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Energieeffizientes Warmvollvorwärtsfließpressen

Status abgeschlossen
Ziele

1. Entwicklung eines mechanischen Simulationsmodells für das zentralrissbehaftete Kaltvollvorwärtsfließpressen
Ziel ist die Entwicklung eines mechanischen Simulationsmodells zur Abbildung des Kaltvollvorwärts-fließpressens zentralrissbehafteter Bauteile, welches anhand eines zentralrisskritischen Analogie-werkzeugs zu verifizieren ist. Das dazu erforderliche Analogiewerkzeug, mittels dessen beim Kaltvollvorwärtsfließpressen gewollt zentralrissbehaftete Bauteile gefertigt werden, wird zunächst entwickelt und gefertigt. Parallel zur Werkzeugentwicklung und -fertigung wird das Kaltvollvorwärts-fließpressen mit Analogiewerkzeug in einem mechanischen Simulationsmodell unter Berücksichtigung der Zentralrissinitiierung und -ausbreitung abgebildet. Durch den Vergleich von experimentell ermittelten und simulativ berechneten Ergebnissen erfolgt die Verifikation des mechanischen Simulationsmodells.

2. Simulative und experimentelle Auslegung des zentralrissfreien Warmvollvorwärtsfließpressens
Ziel ist die Ermittlung der kritischen Halbzeugtemperatur, die gerade im Bauteilinneren benötigt wird, um mit dem betrachteten Analogiewerkzeug zentralrissfreie Bauteile fließpressen zu können. Die Halbzeugerwärmung erfolgt dabei zunächst global über den gesamten Halbzeugquerschnitt in einem Kammerofen. Diese Vorgehensweise ermöglicht aufgrund der Halbzeugzugänglichkeit die mess-technische Erfassung der Halbzeugtemperatur im Analogieprozess und somit erst die thermische Verifikation des begleitend aufzustellenden thermomechanischen Simulationsmodells. Zur Verifikation des thermomechanischen Simulationsmodells werden Vollvorwärtsfließpressversuche mit globaler Halbzeugerwärmung unter Verwendung des oben erwähnten Analogiewerkzeugs unter Labor-bedingungen durchgeführt.

3. Definition von Prozessparametern und -randbedingungen für das energieeffiziente konduktive Warmvollvorwärtsfließpressen
Ziel ist es, geeignete Prozessparameter und -randbedingungen für das energieeffiziente Warmvollvor-wärtsfließpressen grundlegend zu identifizieren und zu definieren. Dazu wird ein konduktiver Prüfstand entwickelt, anhand dessen experimentelle und simulative Untersuchungen durchgeführt werden. Auf Grundlage dieser Untersuchungen werden die Prozessparameter Anpresskraft und Stromstärke sowie die Prozessrandbedingungen Elektrodenoberflächenrauheit und -werkstoff definiert.

4. Energieeffizientes Warmvollvorwärtsfließpressen mit konduktiver lokaler Halbzeug-erwärmung unter Laborbedingungen
Ziel ist die Konstruktion, Fertigung und Erprobung des um die Konduktionseinheit erweiterten Analogie-werkzeugs unter Laborbedingungen. Durch die Integration der entwickelten konduktiven Erwärmungs-einheit in das bereits zuvor verwendete zentralrisskritische Analogiewerkzeug wird der Nachweis erbracht, dass durch die lokal-konduktive Halbzeugerwärmung eine Zentralrissinitiierung energie-effizient vermieden werden kann. Das konduktiv erweiterte Analogiewerkzeug wird zunächst simulativ ausgelegt und konstruiert sowie nachfolgend gefertigt. Zur Erprobung des energieeffizienten Warmvoll-vorwärtsfließpressens unter Laborbedingungen werden mit dem konduktiv erweiterten Analogiewerk-zeug Warmfließpressversuche mit lokaler Halbzeugerwärmung durchgeführt. Abschließend wird zur Verfahrensbewertung des energieeffizienten Warmvollvorwärtsfließpressens ein technologisch-energetischer Vergleich zu den herkömmlichen Fließpressverfahren angestellt.

5. Energieeffizientes Warmvollvorwärtsfließpressen mit konduktiver lokaler Halbzeugerwärmung unter industriellen Fertigungsbedingungen
Nach erfolgreicher Verfahrensentwicklung des energieeffizienten Warmvollvorwärtsfließpressens unter Laborbedingungen erfolgt die Integration der lokalen konduktiven Erwärmungseinheit in ein mehr-stufiges, zentralrisskritisches Realwerkzeug. Die zur Integration der Erwärmungseinheit erforderlichen, konstruktiven Maßnahmen werden durch FEM-Simulationen begleitet. Nach erfolgreicher, konduktiver Erweiterung des Realwerkzeugs wird dieses unter industriellen Realbedingungen im Rahmen von Standzeit- und Verschleißuntersuchungen erprobt.

6. Erfolgsnachweis und Erstellung Konstruktionsrichtlinie
Es folgen der Erfolgsnachweis und die Zusammenfassung der gesammelten Erkenntnisse in einer allgemeinen Konstruktionsrichtlinie, die die Integration der konduktiven Erwärmungseinheit in beliebige Vollvorwärtsfließpresswerkzeuge ermöglicht.


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