Bohrungsdrücken – ein Verfahren der Umformung für Hohlstrukturen

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Durch die Applikation des am IWU entwickelten Verfahrens Bohrungsdrücken soll für die ß-Titanbearbeitung eine innovative Alternative der genannten Anwendungen erschlossen werden.

Bohrungsdrücken ist eine innovative Alternative zum Kaltfließpressen

Bohrungsdrücken ist ein flexibles rotatorisches Druckumformverfahren zur Erzeugung langer rotationssymmetrischer Hohlformen mit oder ohne Boden aus massiven, kreisrunden Halbzeugen. In Bild 1 ist der prinzipielle Bohrungsdrückprozess zur Erzeugung von Hohlformen dargestellt.

Die Hohlform entsteht bei diesem Verfahren durch die Abbildung eines formgebenden Werkzeuges. Dadurch sind sowohl einfache kreisrunde Querschnitte als auch Mitnehmerprofile wie Gleichdick, Ellipse, Polygon oder axialgerichtete Vielkeil- und Verzahnungsprofile herstellbar.

Die Außenkontur entsteht ausschließlich durch die Kinematik der auf dem Halbzeug abwälzenden Druckrollen. Das ermöglicht die Erzeugung von Zylindern mit achsparallelen Mantellinien, abgestuften Konturen mit und ohne Hinterschnitt, steigenden oder fallenden Kegel sowie konkaven oder konvexen Rotationskörpern. Ein Fertigungsbeispiel für die Erzeugung einer Hohlform ist in Bild 2 (siehe Bildergalerie) ersichtlich.

Beim Bohrungsdrücken können bis zu 80 % Material eingespart werden

Das Verfahren Bohrungsdrücken ist besonders ressourcenschonend. Im Vergleich zum Tiefbohren sind Werkstoffeinsparungen bis zu 80 % für Hohlwellen erreichbar. Verfahren der partiellen Massivumformung wie das Bohrungsdrücken zeichnen sich dadurch aus, dass der Werkstoff nicht im gesamten Umformvolumen, sondern in zeitlich und räumlich begrenzten Inkrementen plastifiziert wird. Im Vergleich zum Napf-Rückwärtsfließpressen ist aus diesem Grunde eine enorme Verringerung der Stempelkraft möglich und damit etwa das vierfache Längen-Durchmesser-Verhältnis erreichbar.

Wegen des hohen hydrostatischen Druckanteils eignet sich das Verfahren insbesondere für hochfeste Werkstoffe. Beim Bohrungsdrücken werden formspeicherarme Werkzeuge verwendet. Eine Matrize, wie sie beim Napf-Rückwärtsfließpressen benötigt wird, ist durch die Druckrollen ersetzt. Besonders die Anwendung für Klein- und Mittelserienfertigung ist durch die Flexibilität, geringe Werkzeugkosten und die gute Integrierbarkeit in bestehende Fertigungsprozesse gegeben.

Kenntnisse über Umformbedingungen der ß-Titanlegierungen fehlen

Für den Einsatz der ß-Titanlegierungen fehlen bisher fundamentale Kenntnisse der Umformbedingungen. Unbekannt sind insbesondere die Einflüsse der zyklisch inkrementellen Umformung auf die Phasenumwandlung und die Gefügeausbildung sowie die daraus resultierenden Eigenschaftsbeeinflussungen des Werkstoffes, von denen essenzielle Verbesserungen der Gebrauchswerte, in erster Linie durch erhebliche Festigkeitssteigerungen, zum Teil über die von Stählen hinaus, erwartet werden.

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