Wie man eine 50.000-Tonnen-Schmiedepresse baut

 (construction-physics.com)
1 Punkte von GN⁺ 2024-08-22 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Als Jets in den 1950er Jahren in den Bereich der doppelten Schallgeschwindigkeit vorstießen, starteten die USA das Heavy Press Program, um leichtere und zugleich stärkere Flugzeugbauteile herzustellen
  • Das Verteidigungsministerium passte den Plan an und ließ 6 Schmiedepressen und 4 Extrusionspressen bauen, um mit größeren Bauteilen die Zahl der Teile, die Bearbeitungszeit und das Gewicht zu reduzieren
  • Die 50.000-Tonnen-Schmiedepresse war eine gigantische Fertigungsinfrastruktur: so groß wie ein zehnstöckiges Gebäude, mit 100 Fuß tiefen unterirdischen Strukturen, 13 Fuß dicken Betonwänden und einem Hydrauliksystem mit 7.000 psi
  • Nach der Fertigstellung zeigte sich eine Senkung der Herstellungskosten: In einem Fall ersetzten 4 Schmiedeteile 272 Bauteile und 2.700 Nieten, in einem anderen beseitigten 9 große Extrusionsteile 81 Bauteile und mehr als 9.000 Befestiger
  • Investitionen in militärische Fertigungskapazitäten breiteten sich auf Flugzeuge, Raketen, U-Boote, Raumfahrzeuge und Verkehrsflugzeuge aus und weisen Parallelen zu heutigen Verfahren für große Einzelbauteile wie Giga-casting auf

Das Jet-Zeitalter verlangte größere Bauteile

  • Ende der 1940er und Anfang der 1950er Jahre veränderte das Aufkommen des Jet-Triebwerks die Konstruktion von US-Militärflugzeugen grundlegend
    • Die schnellsten Propellerflugzeuge des Zweiten Weltkriegs blieben im Horizontalflug knapp unter 500 Meilen pro Stunde
    • Mitte der 1950er flogen Jet-Flugzeuge mit mehr als 1.300 Meilen pro Stunde, also mit der doppelten Schallgeschwindigkeit
  • Für diese Leistung brauchte es nicht nur leistungsstarke Jet-Triebwerke, sondern auch Werkstoffe wie Inconel und titanium sowie Fertigungsverfahren für stärkere und leichtere Flugzeugbauteile
  • Eine vielversprechende Lösung war der Einsatz großer Schmiede- und Extrusionsteile
    • Schmieden (forging) ist ein Verfahren, bei dem Metall unter Druck geformt wird, meist durch Hämmern oder mit einer großen Presse
    • Extrusion ist ein Verfahren, bei dem Metall durch eine Öffnung mit bestimmter Form gepresst wird, um ein Profil zu erzeugen
  • Schmieden und Extrusion kamen damals bereits im Flugzeugbau zum Einsatz, aber die herstellbaren Teile waren klein, sodass kleine Komponenten mit Hunderten oder Tausenden von Befestigern zusammengefügt werden mussten
  • Große Schmiede- und Extrusionsteile konnten viele kleine Bauteile ersetzen und damit dünnere, leichtere und stärkere Strukturen ermöglichen sowie Aerodynamikflächen und Dichtqualität verbessern
  • Das Herausarbeiten aus Blechen oder Billets erforderte riesige Maschinen und lange Bearbeitungszeiten, zudem waren die mechanischen Eigenschaften im Inneren dicker Bleche oder Billets unsicher
    • Schmiedeteile hatten den Vorteil, dass sich die Kornrichtung an die Spannungsverläufe anpassen ließ
    • Gusswerkstoffe boten nicht ausreichend hohe Materialeigenschaften, und die Gießtechnik war damals noch nicht so weit, eine effiziente Metallverteilung und dünne Querschnitte zu ermöglichen

