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Massivumformen

Stoffflussverhalten und Werkzeugverschleiß beim gratlosen Präzisionsschmieden

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An dieser Stelle sind insbesondere der Einsatz thermisch beständiger und hoch abriebfester Werkzeugwerkstoffe und Beschichtungen zu nennen, wie höher legierte Warmarbeitsstähle, Keramik- oder Hartmetall-einsätze oder Beschichtungen aus kubischem Bornitrid (CBN) oder sogenannte Diamond-like-Carbon Beschichtungen (DLC). Des Weiteren kann durch diverse Oberflächenbehandlungen eine Reduzierung des Verschleißes ermöglicht werden.

Schmiedegesenke fallen meist wegen Werkzeugverschleiß aus

Werkzeugverschleiß stellt mit zirka 70% die Hauptausfallursache von Schmiedegesenken dar. Doch aussagekräftige und praxisrelevante Ergebnisse über die Wirksamkeit verschiedener Strategien zum Verschleißschutz zu erhalten, ist aufgrund der komplexen Zusammenhänge zwischen Bauteilgeometrie, Prozessführung und Werkzeug schwierig.

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Daher besteht die Forderung, die Ursachen, Wirkmechanismen und Auswirkungen des Verschleißes, insbesondere unter den Bedingungen beim gratlosen Schmieden von Langteilen, möglichst bauteilunabhängig an einer realen Versuchsgeometrie zu ermitteln. Damit soll die Auslegung insbesondere für gratlose Schmiedeprozesse vereinfacht, eine breitere Anwendung ermöglicht und die Beurteilung der Wirkung von Verschleißschutzmechanismen sowie die Standmengenkalkulation verbessert werden.

Referenzbauteil bildet Werkzeugbeanspruchungen ab

Am IPH wurde ein Referenzbauteil für Untersuchungen des gratlosen Präzisionsschmiede-Prozesses bei Langteilen entwickelt, welches anhand der charakteristischen Formfüllvorgänge – Breiten, Stauchen und Steigen – die auftretenden Werkzeugbeanspruchungen separiert abbildet. Dieses Referenzbauteil wurde auf Grundlage einer Formenordnung entworfen, die das Bauteilspektrum für Schmiedeteile bei Umformprozessen kategorisiert. Damit soll eine gute Übertragbarkeit von Untersuchungsergebnissen auf Bauteile unterschiedlicher geometrischer Ausprägungen gewährt werden.

Der Fertigungsprozess des Referenzbauteils erfolgt in zwei Umformstufen: In der ersten Stufe zur Erzeugung der Vorform wird ein runder Stangenabschnitt in der Mitte durchsetzt und dadurch in drei Bereiche unterteilt (Bild 6), in denen bei der Fertigformung das Material jeweils primär steigt, gestaucht und gebreitet wird. Die Endgeometrie weist mit einem Auge (primär Steigen des Materials) und einem Steg (primär Breiten des Materials) für Schmiedeteile typische Nebenformelemente auf.

Geometrieparameter ändern sich mit dem Formverlauf kontinuierlich

Die Geometrie von Ober- und Untergesenk in der zweiten Stufe ist so gestaltet, dass die sich ausbildenden Geometrieparameter wie Radien und Bauteildicken, und damit die Werte der einzelnen Einflussgrößen wie Fließgeschwindigkeit, Druck und Temperatur, sich kontinuierlich mit dem Formverlauf ändern. Somit können die Auswirkungen der einzelnen Einflussgrößen weitgehend separat sowie in verschiedenen Ausprägungen beobachtet und bewertet werden.

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