Erfolgsfall mit einem international führenden Automobilzulieferkunden | S55C ultradünne Wandkaltformrohre
Von den Risiken der Musterfertigung bis zum Serienproduktionsfenster: Die Creation Group unterstützt die Kaltfließformung von S55C-Ultradünnwandrohren
Für ein Projekt mit etwa 14,5 mm langen Kaltformrohren, einem Außendurchmesser von ca. 10,5 mm und empfindlichen dünnwandigen Endöffnungen hat Creation Group ausgehend von der Gefügestruktur des Materials, dem Härtefenster, der Oberflächenpassivierung sowie der Kontrolle von Entkohlung und Korngrenzenoxidation den Kunden dabei unterstützt, reproduzierbare Materialbedingungen für die Serienproduktion zu etablieren.
Werkstoff: S55C mittelkarbonhaltiger Stahl
Verfahren: Kaltfließschmieden / Kaltverdrängung / Formgebung
Schwerpunkt: Stabilität der dünnwandigen Endöffnungen
Rolle: Anbieter von Lösungen für Kaltformdraht
Abbildung 1: Ein fotorealistisches Renderbild des ultradünnen Rohrs, erstellt anhand von Fotografien des realen Teils und dreidimensionalen Maßzeichnungen, zur Verwendung in öffentlichen Fallbeispielen.
Projekthintergrund: Was wie ein einfacher kurzer Rohrstutzen aussieht, erweist sich in der stabilen Serienproduktion als äußerst anspruchsvoll
Dieses Projekt stammt von einem international führenden Automobilzulieferkunden. Das Bauteil weist eine Konstruktion aus kurzem, dünnwandigem Rohr auf – mit dünner Öffnung, geringer Länge und hoher Maßempfindlichkeit. Für den Kunden ist nicht nur entscheidend, ob ein Muster hergestellt werden kann, sondern vor allem, ob sich bei der kontinuierlichen Produktion die Oberflächenqualität der Endfläche, der Außendurchmesser, das Innendurchmesserkoma, die Rundheit sowie die Wanddickenvisuelle Gleichmäßigkeit und die Werkzeugstandzeit stabil einstellen lassen.
S55C gehört zur Gruppe der mittelkarbonhaltigen Stähle; es verfügt über eine gute Festigkeitsgrundlage, doch sein Kaltumformfenster ist enger als dasjenige der kohlenstoffarmen Kaltfließpresstähle. Bei Schwankungen in Gefüge, Härte, Oberflächenbeschaffenheit oder Schmierfilm neigen die dünnen Wandenden leicht zu Rissen, Faltenbildung, Kratzern, Wandunwucht, ovalen Innenlöchern sowie zu ungewöhnlichem Werkzeugverschleiß.
Länge L14,5 mm
Außendurchmesser des Rohrkörpersca. φ10,5
Visuelle Wandstärkeca. 0,45
Kundentypinternational führender Automobilzulieferer
Hinweis zur veröffentlichten Fassung: Dieser Artikel stellt eine anonymisierte, fallbezogene Darstellung dar. Der konkrete Kundennamen sowie die tatsächlichen Seriendaten und Messberichtswerte können gemäß offiziellen Unterlagen entsprechend angepasst werden.
Beispiel aus der Praxis: Längenmessung und Erscheinungsbild der dünnwandigen Rohrende.
Beispiel aus der Praxis: Der Zustand der dünnen Wand am Rohrende ist sowohl gegenüber dem Material als auch gegenüber den Werkzeugen äußerst empfindlich.
Schwierigkeitsanalyse: Kaltumformung von ultradünnen Wandstärken ist kein Einzelproblem
Das Scheitern der Serienproduktion ultradünner Rohre ist häufig nicht auf einen einzelnen Grund zurückzuführen, sondern das Ergebnis einer Überlagerung von Material-, Beschichtungs-, Werkzeug-, Anlagen- und Prüfprozessschleifen. Bereits zu Beginn des Projekts hat Creation Group die Risiken in sechs Kategorien unterteilt und für jede einzelne eine kontrollierte Lösung auf Materialseite entwickelt.
Organisatorische Risiken
Ungleichmäßige Gefügestruktur führt zu Fließunterschieden
Unzureichende Kugelgraphitisierung, lokale bandförmige Verteilung von Perlit oder grobe Carbide führen dazu, dass dünnwandige Bereiche bei hohen Verformungen unterschiedliche Umformwiderstände aufweisen, was zu Wanddickenungleichheiten oder Mikrorissen führt.
Härterisiken
Zu schmales Härtefenster
Zu hohe Härte begünstigt Rissbildung und Werkzeugverschleiß; zu niedrige Härte führt zu unkontrolliertem Materialfluss, wodurch sich die Endkanten einknicken, Falten bilden oder die Abmessungen driftieren.