Große Pressen in Deutschland und der Rückstand der USA

  • Die Ursprünge des Heavy Press Program reichen bis ins Deutschland der 1920er Jahre zurück
    • Durch den Versailler Vertrag verlor Deutschland einen großen Teil seiner westlichen Eisenproduktionsgebiete, was zu chronischem Mangel an Eisen und Stahl führte
    • Deshalb setzte Deutschland stärker auf andere Metalle wie Magnesium und Aluminium
  • Aluminium und Magnesium brachen beim Umformen durch Hämmern leicht, besonders stark galt das für Magnesium
    • Beim Formen mit einer Hydraulikpresse ließen sich dagegen gute Ergebnisse erzielen
  • Deutschland vergrößerte seine Pressen nach dem Ersten Weltkrieg kontinuierlich
    • Für das Schmieden entstanden eine 7.000-Tonnen-Presse, drei 16.500-Tonnen-Pressen und eine 33.000-Tonnen-Presse; eine 55.000-Tonnen-Presse war geplant
    • Für die Extrusion befanden sich bis zum Ende des Zweiten Weltkriegs vier 12.000-Tonnen-Extrusionspressen in verschiedenen Fertigungsstadien, außerdem existierten Entwürfe für eine 25.000-Tonnen-Presse
    • Die Angabe „Tonnen“ bezeichnet hier nicht das Gewicht der Presse selbst, sondern ihre Presskraft
  • 1942 untersuchten die USA Wracks deutscher Flugzeuge und fanden Schmiedeteile, die deutlich größer waren als alles, was im eigenen Land hergestellt werden konnte
    • Als Reaktion begann man im Wyman-Gordon-Werk in Massachusetts mit dem Bau einer 18.000-Tonnen-Schmiedepresse, die jedoch erst 1946 fertig wurde
  • Nach der Kapitulation Deutschlands teilten sich die USA und die Sowjetunion auch die deutschen Fähigkeiten im Bereich großer Pressen
    • Die USA demontierten vier deutsche Pressen und brachten sie ins eigene Land
    • Die Sowjetunion sicherte sich die 33.000-Tonnen-Presse, die Konstruktion der 55.000-Tonnen-Presse und deutsche Metallurgie-Experten

Planung und Bau des Heavy Press Program

  • Ende der 1940er kamen in den USA mehrere Faktoren zusammen, die den Bau eigener Großpressen vorantrieben
    • Die steigende Flugzeugleistung erhöhte den Bedarf an leichteren und stärkeren Bauteilen
    • Deutschland hatte das Potenzial großer Schmiede- und Extrusionsteile gezeigt
    • Die USA hatten mit ihrer eigenen 18.000-Tonnen-Presse erste Betriebserfahrung gesammelt
    • Weil die Sowjetunion die größten deutschen Pressen und deren Konstruktionen übernommen hatte, drohte den USA ein Rückstand bei den Fertigungskapazitäten für Flugzeuge
  • Die Air Force untersuchte 17 im Bau befindliche Flugzeugtypen und befragte mehrere Flugzeughersteller; sie kam zu dem Schluss, dass große Schmiede- und Extrusionspressen erhebliches Nutzenpotenzial boten
  • 1950 startete das Verteidigungsministerium ein Programm zum Bau von 17 großen Pressen
    • Der ursprüngliche Plan sah 9 Gesenkschmiedepressen und 8 Extrusionspressen vor
    • Die geschätzten Kosten einschließlich Pressen und notwendiger Nebenanlagen lagen bei 389 Millionen US-Dollar
    • Später wurde das Programm nach Abzug der 18.000-Tonnen-Presse von Wyman-Gordon und vier aus Deutschland übernommenen Pressen auf insgesamt 10 Anlagen reduziert: 4 Extrusionspressen und 6 Schmiedepressen
    • Die Endkosten beliefen sich auf 239 Millionen US-Dollar, entsprechend 2,8 Milliarden US-Dollar im Jahr 2024
  • Das Programm wurde vom Verteidigungsministerium finanziert und von der Air Force verwaltet, die Pressen wurden jedoch an private Unternehmen verpachtet und von ihnen betrieben
    • Im Gegenzug zu günstigen Pachtkonditionen trugen die Unternehmen die Betriebs- und Wartungskosten
    • Der Staat erhielt 4 bis 5 % der Betriebserlöse
    • Dieses Modell war damals umstritten
  • Der 1952 begonnene Bau war eine gewaltige Ingenieurleistung
    • Eine 50.000-Tonnen-Schmiedepresse war so groß wie ein zehnstöckiges Gebäude und konnte genug Kraft aufbringen, um ein Schlachtschiff anzuheben
    • Auch eine 35.000-Tonnen-Schmiedepresse war nur wenig kleiner
    • Eine 12.000-Tonnen-Extrusionspresse war 120 Fuß lang und hatte mehr als die doppelte Kapazität der damals größten US-Extrusionspresse
  • Die meisten Schmiedepressen wurden größtenteils unterirdisch installiert und erforderten 100 Fuß tiefe Gruben sowie 13 Fuß dicke Betonwände
    • Die Pressen bestanden aus damals rekordgroßen Eisen- und Stahlteilen wie einem 200-Tonnen-Querträger, einem 90-Tonnen-Zylinderträger und einem 145-Tonnen-Zuganker
    • Für die Herstellung eines 108 Fuß langen Zugankers war ein Spezialofen nötig, und für den Transport kamen mehrere Kräne zum Einsatz
    • Einige Teile überschritten die Gewichtsgrenze eines einzelnen Eisenbahnwagens und mussten über mehrere Wagen verteilt transportiert werden
    • Die Komponenten wurden nicht nur von US-Anbietern wie Bethlehem Steel bezogen, sondern auch aus England, Schottland, Frankreich und Japan
  • Auch die begleitende Infrastruktur war von ähnlicher Größenordnung wie die Pressen selbst
    • Erforderlich waren Wassertanks mit Tausenden Gallonen Fassungsvermögen und komplexe Pumpensysteme, die Wasser auf 7.000 psi verdichten konnten
    • Neue große Öfen, Sägen und Streckanlagen wurden gebaut
    • Walz- und Metallunternehmen mussten Wege finden, größere Aluminium-Ingots für diese Pressen herzustellen
    • Alcoa errichtete in Cleveland ein neues Werk mit 500.000 Quadratfuß Fläche, um die 50.000- und 35.000-Tonnen-Schmiedepressen unterzubringen

