Die Umformtechnik umfasst eine Vielzahl von Verfahren zur Formgebung von Metallen, ohne dass Material abgetragen wird. Es wird allein das plastische Verhalten der Metalle genutzt. Beispiele sind Schmieden, Walzen oder Tiefziehen. In den weitaus meisten Fällen durchläuft das herzustellende Produkt mehrere umformtechnische Prozessschritte.

 So werden beispielsweise mehr als 95 Prozent allen erzeugten flüssigen Stahls nach dem Gießen zunächst gewalzt. Bei der Produktion sogenannter Halbzeuge werden Rohre, Stangen, Bleche, Drähte oder auch lange Profile hergestellt, die sehr komplizierte Querschnitte aufweisen können. Diese Halbzeuge stehen am Anfang der Prozesskette. Je nach Bedarf werden sie bereits in dieser Form, z.B. als Träger, genutzt oder zu Formteilen weiterverarbeitet. Bei der Weiterverarbeitung unterscheidet man die Blechumformung und die Massivumformung. Die Spannbreite reicht von mikroskopischen kleinen Bauteilen für die Feinmechanik – wie z.B. für Zahnräder in mechanischen Armbanduhren – bis hin zu mehrere hundert Tonnen schweren geschmiedeten Produkten, die etwa als Turbinenwellen in Kraftwerken Verwendung finden. Aktuelle Forschungen zeigen, dass es sogar möglich ist, Metalloberflächen durch Prägen so fein zu strukturieren, dass hieraus ein Hologramm entsteht, das Informationen trägt oder Plagiatsschutz bietet.

Hochproduktiv, ressourcenschonend und maßgeschneidert

Kennzeichen der meisten umformtechnischen Verfahren ist ihre hohe Effizienz in der Massenfertigung. Mit hochautomatisierten Anlagen und Umformmaschinen können in kurzen Taktzeiten auch sehr komplizierte Geometrien hergestellt werden.

Dabei werden immer auch die kristalline Mikrostruktur des Werkstoffs und damit die mechanischen Eigenschaften des Produktes auf höchstem Niveau gezielt eingestellt. Da die primäre Erzeugung des Metalls aus Rohstoffen und ggf. recyceltem Kreislaufmaterial ein Vielfaches an Energie gegenüber der eigentlichen Bauteilherstellung kostet, sind Umformprozesse, die den Materialverlust minimieren, ressourcenschonend und energieeffizient.

Mit maßgeschneiderten Geometrien und Eigenschaften in monolithischen Bauteilen, also mit Bauteilen, die aus einer Legierung hergestellt wurden, ist die Umformtechnik schon heute für den Leichtbau unverzichtbar. Aktuell gewinnt darüber hinaus die Entwicklung von Umformverfahren zur Herstellung hybrider Verbundbauteile an Bedeutung, bei denen durch eine Kombination unterschiedlicher Metalle oder durch die Kombination von Metallen und Kunststoffen weitere Leichtbaupotentiale erschlossen werden können. Ein bekanntes Beispiel dieses Prinzips sind Sandwichbleche, bei denen durch einen leichten Kern (z.B. Aluminium oder Kunststoff) und eine feste Deckschicht (z.B. Stahl auf einem Aluminiumkern oder Aluminium auf einem Kunststoffkern) eine besonders leichte, aber sehr steife Struktur entsteht.

 

Neue Entwicklungen in der Umformtechnik
Aktuelle Trends in der umformenden Massenfertigung zielen darauf ab:

  • Prozessketten zu verkürzen
  • Grenzen der Formgebung zu erweitern (z.B. für spröde Werkstoffe)
  • die Geometriekomplexität weiter zu erhöhen
  • die örtliche Verteilung der Werkstoffeigenschaften, d.h. zum Beispiel der Festigkeit oder Steifigkeit, entsprechend den Anforderungen aus dem Bauteileinsatz maßzuschneidern.

Um diese Ziele vorantreiben zu können, werden für die Prozessplanung auch im industriellen Umfeld bereits heute der Verlauf der Formänderung und die Entwicklung der Mikrostrukturen des Werkstoffs vorab am Computer simuliert. Im Zuge zunehmender Digitalisierung und Vernetzung werden darüber hinaus wesentliche Messdaten online erfasst und die Prozessabläufe geregelt. Dies ermöglicht es nicht nur, immer engere Toleranzen und Spezifikationen einzuhalten, sondern auch, dem jeweiligen Produkt mehr individuelle Informationen entlang der Wertschöpfungskette mitzugeben. Diese Informationen und die während der Produktion anfallenden Prozessdaten werden immer häufiger genutzt, um mit Hilfe von Methoden der sogenannten künstlichen Intelligenz auch bislang unerwartete Zusammenhänge aufdecken zu können.
Auch der allgemeine Trend zu kleineren Losgrößen und individuellen Produkten führt in der Umformtechnik zur Entwicklung völlig neuer, flexibler Verfahren, mit denen auch kleine Stückzahlen wirtschaftlich hergestellt werden können. Zum Beispiel kann eine computergesteuerte schrittweise Materialumformung mit einfachen Werkzeugen teure Formen und Anlagen ersetzen. Dies erfordert nicht nur neue Maschinenkonzepte, sondern auch die Entwicklung von intelligenten Algorithmen, die geeignet sind, die resultierenden komplizierten Prozessfolgen zu planen und während der Umformung anhand der aktuellen Reaktion des Bauteils zu reagieren, so wie es der handwerkliche Kunstschmied aus Erfahrung kann.