Risiken der Oberfläche
Entkohlung und Korngrenzenoxidation verstärken Rissquellen
Die dünnwandigen Endbereiche fungieren quasi als Vergrößerungsspiegel für die Oberflächengüte; Entkohlung, Korngrenzenoxidation und Rückstände oxidativer Zunder können leicht zum Ausgangspunkt von Rissen und Ziehspuren werden.
Schmierungsrisiken
Kontinuität der Schmierfilmbeschichtung entscheidet über die Werkzeugstandzeit
Unzureichende Haftung, Dehnbarkeit und Schmierfähigkeit der Beschichtung führen zu Filmbruch, Anhaftungen am Werkzeug, Ziehspuren sowie lokaler Überhitzung, wodurch die Lebensdauer der Werkzeuge stark beeinträchtigt wird.
Dimensionale Risiken
Dünnwandige Strukturen sind extrem empfindlich gegenüber Schwankungen
Drahtdurchmesser, Ovalität, Härte, Werkzeugspalt und Stechapoststeifigkeit wirken sich direkt auf Außendurchmesser, Innendurchmesser, Wandstärke, optische Ebenheit sowie die Senkrechte der Stirnfläche aus.
Risiken der Serienproduktion
Erfolg im Musterbau garantiert keine Serienstabilität
Ohne stabile Materialchargen und lückenlose Prozessrückverfolgbarkeit kann selbst ein zufälliger Erfolg in der Probeproduktion während der Serienfertigung zu häufigen Werkzeuganpassungen, Maschinenstillständen und Nacharbeiten führen.
Materialgefüge: S55C – die „Festigkeit“ für das Kaltumformen nutzbar machen
Creation Group liefert S55C nicht einfach nur nach Werkstoffnummer, sondern betreut diesen Stahl gezielt als Material für die Kaltumformung. Bei ultradünnwandigen Rohren muss ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit, Duktilität und Oberflächenintegrität gewährleistet sein; insbesondere sind die Gefügehomogenität nach der Kugelglühung sowie die Schwankungen der Härte innerhalb einzelner Chargen streng zu kontrollieren.
| Kontrollparameter | Auswirkungen auf ultradünnwandige Rohre | Creation Groups Vorgehensweise im Bereich des Materials |
|---|---|---|
| Gefüge nach Kugelglühung | Bestimmt die Fähigkeit zur Kaltumformung und zur dünnwandigen Weiterdehnung | Fokus auf dem Glühzustand der Karbide, deren gleichmäßiger Verteilung sowie dem Risiko bandartiger Gefügestrukturen |
| Härteschwankungen innerhalb einer Charge | Beeinflusst Rissbildung, Faltenbildung, Dimensionsrückstellungen und die Werkzeugbelastung | Durch Rückmeldungen aus der Kundenfertigung werden die Härteschwankungen innerhalb der Chargen enger eingegrenzt, um über die bloße Einhaltung breiter Normtoleranzen hinauszugehen |
| Entkohlungskontrolle | Die verringerte Oberflächenfestigkeit an dünnen Endflächen kann Risse begünstigen | Die Oberflächengüte wird als entscheidender Lieferfreigabepunkt betrachtet, nicht allein chemische Zusammensetzung und Zugfestigkeit |
| Oxidation entlang der Korngrenzen | Kann bei hohen Umformgraden zur Rissquelle werden | Sorgfältige Überprüfung der Oberflächenintegrität während der Warmverarbeitung der Drahtstränge sowie nach der Glühbehandlung |
Abbildung 2: Schematische Darstellung des Gefüges von S55C nach Kugelglühung. Dient der Erläuterung der Rolle eines homogenen kugelförmigen Gefüges für die Fließfähigkeit in der Kaltumformung; keine Originalaufnahme aus einem Kundentestbericht.
Abbildung 3: Schematische Darstellung der Kontaktzone beim Formen ultradünnwandiger Rohre. Die Kontinuität, Haftung und Duktilität des Oberflächenfilms beeinflussen unmittelbar das Entstehen von Ziehschäden sowie die Lebensdauer der Werkzeuge.
dünnfilmschmierung: Es reicht nicht, einfach eine Schicht zu haben – sie muss auch großen Verformungen bei dünnen Wandstärken standhalten
Beim Kaltumformen von dünnwandigen Bauteilen herrschen hohe Kontaktdrücke zwischen dem Werkstoff und den Stempeln, Matrizen sowie Umformwerkzeugen. Bereits geringfügige Schwankungen der Reibungsbedingungen können zu Anrisse an den Endöffnungen, Kratzern auf der Innenwand, lokaler Erwärmung, Anhaftungen am Werkzeug sowie zu vorzeitigem Verschleiß des Werkzeugs führen.