Kostensenkung und Ausweitung der Einsatzgebiete

  • Die erste Heavy Press nahm 1954 den Betrieb auf, bis 1956 waren alle fertiggestellt
  • Die Pressen reduzierten die Zahl der Flugzeugbauteile und die Herstellungskosten deutlich
    • In einem Fall ersetzten 4 Schmiedeteile eine Baugruppe aus 272 Einzelteilen und 2.700 Nieten
    • In einem anderen Fall ersetzten 9 große Extrusionsteile 81 kleine Bauteile, eliminierten mehr als 9.000 Befestiger und senkten die Teilekosten um 30 % sowie das Gewicht um 6 %
  • Große Pressen verkürzten auch die Bearbeitungszeit
    • Schmiede- und Extrusionsteile kamen aus der Presse in der Regel nicht mit endgültigen Abmessungen und mussten nachbearbeitet werden
    • Dennoch konnten damit dünne und komplexe Teile nahe an der Endform hergestellt werden, wodurch Materialabtrag und Bearbeitungszeit stark sanken
    • Ein Bauteil wechselte von einem Verfahren mit 1.600 Pfund Ausgangsmaterial, von dem mehr als 1.200 Pfund abgetragen wurden, und 18.000 US-Dollar Bearbeitungskosten zu einem Verfahren mit 321 Pfund Material und 500 US-Dollar Bearbeitungskosten
    • Bei einem anderen Teil sank das zu entfernende Material von 23 Pfund auf 2 Pfund
  • Das wirkte sich auch auf die Gesamtkosten von Flugzeugen aus
    • Für die Convair F-102A wurde die Einsparung auf 20.000 US-Dollar geschätzt, etwa 1,6 % des Flugzeugpreises
    • Bei großen Bombern wurden Einsparungen von 5 bis 10 % der Gesamtkosten erwartet
    • Allein die Einsparungen beim B-52 sollen größer gewesen sein als die Gesamtkosten des Heavy Press Program
    • Bis in die 1960er Jahre sollen Heavy Presses die staatlichen Fertigungskosten um rund 500 Millionen US-Dollar gesenkt haben
  • Die Einsatzgebiete erweiterten sich über Flugzeuge hinaus
    • Sie wurden für ballistische Raketen, nukleare U-Boote und Komponenten gepanzerter Armeefahrzeuge genutzt
    • Auch der Beryllium-Hitzeschild der Mercury-Raumkapsel und die riesigen Aluminium-"Anker", die die Saturn-V-Rakete auf der Startrampe fixierten, wurden geschmiedet
    • 1956 wurden sie erstmals für Bauteile von Verkehrsflugzeugen eingesetzt, in den 1960er Jahren war das bereits üblich
    • Der 4.000 Pfund schwere Titanträger für die Fahrwerksaufnahme der Boeing 747 war damals das größte je produzierte Titan-Schmiedeteil
  • Ursprünglich waren die Pressen für Aluminium- und Magnesiumteile ausgelegt, in den 1960er Jahren wurden jedoch auch Stahl, Titan, Nickel, Kupfer, Columbium und Beryllium verarbeitet

Langfristige Wirkung von Investitionen in Fertigungskapazitäten und moderne Parallelen

