzt, sodass beispielsweise Wälzlagerringe, Flansche oder Turbinenscheiben endabmessungsnäher gewalzt werden können [ ]. Das Radial-Gesenkringwalzen von Ringen ist eine weitere Verfahrensentwicklung mit dem Ziel, die Fertiggeometrie möglichst an die Endgeometrie anzunähern (Near-Net-Shape). Die Umformung findet bei diesem Prozess in einem geschlossenen Walzspalt statt. Der dadurch erzielbare große Querfluss ermöglicht es, komplexe Profile mit ungleichmäßigen Ringwanddicken zu realisieren [39]. Die Zusammenführung von Sinter- und Ringwalzprozess zur Herstellung ringförmiger Bauteile mit funktionalen Oberflächen ist eine aktuelle Forschungsentwicklung des Radial-Axial-Ringwalzverfahrens. Durch die Implementierung von Hartphasen in die Pulverschicht können Ringe mit verschleißbeständiger Außenfläche produziert werden. Eine weitere interessante und innovative Anwendung ist das Walzen von Vollscheiben. Im Vergleich zum konventionellen Schmieden von Vollscheiben sind die gewalzten Scheiben durch genauere geometrische Maße, geringere Ovalität und engere Toleranzen gekennzeichnet. Zusätzlich ist das Walzen von Schmiedescheiben um bis zu 13 % schneller als das konventionelle Fertigungsverfahren [40]. Ausblick Steigende Anforderungen des Marktes einerseits sowie höhere Ansprüche an die Wirtschaftlichkeit und Reproduzierbarkeit der Fertigungsprozesse andererseits werden auch in Zukunft die maßgebenden Triebkräfte für die Werkstoff- und Verfahrensentwicklung großer Schmiedestücke sein. Die Weiterentwicklung wird nur gelingen bei einer engen Zusammenarbeit von Metallurgie, Schmiedetechnik, Steuerungs- und Regeltechnik, Wärmebehandlung, Zerspanung, Prüfung und Qualitätssicherung. In den letzten Jahrzehnten hat sich die Schmiedetechnik von einem empirischen Handwerk zu einer automatisierten Großtechnologie entwickelt. Da die Kunden vieler Industriezweige wie z.b. Kraftwerksbau sowie Luft- und Raumfahrt die von ihnen tolerierte Streubreite der mechanischen Eigenschaften der Schmiedestücke drastisch reduziert haben, wurde der Einsatz modernster Anlagen mit hohem Automatisierungsgrad unabdingbar. Dazu haben die Entwicklungen im Bereich der Informationstechnologie einen entscheidenden Beitrag geleistet. Die weitere Automatisierung des Prozesses, die Integration von Mess- und Regeltechniken sowie Simulationsrechnungen werden auch in Zukunft eine wesentliche Rolle für die reproduzierbare Produktion von Schmiedeteilen mit engsten Toleranzen spielen. Dadurch wird zugleich ein direkter Beitrag zur Ressourceneffizienz in Material und Energie geleistet. Serie 150 Jahre VDEh Artikelfolge anlässlich des Jubiläums im Jahr Die Serie wird bis Oktober 2010 fortgesetzt. Nächste Themen: Mensch und Technik Qualitätsmanagement in der Stahlindustrie stahl und eisen 130 (2010) Nr. 1 13

14 Serie 150 Jahre VDEh Literatur/References [1] Anonym: stahl u. eisen 128 (2008) Nr. 1, S. 90. [2] Kopp, R.; Westphal, K.: Umformtechnik, Bd. 30 (1996) Nr. 4, S. 218/21. [3] Küffner, G.: The art of forging. Metal Times No. 32, Publikation 2008 der ThyssenKrupp VDM (www.metaltimes.com). [4] Rech, R.; Schmidt, R.; Schmitz, W.: stahl u. eisen 118 (1998) Nr. 3, S. 47/51. [5] 60 Jahre Schmiedeausschuss Entwicklungen in der Schmiedetechnologie, Fachausschussbericht Nr , Düsseldorf, Nov [6] Dürr, O.; Frank. A.; Grimm, W.; Kopp, R.; Schmidt, R.; Wieland, H.-J.: stahl u. eisen 120 (2000) Nr. 10, S. 49/55. [7] Schmidt, R.; Pannek, H.