Schmieden gekrümmter Bauteile

Krumme Dinger mittels Freiformschmieden

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Für die Krümmung von Bauteilen bewegt sich die Roboterzange während des Schmiedehubs auf einer Kreisbahn um die Schmiedesättel, wobei der Rotationsmittelpunkt zwischen den Schmiedesätteln liegt [4]. Durch die Kombination mehrerer Umformschritte entsteht so ein kontinuierlich gekrümmtes Bauteil mit einer kreisförmigen Geometrie, wobei die resultierende Geometrie insbesondere durch den Krümmungsradius charakterisiert ist.

Gekrümmte Bauteile aus Aluminium und aus Stahl geschmiedet

Die Untersuchungen hatten zum Ziel, einerseits die grundsätzliche Anwendbarkeit des Verfahrens nachzuweisen und andererseits die Prozessgrenze für die Schmiedeanlage am IBF zu ermitteln. Dazu wurden numerische und experimentelle Untersuchungen mit Aluminium im kalten Zustand sowie heißem Stahl durchgeführt. In einem ersten Schritt wurde mit Aluminium bei Raumtemperatur untersucht, welcher minimale Krümmungsradius realisiert werden kann. Dazu wurde Reinaluminium der Güte 99.8 mit einer Höhenabnahme εh = 30 % und einem Bissverhältnis sB/h0 = 1,0 geschmiedet. Das Bauteil wurde mit dem anlagenseitig maximal verfügbaren Biegewinkel von 20° pro Hub in insgesamt 15 Hüben gekrümmt (Bild 3). Dabei wurde ein Krümmungsradius von 257 mm erreicht, der als untere Anlagengrenze für die Anwendung dieses Verfahrens angesehen werden kann. Die so erreichte Endgeometrie demonstriert das Potenzial dieses Verfahrens auch zum Schmieden beispielsweise von Ringsegmenten.

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Da freiformgeschmiedete Produkte zum überwiegenden Teil aus Stahl gefertigt werden, wurde das Verfahren im Anschluss auf die Warmumformung von Stahl übertragen. Hier besteht die besondere Herausforderung in der höheren Festigkeit von Stahl im Vergleich zu Aluminium sowie der Abkühlung der Werkstücke während der Schmiedung, was eine möglichst schnelle Prozessführung erfordert. Hierzu wurden unter anderem Werkstücke aus Vergütungsstahl mit einer Ausgangsgeometrie von 85 mm × 85 mm × 850 mm mit einem Biegewinkel von 10° pro Hub bei einem Bissverhältnis sB/h0=1 und einer Höhenabnahme von εh=30 % geschmiedet. Um die Reproduzierbarkeit des Verfahrens zu untersuchen, wurde der Versuch insgesamt vier Mal wiederholt und die resultierende Endgeometrie ausgewertet (Bild 4).

Gekrümmte Schmiedebauteile mit reproduzierbaren Ergebnissen erzeugt

Ein optischer Vergleich der Endgeometrien verdeutlicht, dass bei diesen Versuchen sehr ähnliche Krümmungen reproduzierbar erzielt werden konnten. Es konnte gezeigt werden, dass ein herkömmlicher Schmiederoboter durch eine neue Prozessstrategie genutzt werden kann, um aus Stahl Werkstücke mit einer signifikanten Krümmung zu erzeugen.

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