  • Heavy Press wurde als „die schnellste und umfassendste Weiterentwicklung der Metallverarbeitung in der Industriegeschichte“ und als großer Sprung im Flugzeugbau bewertet
  • Anfang der 2000er Jahre steckten Heavy-Press-Bauteile in allen aktiven US-Militärflugzeugen sowie in allen Flugzeugen von Airbus und Boeing
  • Die beiden 50.000-Tonnen-Schmiedepressen waren bis 2018 die größten geschlossenen Gesenkschmiedepressen der USA, ehe sie von einer 60.000-Tonnen-Presse übertroffen wurden
  • Das Heavy Press Program ist ein Beispiel dafür, wie Investitionen in militärische Fertigungskapazitäten in andere Bereiche ausstrahlen
    • Die Pressen wurden gebaut, um leichtere und stärkere Bauteile für Überschallflugzeuge herzustellen, kamen später aber auch in Raumfahrzeugen, Energiesystemen und Verkehrsflugzeugen zum Einsatz
    • Die USA profitierten mehr als 70 Jahre lang von diesen Pressen, und ein Teil des Erfolgs der US-Verkehrsflugzeugindustrie ist mit ihrer Existenz verknüpft
  • Verbesserungen in der Fertigung beeinflussen direkt, welche Technologien kommerziell überhaupt möglich sind
    • Große Pressen ermöglichten eine Optimierung im Sinne von Design for Manufacturing, bei der viele Teile und Befestiger durch weniger, größere Komponenten ersetzt und Bearbeitungszeiten verkürzt werden
    • Eine offizielle Erklärung der Air Force von 1964 sagte, die Leistungen des Heavy Press Program aufzuzählen komme „fast dem Erzählen der Geschichte moderner fortschrittlicher Flugzeuge“ gleich, und sah darin auch einen Beitrag dazu, dass Tragflächen mit integriertem Treibstofftank als wet wing ausreichend kostengünstig wurden
  • Teslas große Aluminiumgussverfahren sind ein ähnliches modernes Beispiel
    • Tesla nutzt große Aluminiumgussteile, um mehrere oder Hunderte kleiner Bauteile zu ersetzen
    • Dafür waren Giga-casting-Anlagen in bislang beispielloser Größe nötig
    • Tesla war der erste Autohersteller, der große Gussteile in diesem Umfang einsetzte, und für Teile der Karosserie werden Kostensenkungen von 20 bis 40 % geschätzt
    • Danach übernahmen auch viele andere Autohersteller, insbesondere chinesische Unternehmen, dieses Verfahren
  • Die Möglichkeit noch größerer Pressen wurde schon früher diskutiert, aber nie umgesetzt
    • Die derzeit größte geschlossene Gesenkschmiedepresse erreicht in China 80.000 Tonnen
    • Experten der 1950er Jahre hielten Pressen der 200.000-Tonnen-Klasse für den Flugzeugbau für nützlich
    • Nach den Erfahrungen bei der Entwicklung der SR-71 hielt Kelly Johnson eine 250.000-Tonnen-Presse in den USA für nötig
    • Auch die US-Armee untersuchte in den 1980er Jahren die Nützlichkeit einer 200.000-Tonnen-Presse, doch weder in den USA noch anderswo wurde eine solche Presse gebaut
  • Die USA haben einen Teil der Erfahrung im Bau solcher Maschinen verloren oder an andere Standorte abgegeben
    • Die ursprünglichen Heavy Presses wurden von US-Unternehmen wie Loewy Hydropress und Mesta gebaut
    • Als Alcoas 50.000-Tonnen-Presse Anfang der 2000er modernisiert wurde, kamen Teile vom deutschen Unternehmen SMS, das auch eine 60.000-Tonnen-Schmiedepresse baute
    • Große Giga-casting-Anlagen, wie sie US-Autohersteller einsetzen, stammen heute überwiegend von chinesischen oder chinesisch kontrollierten Unternehmen wie IDRA
  • Technologischer Fortschritt bedeutet, Dinge zu schaffen, die es zuvor nicht gab, und wer die Grenzen der Fertigungstechnologie nicht erweitert, riskiert, von Wettbewerbern überholt zu werden, die genau das tun

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1 Kommentare

 
GN⁺ 2024-08-22
Hacker-News-Kommentare

  • Ein Vorteil von Schmiedeteilen ist, dass sich die Kornorientierung an die Spannungsmuster des jeweiligen Designs anpassen lässt, und genau das wird meiner Meinung nach stark unterschätzt.
    Oft wird nur wiederholt, Schmieden sei einfach stärker, aber Stahl wird nicht allein dadurch stärker, dass man ihn zusammendrückt und verformt. Schmieden ist weit komplexer, als nur eine Form hineinzuschlagen.
    Stahlseile werden aus recht gewöhnlichem Stahl hergestellt, indem man ihn auf ein Vielfaches seiner ursprünglichen Länge auszieht; allein dadurch steigt die Festigkeit in dieser Richtung um das 2- bis 4-Fache. Eine Kolbenstange muss in Längsrichtung stark sein, daher ist es sinnvoller, nicht von Material nahe der Endabmessung auszugehen, sondern von einem kurzen, dicken Ingot, den man lang auszieht.
    Wenn man etwa einen I-Träger herstellt, könnte man die Mitte ausschmieden und dünner machen, aber dann wird nur die Mitte etwas stärker, während die Ränder kaum profitieren. Zieht man dagegen die Ränder aus, entsteht ein langer, durchgehender Faserverlauf, der gegen Biegung widerstandsfähig ist. Wo, wie und in welcher Reihenfolge man Material streckt, entscheidet über alles.
    Schon bei Bauteilen mit nur etwas Komplexität ist die Optimierung dieses Prozesses so schwierig wie moderne Ingenieurprobleme, und frühere Schmiede verrichteten tatsächlich intellektuelle Arbeit.