Creation Group legt bereits an der Materialversorgung Wert auf drei zentrale Eigenschaften der Oberflächenbeschichtung: Schmierfähigkeit, Dehnbarkeit und Haftfestigkeit. Die Beschichtung muss während des Umformprozesses die Materialoberfläche kontinuierlich bedecken, sich dem Materialfluss anpassen, ohne vorzeitig zu brechen, und gleichzeitig verhindern, dass eine zu dicke Schicht zu Ablagerungen, Maßschwankungen oder einer Kontamination des Werkzeugs führt.
Schmierfähigkeit
Reduziert die Reibungswärme und das Risiko von Anrisse unter hohem Kontaktdruck und verbessert den Kontakt zwischen dem Stempel und den dünnwandigen Innenbohrungen.
Dehnbarkeit
Erhält die Integrität der Schicht auch bei starken Verformungen des Materials und verhindert ein vorzeitiges Zerreißen der Beschichtung an dünnen Wandenden oder in den Innenlochbereichen.
Haftfestigkeit
Vermeidet das Abplatzen, Ansammeln oder lokale Versagen der Beschichtung und unterstützt Kunden dabei, eine besser kontrollierbare Werkzeugstandzeit zu erzielen.
Markteinführung der Serienproduktion: Creation Group verlagert das Materialrisikomanagement bereits vor dem Formversuch
Weltweit führende Automobilzulieferkunden stellen hohe Anforderungen an die Serienfreigabe und die Prozessstabilität. Creation Group arbeitet gemeinsam mit seinen Kunden gemäß dem Vorgehen „Materialbestätigung – Kleinserienfertigung – Maßrückmeldung – Batch-Sperre – Serienproduktionsüberwachung“, anstatt erst nach Auftreten von Produktabweichungen reaktiv zu analysieren.
1
Bestätigung der Zeichnungs- und Realmerkmale
Identifizierung kritischer Risikopunkte wie dünnwandige Öffnungen, Länge, Außendurchmesser, Innendurchmesser sowie die Senkrechtigkeit der Stirnflächen.
2
Einstellung des S55C-Materialfensters
Aufbau der Lieferanforderungen hinsichtlich der Kugelgraphitstruktur, Härte, Entkohlung, Oberflächenqualität sowie des Zustands der Beschichtung.
3
Schließung des Feedback-Kreislaufs bei der Vorserienfertigung
Anpassung der Schwerpunkte im Material- und Beschichtungsmanagement basierend auf Rückmeldungen zu Rissen an den Öffnungen, Ziehschäden, Wanddickenvisualisierungen sowie Werkzeugverschleiß.
4
Management der Batch-Konsistenz
Stabilisierung des Härtebereichs, der Oberflächenbeschaffenheit sowie der Schwankungen der Drahtabmessungen, um eine häufige Nachjustierung der Werkzeugparameter beim Kunden zu reduzieren.
5
Verfolgung der Serienlieferungen
Aufbau eines Mechanismus zur Ursachenrückführung und kontinuierlichen Verbesserung, um die Werkzeugstandzeit, die Maßstabilität und den Lieferablauf besser steuerbar zu machen.
Abmessungen und Werkzeuge: Dünnwandige Produkte können nicht durch Endkontrollen „herausgesiebt“ werden
Der Außendurchmesser, die Innenbohrung, die Senkrechtigkeit der Stirnflächen, die Rundheit sowie das Erscheinungsbild der dünnen Wand eines ultradünnwandigen Rohrs hängen stark vom Materialflusszustand ab. Bei großen Schwankungen der Materialhärte, der Beschichtung oder des Drahtdurchmessers treten selbst bei sorgfältig konstruierten Werkzeugen Maßabweichungen und Lebensdauerschwankungen auf.
Der Mehrwert von Creation Group besteht darin, Materialschwankungen innerhalb eines Bereichs zu halten, den die Kundenwerkzeuge ausgleichen können. Dadurch fällt es den Kunden leichter, stabile Prozessfenster für Werkzeugkonstruktion, Stempelabstände, Richtmaße und Schmierparameter zu definieren, wodurch sich die Nacharbeitshäufigkeit an den Werkzeugen verringert und das Ausfallrisiko reduziert wird.
