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Prozessgrundlagen der Halbwarmumformung wellenförmiger Teile

Status abgeschlossen
Ziele


1. Reduzierung von Risiko und Aufwand bei der Produktionseinführung

Reduzierung des technischen Risikos und des Versuchsaufwands bei der Einführung
von Prozessen der Halbwarmumformung (HWU) von Stahl durch die Bereitstellung
allgemeingültiger sowie verfahrens- und sortimentsspezifischer Grundlagen und
die Qualifizierung numerischer Simulationswerkzeuge.

7. Ermittlung von Formänderungsverhalten und -grenzen

Ein numerisches Prozessmodell wurde auf Grundlage der experimentellen
Untersuchungen für das Halbwarm-Querfließpressen rotationssymmetrischer Bunde
erstellt und verifiziert. Mit dem FE-Modell wurden umfangreiche
Variationsrechnungen zur detaillierten Beschreibung des Einflusses
verschiedener Prozessparameter auf den Umformvorgang durchgeführt. Durch die
Rechnung eines Praxisbauteils (Pumpenzylinder) wurde die Übertragbarkeit des
numerischen Prozessmodells auf andere Halbwarm-Querfließpressoperationen
nachgewiesen. Die Vorausberechnung eines neuen Querfließpressvorgangs zur
Ausformung eines singulären Nockens und der anschließende experimentelle
Machbarkeitsnachweis bestätigte die Allgemeingültigkeit des FE-Modells.

8. Erstellung eines numerischen Prozessmodells

Der Umformvorgang verändert nach den Umformbedingungen (Temperatur,
Geschwindigkeit) das Gefüge und die Eigenschaften des Werkstoffs. Neben der
instationären Verteilung des Umformgrades bildet sich bei der Halbwarmumformung
eine inhomogene Temperaturverteilung im Bauteil aus, wodurch die
Rekristallisationstemperatur in einem Bauteil gleichzeitig über- und
unterschritten werden kann. Um Rückschlüsse auf Verfestigung bzw. Erholungs-
und Rekristallisationsvorgänge schließen zu können, wurden sowohl die Gefüge
der Stauchproben als auch die der querfließgepressten Bundteile unter dem
Lichtmikroskop untersucht und miteinander verglichen.

2. Ermittlung des stationären Temperaturzustands an der Pressmatrize

Die Kenntnis des sich im Matrizenverband / armierten Gesenk während der
Umformung bei erhöhten Temperaturen ausbildenden stationären thermischen
Zustands (Betriebstemperatur) ist von Bedeutung für die optimale
Prozessgestaltung (Hubzahl, Kühl-Schmierstoff, Werkzeugwerkstoff). Der
Temperaturzustand hat Einfluss auf die thermischen und mechanischen Belastungen
in der Matrize und damit auf Verschleiß, Versagen und Standmengen.

3. Besonderheiten der Halbwarmumformung bei der Werkzeugauslegung

Ziel war es, dem Werkzeugkonstrukteur ein Berechnungsprogramm zur Verfügung
zustellen, das die durch den Temperaturgradienten in der Pressmatrize
bewirktenzusätzlichen Spannungen im Unterschied zum Kaltfließpressen
berücksichtigt.

4. Ermittlung der tribologischen Bedingungen in der Halbwarmumformung

Eine Grundvoraussetzung für die Prozessbeschreibung mittels FE Simulation ist
die genaue Kenntnis des temperatur- und geschwindigkeitsabhängigen
Formänderungsverhaltens der Werkstückstähle. Die in der Fachliteratur
enthaltenen Fließkurven beziehen sich in der Regel nur auf zufällige
Werkstoffchargen, wodurch Abweichungen von bis zu 20 % möglich sind. Neue
Fließkurven der Stähle 16 MnCr 5, Cf 53 und 100 Cr 6 wurden durch
Warmstauchversuche ermittelt.

5. Ermittlung des Temperatur-Zeit-Regimes der Werkstücke

Es ist sehr aufwändig, neu entwickelte Schmierstoffe unter
Produktionsbedingungen zu erproben und Reibwerte zu ermitteln. Es wurde deshalb
ein tribologischer Modelltest entwickelt, der die kritischen Kontaktbedingungen
und den daraus resultierenden dominierenden adhäsiven Verschleißvorgang beim
Halbwarm-Fließpressen modelliert.

6. Ermittlung des Werkstoffverhaltens

Die Einflussgrößen auf den Formänderungsverlauf und das Umformergebnis beim
Halbwarm-Querfließpressen wirken komplex und können in ihrer qualitativen
Wirkung vorteilhaft beim Pressen von rotationssymmetrischen Bunden auf einer
hydraulischen Presse beschrieben werden.


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