    • Dieser Effekt gilt auch für Polymere und zeigt sich dort vielleicht sogar noch stärker.
      Wenn man einen Polyethylenbeutel (LDPE) in eine Richtung zieht, sieht man, dass das Material dünner und zugleich fester wird, weil sich die Polymerketten ausrichten. Am Ende erhält man gewissermaßen eine „gezogene Faser“, bei der die Molekülketten in Faserrichtung ausgerichtet sind und so optimale Zugfestigkeit liefern.
    • Stahl kann tatsächlich auch allein durch Drücken stärker werden. Der Grund ist die steigende Zahl von Versetzungen (dislocations) in der Kristallstruktur.
      Wenn die Körner feiner werden, steigt die Festigkeit auch ohne gezielte Kornorientierung. Außerdem ist Peening zwar nicht exakt dasselbe wie Schmieden, aber ebenfalls ein Verfahren, bei dem Stahl gedrückt wird; Bereiche mit Druckeigenspannungen neigen erst dann zur Rissbildung, wenn diese Spannungen überwunden sind, was die Festigkeit erhöht. Besonders die Ermüdungsfestigkeit nimmt dadurch stärker zu.
    • Laut ACOUP wurden Schmiede manchmal von ungelernten Arbeitern unterstützt, den sogenannten Strikern, die den Hammer hoben und tatsächlich zuschlugen.
    • Für solche Behauptungen würde ich gern belastbare Belege sehen. In Hobbyzeitschriften zu Fahrrädern, Motorrädern und Autos lese ich seit Jahren, dass „Kornfluss“ der große Vorteil geschmiedeter Teile sei, aber seit ich im Ingenieurwesen arbeite, habe ich kaum Unterlagen gefunden, die das wirklich stützen.
      Zum Beispiel erscheint die Aussage fragwürdig, dass sich ein Stahlstab für Stahldrahtseile auf das 100-Fache strecken lasse und dadurch stärker werde. Baustahl A36, ein grundlegender Konstruktionsstahl, hat bei 2 Zoll Messlänge eine Bruchdehnung von 23 % [1]. Auch im Walzwerk gibt es Grenzen dafür, wie stark man in einem Durchgang reduzieren kann; danach muss man durch Wärmebehandlung glühen, um den Effekt der Kaltverformung zu beseitigen. Durch das Glühen werden sowohl Dehnung als auch die durch Kaltverfestigung entstandene Verstärkung zurückgesetzt. Reduziert man in einem Schritt zu stark oder ist die Temperatur zu niedrig, reißt das Material und wird dadurch eher schwächer.
      Auch bei Blech hält sich die Überlieferung, dass die Walzrichtung zugleich die Richtung des Kornflusses sei und deshalb stärker mache, aber ich habe noch keine Quelle gefunden, die einen großen Unterschied zeigt. In Arbeiten wie [2] wird zwar angegeben, dass sich die Zugeigenschaften je nach Probenrichtung unterscheiden, doch in den Spannungs-Dehnungs-Kurven ist der Unterschied klein. Die Streckgrenze wird zwar nicht angegeben, aber alle drei Richtungen scheinen am selben Punkt zu fließen. In diesem Test zeigte die 90-Grad-Richtung quer zum Korn sogar die höchste Zugfestigkeit, also das Gegenteil dessen, was Verfechter des Schmiede-„Kornflusses“ erwarten würden. Auch die Größenordnung der Unterschiede ist gering und klein im Vergleich zu üblichen Sicherheitsfaktoren vernünftiger Konstruktionen.
      In der Konstruktion von Automobilteilen habe ich bisher nur gesehen, dass Schmieden vor allem wegen der Produktionseffizienz gewählt wird. Wenn ein Teil die Kontur von Stangen- oder Blechmaterial fast vollständig ausfüllt, wird es immer aus Stange oder Blech spanend gefertigt. Gibt es viel leeren Raum, rechnet man nach, ob die Kosten für Schmiedegesenk und Entwicklung durch Einsparungen bei Material und Bearbeitung wieder hereingeholt werden. Wenn nicht geschmiedete Teile wirklich wesentlich schwächer wären, müssten sich die Bauteilabmessungen je nach Herstellungsverfahren ändern; so etwas habe ich bisher nicht gesehen.
      Schließlich werden viele Schmiedeteile danach wärmebehandelt. Die Wärmebehandlung von Stahl funktioniert, indem sie die vorhandene Kornstruktur im Stahl aufbricht und rekristallisieren lässt. Je nach genauem Prozess und Geometrie wird der Kornfluss im fertigen Teil dadurch entfernt oder abgeschwächt.
      Trotzdem hält sich die Behauptung von der Überlegenheit des Schmiedens. Es wäre daher hilfreich, wenn jemand, der diesen Effekt tatsächlich geprüft hat, technische Unterlagen vorlegen könnte, die die Größenordnung der Veränderung zeigen.
      [1] https://matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=d1844977c5c...
      [2] https://www.researchgate.net/publication/283447700_The_effec...
    • Ich frage mich, ob additive Fertigung mit kurzen Drahtstücken möglich wäre, die bereits vorgestreckt wurden.