| Auftritt beim Kunden vor Ort | Mögliche mit dem Material verbundene Faktoren | Richtung der Unterstützung durch Creation Group |
|---|---|---|
| Gelegentlich auftretende Risse am Port | Überhöhte Härte, unzureichende Kugelgraphitisierung, abweichende Entkohlung bzw. Oxidation der Oberfläche | Prüfung der Gefüge-, Härte- und Oberflächengüte; Anpassung des Glühverfahrens sowie der Chargenauswahl |
| Innenlochziehen oder Anhaften am Werkzeug | Unzureichende Beschichtungsschmierung, geringe Haftfestigkeit, schwankende Oberflächenrauheit | Optimierung der Beschichtungsintegrität und Abstimmung der Schmierung zur Reduzierung von Hochdruckkontaktausfällen |
| Visuell erkennbare Wandstärkeschwankungen | Elliptizität des Drahtdurchmessers, Härteschwankungen, ungleichmäßiger Materialfluss | Eingrenzung der Schwankungen bei Drahtabmessungen und -härte; Stärkung der Chargenkonstanz |
| Unvorhersehbare Werkzeugstandzeiten | Materialchargenschwankungen, Versagen der Schmierfilmbeschichtung, lokale Lastspitzen | Aufbau einer Rückverfolgbarkeit der Materialchargen sowie eines Feedback-Kreislaufs aus Testproduktionen zur Verringerung unerwarteter Ausfälle |
Abbildung 4: Dreidimensionale Maßskizze, korrigiert anhand der Zeichnung und des realen Aussehens. Dient zur Veranschaulichung kritischer Abmessungen und potenzieller Risikopunkte an dünnwandigen Ports.
Die Rolle der Creation Group: Nicht nur Drahtlieferant, sondern Unterstützung bei der Serienproduktion unserer Kunden
In diesem Projekt für einen international führenden Automobilzulieferer beteiligt sich die Creation Group als Werkstofflieferant am serienmäßigen Produktionsanlauf und verknüpft die Materialkontrolle mit den Ergebnissen der Formgebung direkt beim Kunden vor Ort. Unsere Aufmerksamkeit gilt dabei nicht allein der Werkstoffsorte oder dem Preis, sondern vor allem der Frage, ob der Kunde eine stabile Produktion sicherstellen kann, die Werkzeugstandzeiten beherrschbar sind und die Chargenlieferungen konsistent bleiben.
Fachgerechte Werkstoffauswahl
Auswahl des Werkstofffensters entsprechend der Umformhärte
Entsprechend den Eigenschaften der Kaltumformung von S55C unterstützen wir den Kunden dabei, die Kontrollgrenzen für Härte, Gefüge und Oberflächengüte zu identifizieren.
Prozessübergreifende Zusammenarbeit
Mit Werkstoffdaten auf Vor-Ort-Probleme reagieren
Vor-Ort-Erscheinungen wie Risse an den Endanschlüssen, Ziehspuren oder Werkzeugverschleiß werden rückgekoppelt, um die relevanten Steuerpunkte in Bezug auf Werkstoffe und Beschichtungen zu identifizieren.
Stabile Lieferfähigkeit
Kunden bei der Serienproduktion vor Stolpersteinen bewahren
Durch Chargenkonstanz, Rückverfolgbarkeit und kontinuierliche Verbesserung helfen wir unseren Kunden, das Risiko von Werkzeugkorrekturen, Maschinenstillständen und Nacharbeiten zu reduzieren.
Schlusswort: Je dünner die Wandstärke, desto deutlicher zeigt sich der fachliche Mehrwert des Werkstofflieferanten
Ultradünndwandige Kaltumformrohre sind keine einfachen kurzen Rohrbauteile, sondern das Ergebnis des Zusammenspiels von Werkstoff, Werkzeug, Schmierung, Anlagen und Prüftechnik. Für internationale Spitzenzulieferer der Automobilindustrie ist letztlich vor allem eine stabile, rückverfolgbare und kontinuierlich verbesserungsfähige Serienproduktionskapazität entscheidend.
Die Creation Group steht gern an der Seite ihrer Kunden direkt im Serienproduktionsprozess, löst Materialrisiken bereits im Vorfeld und setzt die Materialstabilität in längere Werkzeugstandzeiten, bessere Maßhaltigkeit und höhere Liefersicherheit für den Kunden um. Für anspruchsvolle Kaltfließpresstdrähte, Profildrähte sowie Präzisions-Kaltumformprojekte bietet Creation Group daher nicht nur Werkstoffe, sondern ganzheitliche Lösungen, die auf den Erfolg der Serienproduktion ausgerichtet sind.
Die Metallographieaufnahmen und Kontaktbereiche zwischen Werkzeug und Werkstück in den Abbildungen dieses Artikels dienen ausschließlich der technischen Veranschaulichung; Fotografien des realen Objekts sowie 3D-Darstellungen werden lediglich zur öffentlichen Darstellung konkreter Projekte verwendet. Die offizielle Qualitätsbestätigung erfolgt gemäß Kundendrawings, Prüfberichten sowie den von beiden Parteien bestätigten Unterlagen.