Bei Schmiedewerkzeugen wird Verschleißschutz immer wichtiger

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Die Ermittlung der Reibkoeffizienten ist notwendig, um die Abhängigkeit von Reibung und Adhäsion zu quantifizieren. Das Verhältnis von Außendurchmesser (d), Innendurchmesser (di) und Höhe (h) des Rings beträgt im Ausgangszustand 6 : 3 : 2 (Bild 2a).

Nach dem Stauchen wird anhand der Deformation des Rings der Reibkoeffizient ermittelt. Dazu nutzt man die Verhältnisse von Anfangs- und Endabmessung der Höhen und Bohrungsdurchmesser [4 und 5]. Diese Verhältnisse sind in Nomogrammen zusammengefasst. Sie zeigen beispielsweise, dass ein geringerer Reibwert eine kleinere Reduktion des Innendurchmessers bei gleicher Höhenreduktion bewirkt. Für die Auswertung geschmiedeter Aluminiumringe werden FEM-gestützte Nomogramme erstellt (Bild 2b), die anschließend in Schmiedeversuchen validiert werden.

Simulationssoftware bietet qualitatives Modell zur Darstellung des Verschleißes

Um den Einfluss möglichst vieler Schmiedeparameter – beispielsweise der Umform- und Werkzeugtemperatur – auf den Verschleiß zu quantifizieren, werden die Ergebnisse aus FE-Simulationen und Versuchen parallel betrachtet. Die Simulationssoftware bietet ein qualitatives Modell zur Darstellung des Verschleißes. Es basiert auf dem Produkt aus Normalspannung und Tangentialgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Umformzeit (Bild 3). Die auftretende Adhäsion wird in praktischen Versuchen am Werkzeug gemessen und den ermittelten Prozessparametern gegenübergestellt. Das ermöglicht die Erstellung eines Modells, mit dem die Adhäsion für verschiedene Parameterpaarungen berechnet werden kann.

Halbwarm geschmiedete Bauteile haben höhere Maßgenauigkeit

Die Halbwarmumformung von Stahl findet bei Temperaturen von 650 bis 900 °C statt. Kennzeichnend für halbwarm geschmiedete Bauteile sind eine höhere Maßgenauigkeit und eine bessere Oberflächengüte im Vergleich zu warm geschmiedeten Teilen. Diese Effekte resultieren aus der reduzierten Zunderbildung und dem geringeren Wärmeverzug. Darüber hinaus wird aufgrund der niedrigeren Temperatur weniger Energie für die Erwärmung der Bauteile benötigt.

Nachteilig ist jedoch die im Vergleich zur Warmumformung höhere Fließspannung des Umformwerkstoffs. Sie erhöht nicht nur die Presskraft, sondern führt auch zu höheren mechanischen Belastungen im Gesenk. Diese Belastungen bewirken einen erhöhten Verschleiß und sind – neben dem geringeren erreichbaren Umformgrad – das wesentliche Argument gegen die Halbwarmumformung.

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