  • Wenn man diesen Text liest, lohnt es sich auch, als eine Art Gegenstück zum großformatigen Pressschmieden das Explosivumformen zu kennen [1]. Dabei wird das Formmaterial mit chemischen Sprengstoffen in eine Vorlage gedrückt.
    Der durch die Explosion entstehende Überdruck kann mit dem großer Pressschmieden vergleichbar oder sogar größer sein. Eine Presse mit 50.000 amerikanischen Short Tons liefert etwa 500 MN Kraft, und der maximale Spitzendruck nahe dem Explosionszentrum von TNT- oder PETN-Sprengstoffen kann über MPa liegen [2], sodass je nach Bauteilgeometrie ein Vergleich möglich ist. Als Bonus gibt es die interessante Eigenschaft, dass sich komplexe zylindrische und kugelförmige Geometrien sehr einfach und präzise herstellen lassen.
    Soweit ich weiß, haben Anwender dieses Verfahrens beim Bau supraleitender Magnete Titan oder hochwertigen nichtmagnetischen Edelstahl (A4, µr ≈ 1) explosiv umgeformt, um die Bildung von Martensit während der Bearbeitung zu vermeiden. Auch ein großer internationaler Hersteller von MRI-Scannern hat dieses Verfahren für ein eher Nischenprodukt verwendet. Es wirkt wie eine „extreme Version“ des Metal Spinning [3], bei dem ein rotierender Metallklumpen auf einen rotationssymmetrischen Dorn gedrückt wird.
    [1] https://en.wikipedia.org/wiki/Explosive_forming
    [2] https://www.researchgate.net/figure/Variation-of-peak-over-p...
    [3] https://en.wikipedia.org/wiki/Metal_spinning

    • Explosivumformen wurde auch zur Herstellung von Aluminium-Bootsrümpfen verwendet [1]. Das ist ein nützliches Verfahren zum Umformen sehr großer Blechteile.
      [1] https://www.youtube.com/watch?v=CbS6rS0seuk
    • Ich habe früher als Konstrukteur bei einem Hersteller von Druckbehältern gearbeitet, und wir haben immer Explosivplattieren verwendet, um teurere korrosionsbeständige Schichten auf Bauteile auf Kohlenstoffstahlbasis aufzubringen.
      In einem Shell-and-Tube-Wärmetauscher kann zum Beispiel innerhalb der Rohre ein stark reaktives Medium fließen, daher kann die Rohrseite aus Indium, Titan, Nickel oder teurem Edelstahl wie S32205/S31803 bestehen. Auf der Mantelseite fließt dagegen vielleicht nur Kühlwasser aus Stahlrohren, sodass ein Anstrich und irgendwo im Inneren eine Opferanode ausreichen.
      Die Trennplatte, durch die alle Rohre geführt werden, also das Tube Sheet, kann einen Durchmesser von 6 Fuß (180 cm) und eine Dicke von 4–8 Zoll (10–20 cm) haben. Wenn man das komplett aus Spezialmaterial fertigt, wird es extrem teuer, und möglicherweise ist es in der benötigten Dicke gar nicht erhältlich. Da ist man schnell bei Kosten im sechsstelligen Dollarbereich.
      Manchmal überzieht ein Schweißer die gesamte Oberfläche mit Schweißgut, das den Korrosionseigenschaften des Prozessfluids standhält, aber bei großen Teilen kann das mehrere Tage dauern, und bei manchen Metallkombinationen wie Messing ist es überhaupt nicht möglich.
      Deshalb haben wir eine „dünne“ Schicht des teuren Materials, ungefähr 1/4 Zoll (6 mm), explosionsplattiert auf ein Standard-Schmiedeteil aus Kohlenstoffstahl aufgebracht. Die Rohre haben normalerweise sehr dünne Wände und werden an die Plattierung geschweißt oder hartgelötet.
      Das Coole daran ist, dass die Grenzschicht zwischen den beiden Metallen so aussieht, als wäre sie genau in dem Moment erstarrt, in dem sich zwei Flüssigkeiten treffen, verwirbeln und miteinander verschlingen.
    • Es gibt populäre Videos, in denen mit explosivem Hydroforming Kugeln hergestellt werden; ziemlich unterhaltsam und deutlich Low-Tech im Vergleich dazu, Magnete zur Vermeidung von Martensitbildung explosiv umzuformen.
    • Mein Bruder hat einmal so ein Unternehmen besucht und danach erzählt, dass dort Metallteile für Raffinerien per Explosivumformen hergestellt würden.
      Wenn ich mich richtig erinnere, ging es darum, die Faltungen in Metallplatten herzustellen, die in Wärmetauschern heiße und kalte Flüssigkeiten voneinander trennen, und der Grund für das Explosionsschmieden war, dass große Platten in einem einzigen Schritt geformt werden können.
    • martensite ist die richtige Schreibweise.

