Radialschmiedeprozess: Das neue Verfahren des einstufigen Radialschmiedens zeichnet sich unter anderem durch reduzierten Zerspanungsaufwand und kürzere Durchlaufzeiten aus. (Bild: Vallourec)
„Premium Forged Pipes“ (PFP) ist ein neues Konzept für die Fertigung von Hydraulikzylindern, das die Firma Vallourec entwickelt hat. Im Vergleich zu den gängigen Verfahren ist es unter fertigungs-, anwendungs- und kostenrelevanten Aspekten interessant. Die metallischen Hauptkomponenten vieler Hydraulikzylinder bestehen vereinfacht gesagt aus: Zylinderflansch beziehungsweise Zylinderkopf, Zylinderrohr, Zylinderboden, Kolbenstange und Kolben. Dabei hat der Zylinderflansch konstruktionsbedingt in vielen Fällen einen größeren Außendurchmesser und eine dickere Wandung als das Zylinderrohr.
Gängige Verfahren, um eine solche Überhöhung für den Zylinderflansch herzustellen, sind derzeit:
- Das Drehen des Zylinders aus einem geraden Rohr, das mindestens denselben Ausgangsdurchmesser besessen hat wie die größte Stelle am Zylinderflansch.
- Die Erhöhung der Wandung am Rohrende mittels Auftragsschweißen.
- Das Anschweißen eines größeren ringförmigen Halbzeugs an das Rohrende.
Das erste dieser Verfahren, bei dem der Zylinderflansch durch das Abdrehen über die Rohrlänge erzeugt wird, ist eine geeignete Option für kleine Überhöhungen. Es wird aber unwirtschaftlich bei großen und hochfesten, teuren Ausgangsrohren. In solchen Fällen greifen Unternehmen dann auf das Auftragsschweißen oder die Applikation eines Flanschringes an das Rohrende zurück. Allerdings sind auch diese Verfahren mit zusätzlichen, technischen Herausforderungen verbunden.
Nachteile des Schweißens
Schweißnähte bedeuten beim hydraulischen Zylinder, dass in der konstruktiven Auslegung Minderungsfaktoren zu berücksichtigen sind. Die Schweißparameter müssen sorgfältig eingestellt werden, um angesichts der hohen Bauteilanforderungen optimale Schweißnahtqualitäten zu gewährleisten.
Für Schweißnähte, die in kritischen Zonen von sicherheitsrelevanten Hydraulikzylindern liegen, sind zudem aufwendige zerstörungsfreie Prüfungen notwendig, etwa mit Ultraschall oder Röntgenstrahlung. Je dicker die Wandung, desto größer werden die benötigten Schweißzeiten, die Fehlerrisiken und damit die Schweißkosten.
Mit hohem Aufwand kann die Schweißnaht die gleiche Streckgrenze wie das Mutterrohr aufweisen. Die „metallurgische Kerbe“ allerdings bleibt, was insbesondere für Hydraulikzylinder, die einer hohen Ermüdungsbelastung und extremen Lastamplituden ausgesetzt sind, zu einer Reduzierung der Ermüdungsfestigkeit führt.
Zudem sind die zusätzlichen Prozesse, wie die Beschaffung und Logistik des Flanschringes, das Fasen, sowie das Anschweißen des Zylinderflansches kostenintensiv und erhöhen die Produktionszeit eines Zylinders nicht unerheblich.
Das bleibt hängen
Schmiedeprozess weiterentwickelt
Vallourec hat das einstufige Radialschmieden für die Herstellung von Zylinderrohren mit integriertem Flansch weiterentwickelt. Den Zylinderherstellern bietet das Unternehmen nun eine wirtschaftliche Alternative zu den gängigen Prozessen an, wie dem Anschweißen von Flanschen, dem Auftragsschweißen oder auch ganzflächigem Abdrehen. Alle gängigen Werkstoffe stehen für die Zylinderrohr-Fertigung mit diesem Verfahren uneingeschränkt zur Verfügung: von Standardgüten der Festigkeit S355 bis hin zu den hochfesten Feinkornstählen der Festigkeit S900.