-P.: Neue Struktur beim Freiformschmieden ein Überblick aus Sicht des Schmiedeausschusses im Stahlinstitut VDEh, MEFORM 2005, S. 192/200, [Hrsg.:] Institut für Metallformung, Freiberg: TU Bergakademie Freiberg. [8] Potthast, E.; Frank. A.: stahl u. eisen 117 (1997) Nr. 11, S. 119/125 [9] Rech, R.: stahl u. eisen 128 (2008) Nr. 3, S. 49/56. [10] Schlager, S.: stahl u. eisen 128 (2008), Nr. 7, Special Industrieöfen, S. S12/S13. [11] Marion, M.; Hirz, R.-P.; Grote, F.; Weber, S.; Winning, G.; Adler, W.; Bender, W.: stahl und eisen 128 (2008) Nr. 7, S. 29/33. [12] Siemer, E.; Pick, R.; Valentine, G.: stahl u. eisen 109 (1989), Nr. 20, S. 961/65. [13] Jacobsen, A.; Kruse, A. T.: Umformtechnik, Bd. 39 (2005) Nr. 2, S. 30/31. [14] Fukuda, T.; Morisada, N.: IFM 2000, 14th International Forgemasters Meeting, Proceedings, Wiesbaden, Germany, Sept. 2000, S. 1/6. [15] Neri, S.; Marsili, D.; Sansone, G.: ThyssenKrupp techforum, Heft 2, 2007, S. 35/39. [16] Lich, H.-J.; Schmitz, W.: Die Freiformschmiedepresse - Altes Werkzeug in modernem Gewand, MEFORM 2005, S. 227/233, [Hrsg.:] Inst. f. Metallformung, Freiberg: TU Bergakademie Freiberg. [17] Westermeyer, W.: Rekonstruktions- und Rationalisierungsmaßnahmen in der Freiformschmiede, MEFORM 1999, [Hrsg.:] Inst. f. Metallformung, Freiberg: TU Bergakademie Freiberg. [18] Funck, W. J.; Pick, R.: stahl u. eisen 109 (1989) Nr. 9, 10, S. 209/13. [19] Sheikhi, S.: stahl u. eisen 129 (2009) Nr. 4, S. 337/45. [20] Nowitzki, W.: stahl u. eisen 129 (2009) Nr. 6, S. 70/72. [21] Dango, R.; Grisse, J.; Krusch, S.: stahl u. eisen 124 (2004), S. 141/44. [22] Bokelmann, D.; Baues, M.; Dango, R.; Grisse, H.-J., Poppenhäger, J.; Schmitz, W.: stahl u. eisen 123 (2003) Nr. 2, S. 31/35. [23] Heischeid, C.; Piper, K.-E.: stahl u. eisen 124 (2004) Nr. 8, S. 21/26. [24] Heischeid, C.; Piper, K.-E.: Erfahrungen mit der neuen Schmiedemaschine der Edelstahl Witten-Krefeld GmbH, MEFORM 2005, S. 241/256, [Hrsg.:] Inst. f. Metallformung, Freiberg: TU Bergakademie Freiberg. [25] Piper, K.-E.; Schüler, V.: stahl u. eisen 121 (2001) Nr. 9, S. 69/75. [26] Jütten, M.; Piper, K.-E.: stahl u. eisen 122 (2002) Nr. 10, S. 69/75. [27] Meiser, J.; Blaes, N.; Bokelmann, D.: stahl u. eisen 129 (2009) Nr. 1, S. 31/37. [28] Dürr, O.: Umformtechnische Schriften, Bd. 137 (2007), S. 1/143. [29] Just, H.: stahl u. eisen 126 (2006) Nr. 12, S. 70/72. [30] Bonfig, K. W.; Nötzel, R.; Steingießer, K. J.: stahl u. eisen 126 (2006) Nr. 1, S. 68/71. [31] Lehmann, G.; Schoß, H.; Krause, G.: Untersuchungen und Simulation des Lunkerschließungsverhaltens beim Freiformschmieden, MEFORM 1999, [Hrsg.:] Inst. f. Metallformung, Freiberg: TU Bergakademie Freiberg. [32] Franzke, M.; Schneider, V.; Li, X.; Recker, D.; Rech, R.; Steingießer, K.: Proc. IFM 2008, 17th International Forgemasters Meeting, Santander, Spanien, Nov. 2008, S. 1/6. [33] Hülshorst, T.; Wiegels, H., Böhmer, C.; Kopp, R.: stahl u. eisen 122 (2002) Nr. 8, S. 43/49. [34] Kopp, R.; Maßberg, W.; Wiegels, H.; Breit, T.; Wischniowsky, M.: stahl u. eisen 118 (1998) Nr. 10, S. 61/66. [35] Koppers, U.; Kopp, R.: steel res. 63 (1992) Nr. 2, S. 74/77. [36] Koppers, U.; Lieb, A.: Proc. 22. Aachener Stahlkolloquium, 8./9. März 2007, Aachen, S. 81/88. [37] Velikonja, D.: stahl u. eisen 127 (2007) Nr. 5, S. 107/111. [38] Böhmer, C.; Tong, W.; Kopp, R.: stahl u. eisen 123 (2003) Nr. 4, S. 63/68. [39] Kluge, A.; Breit, T.; Wiegels, H.; Kopp, R.: stahl u. eisen 117 (1997) Nr. 8, S. 63/66. [40] Donisi, S.; Klameth, C.; Vorraro, R.: stahl u. eisen 129 (2009) Nr. 4, S. 67/ stahl und eisen 130 (2010) Nr. 1

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