  • Solche Großpressen waren strategisch wichtige Anlagen und könnten es noch immer sein. Das ist etwas, das heutige Politiker, von denen die meisten wie Juristen wirken, offenbar nicht vollständig verstehen.
    Im Allgemeinen bin ich kein Freund staatlicher Subventionen, aber ich war sehr enttäuscht, als die britische Regierung die Finanzierung der Großpresse in Sheffield ablehnte. Diese Presse sollte für den Bau der nächsten Generation von Kernreaktoren eingesetzt werden, und das war ungefähr im Juni 2010. Zum Glück ist Erdgas billig und es gibt überhaupt keine geopolitischen Probleme in den Lieferketten.

    • Großbritannien wird auch keine Kernreaktoren bauen. Am Ende wird man wohl wieder Genehmigungen für Onshore-Windkraft öffnen und versuchen, das Problem mit vielen aus China importierten Batterien zu lösen.
      Dass die Finanzierung von Langfristprojekten anfällig für politische Unsicherheit ist und dadurch regionale Lieferketten zusammenbrechen, ist im Eisenbahnsektor noch viel gravierender; infolgedessen hat man den Großteil der Fähigkeit zum Zugbau verloren. Man muss sich nur das Scheitern von HS2 ansehen.
    • Falls Sheffield Forgemasters gemeint ist: Seit 2020 befindet sich das Unternehmen tatsächlich in direktem Staatsbesitz, und Investitionen in neue Großschmiedeanlagen sind geplant.

  • Erstaunlich ist die Angabe, dass große Pressenteile Anfang der 2000er Jahre in allen im Einsatz befindlichen US-Militärflugzeugen sowie in allen von Airbus und Boeing gebauten Flugzeugen verbaut waren und bei mittleren Bombern 5–10 % der Gesamtkosten eingespart werden konnten.
    Allein die Einsparung bei einer einzigen B-52 soll höher gewesen sein als die Gesamtkosten des Heavy Press Program.
    Ich habe erst vor einem Monat auf HN zum ersten Mal vom Heavy Press Program erfahren und fand es spannend; umso schöner, dass jetzt mehr Beiträge dazu auftauchen.
    Es gab Schmiede- und Extrusionspressen, aber offenbar haben riesige Hochdruckversionen das Spiel komplett verändert; das bringt mich dazu, darüber nachzudenken, welche anderen Verfahren, wenn man sie noch eine Stufe weiter treibt, ebenfalls Industrie oder Konstruktionsdenken neu definieren könnten.

  • Interessant ist die Stelle, dass die 50.000-Tonnen-Schmiedepresse ein gigantisches Gerät von der Größe eines zehnstöckigen Gebäudes war und genug Kraft hatte, um ein ganzes Schlachtschiff anzuheben.
    Nach der deutschen Kapitulation teilten sich die USA und die Sowjetunion die Fähigkeiten für große Pressen sowie die Raketenwissenschaftler, und die USA sollen vier deutsche Pressen zerlegt und in die Heimat verschifft haben.
    Ich frage mich, wie die Logistik ausgesehen haben muss, um so etwas über den Ozean zu transportieren. Ich weiß, dass auch die Sowjetunion während des Krieges Fabriken zerlegte und weit hinter die Front verlegte, aber wie das vor Ort tatsächlich aussah, ist schwer vorstellbar.

  • Das sollte Verteidigern des freien Marktes, besonders jenen, die den wirtschaftlichen Aufschwung der USA als Ergebnis von Laissez-faire sehen, eine Lehre sein.
    In der Realität gibt es Chancen, die der freie Markt nicht aufgreift, und kluge staatliche Eingriffe können der Allgemeinheit enorme Vorteile bringen.

    • Mag sein, aber diese Schlussfolgerung ergibt sich aus diesem Artikel nicht unmittelbar.
    • Was wir „Kapitalismus“ nennen, ist in Wirklichkeit instabil und braucht fortlaufende Eingriffe, um zu überleben.
    • Glaubst du, der freie Markt hätte das irgendwann nicht doch übernommen?

