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Massivumformen

Stoffflussverhalten und Werkzeugverschleiß beim gratlosen Präzisionsschmieden

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Die Verhältnisse der einzelnen geometrischen Abmessungen wurden nach Auswertung umfangreicher FEM-Simulationen des Materialflusses (Bild 7 und Bild 8) und Analysen der Prozessparameter festgelegt. Bild 9 zeigt beispielhafte Analyseergebnisse der Druck- und Temperaturverteilung an den Umformstempeln bei einer Prozesssimulation. Wesentliche Größen wie Druck- und Temperaturverteilungen sowie Fließgeschwindigkeiten sollten sich in einem möglichst großen Wertebereich abdecken lassen. Der Umformprozess sollte gleichzeitig möglichst stabil sein und für einen weiten Bereich von Prozessparametern wie Umformtemperatur und -geschwindigkeit aussagekräftige Ergebnisse gewährleisten.

Zusammenhänge der Verschleißmechanismen

Anhand dieses Referenzbauteils lassen sich Zusammenhänge zwischen einzelnen Verschleißmechanismen wie auch ihre unterschiedliche Ausprägung bei verschiedenen Bauteil- und Werkzeugwerkstoffen gezielt untersuchen. In Bild 10 sind Ober- und Untergesenk schematisch im Schnitt sowie die verschleißkritischen Stellen der Gesenke dieser zweiten Stufe dargestellt.

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Verschleiß primär durch Abrasion ist demnach beispielsweise an kleinen Außenradien der Gravur, hohen Kontaktdrücken und Fließgeschwindigkeiten des Materials zu erwarten. Zum Ausfüllen kleiner Innenradien sind erhöhte Drücke erforderlich, so dass an diesen Stellen eine mechanische Ermüdung provoziert werden kann. Die eindringenden Stempel sind an den Kanten ihrer Stirnfläche starken Temperaturwechselbelastungen unterworfen und zeigen häufig Risse aufgrund thermischer Ermüdung.

Vertretbarer Aufwand für umfangreiche Versuchsreihen

Mit Hilfe des am IPH entwickelten Referenz-Langteils können für Langteile folgende Aspekte standardisiert betrachtet werden:

  • Wirkung von Schmierstoffen (Tribologie),
  • Wirkung von Werkzeugbeschichtungen,
  • Umformverhalten verschiedener Werkstoffe und
  • Prozessgrenzen.

Dieses Referenzbauteil soll es ermöglichen, mit vertretbarem Aufwand umfangreiche Versuchsreihen von gratlosen Schmiedeoperationen unter Variation diverser Parameter wie Oberflächenbeschaffenheit der Werkzeuggravur, Material, Umformtemperatur und -geschwindigkeit durchzuführen. Die Bauteilgeometrie verspricht dabei eine gute Vergleichbarkeit der Ergebnisse unter dennoch sehr realen Überlagerungen der verschiedenen Verschleißmechanismen.Literatur:

[1] Lange, K. (Hrsg.): Umformtechnik - Handbuch für Industrie und Wissenschaft Bd. 2: Massivumformung. Springer Verlag, Berlin, 1988.

[2] Müller, S., und Stonis, M.: Gratloses Präzisionsschmieden einer Zweizylinderkurbelwelle. In: Schmiede-Journal, Industrieverband Massivumformung e. V., o. Jg. (2008), H. 3, S. 22-26.

Dipl.-Ing. Dominic Gruss und Dipl.-Ing. (FH) Hanns Kache sind Projektingenieure in der Abteilung Prozesstechnik des IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gemeinnützige GmbH, 30419 Hannover. Tilmann Rüther studiert an der Leibniz-Universität Hannover Maschinenbau und arbeitet als wissenschaftliche Hilfskraft im IPH.

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