  • Beim Lesen dieses NYT-Gastbeitrags https://www.nytimes.com/2024/08/19/opinion/chris-murphy-demo... hatte ich das Gefühl, dass Leute übersehen, dass das Geheimnis sinnvoller Arbeit nicht nur im Lohn liegt, sondern auch in dem Gefühl, dass die Arbeit in irgendeiner Weise „besonders“ ist.
    Teile mit einer 50.000-Tonnen-Presse herzustellen ist körperliche Arbeit, aber wegen der Seltenheit dieser Maschine auch bemerkenswert.
    Die Diskussion darüber, die industrielle Leistungsfähigkeit der USA wieder zu stärken, konzentriert sich meist auf hohe Lohnkosten oder auf das mangelnde Interesse von Kapital, in Bereiche mit niedrigen Margen zu investieren. Ich würde gern wissen, für welchen Zeitraum die Regierung garantierte Nachfrage zugesichert hat, um Unternehmen zum Mitmachen zu bewegen, und welche anderen industriellen Verfahren vom Staat zwar gefördert wurden, sich aber nicht etablieren konnten. Besonders interessiert mich, warum dieser Ansatz in der Solarindustrie vor einigen Jahren nicht funktioniert hat.

  • Die Entwicklung geht weiter. Die derzeit größte Presse der Welt wurde 2018 gebaut, hat eine Nennkraft von 60.000 Tonnen und steht in Los Angeles County, Kalifornien [1][2]
    [1] https://www.lightmetalage.com/news/industry-news/forging/web...
    [2] https://www.youtube.com/watch?v=jNFIMy8BuHc

    • Im Artikel steht, dass es in China eine 80.000-Tonnen-Presse gibt

  • In Nordamerika gibt es keine Presse, mit der sich Reaktordruckbehälter in Segmenten herstellen ließen, ohne sie anschließend zu verschweißen
    Wenn man sie per Schweißverfahren herstellt, würde das den Zeitplan wahrscheinlich um ein Jahr verlängern, sofern man nicht die neue Schweißtechnik nutzt, die kürzlich in Großbritannien entwickelt wurde, und zudem bliebe eine gewisse Unsicherheit bezüglich der Schweißnähte
    Ein kanadisches Unternehmen bereitet sich zwar darauf vor, kleine Reaktorbehälter wie für den BWRX-300 herzustellen, aber bisher habe ich keine Signale gesehen, die darauf hindeuten würden, dass das nicht einfach NuScale 2.0 ist

    • Ich habe nachgesehen, weil mich interessiert hat, welche Schweißtechnik gemeint war; vermutlich ist es lokales Elektronenstrahlschweißen https://www.thefabricator.com/thewelder/blog/assembly/sheffi...
    • Genau genommen geht es um Behälter für Druckwasserreaktoren. Bei Reaktoren, die mit niedrigerem Druck arbeiten, etwa wenn Salzschmelze als Kühlmittel verwendet wird, ist das Salz auch unter Störfallbedingungen nicht hochdruckbeaufschlagt, sodass solche Behälter möglicherweise nicht nötig sind
      Ich habe einen Link gesehen, in dem ein kanadischer Regierungsminister namens Don Morgan sagt, die Kosten für den BWRX-300 lägen bei 5 Milliarden kanadischen Dollar, also etwa 3,6 Milliarden US-Dollar. 12 Dollar pro Watt (nach US-Maßstab) sind nicht das Schlechteste, aber auch nicht besonders gut. Es ist auch nicht klar, ob das die Gesamtkosten oder die Overnight Construction Cost sind
      https://www.deassociation.ca/newsfeed/4-provinces-push-ahead...

  • Soweit ich weiß, gehören diese Presse und das Gelände in Cleveland derzeit Howmet Aerospace. Howmet war nach der Aufspaltung 2020 so etwas wie ein „Tochterunternehmen“ von Alcoa; Arconic gab es daneben ebenfalls
    https://en.wikipedia.org/wiki/Howmet_Aerospace
    Zur großen Presse in Cleveland gibt es auch einen eigenen Wikipedia-Artikel
    https://en.wikipedia.org/wiki/Alcoa_50,000_ton_forging_press

    • Howmet ist ein interessantes Unternehmen. Mein Vater hat dort sein ganzes Berufsleben gearbeitet; anfangs war es MISCO, dann wurde es von Howmet übernommen und später zu Alcoa
      Mein Vater arbeitete insbesondere im Titan-Feinguss; dabei wurde Titan erhitzt, bis es flüssig war, und dann unter Druck in komplexe, vor Ort gefertigte Formen gepresst
      Meistens wurden Turbinenschaufeln für Jet-Triebwerke hergestellt, aber wenn weniger Arbeit anfiel, fertigte man auch Golfschlägerköpfe für Unternehmen wie PING. Von allem, was mein Vater in all den Jahren produziert hat, waren die einzigen Dinge, die ich jemals tatsächlich zu sehen bekam, die Golfschlägerköpfe. Alles andere wurde innerhalb der Anlage streng kontrolliert, also bekam man es nicht zu Gesicht.