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Massiver Leichtbau TP 4 - Erweiterung technologischer Grenzen bei der Massivumformung in unterschiedlichen Temperaturbereichen / TP 6 - Untersuchungen zum Verbundschmieden unterschiedlicher artfremder und artgleicher Materialkombinationen

Status laufend
Ziele

1. Erweiterung technologischer Grenzen bei der massivumformtechnischen Fertigung von Leichtbauoptimierten Bauteilen
Das Ziel liegt dabei in der Identifikation und Nutzung von Leichtbaupotenzialen für Komponenten des Antriebsstrangs sowie des Fahrwerks. Es werden Untersuchungen an den drei Bauteilen Kolbenbolzen, Getriebewelle und Zahnkranz durchgeführt. Mittels neuer Stahlwerkstoffe, innovativer und erweiterter Umformtechnologien, unterschiedlicher Prozessrouten sowie einer Einstellung lokaler Festigkeiten werden umformtechnische Problemstellungen für innovative Leichtbaulösungen untersucht.

2. Herstellung eines dünnwandigen Kolbenbolzens mittels Kaltfließpressen
In diesem Schritt sollen Untersuchungen zur Erweiterung technologischer Grenzen bei der umformtechnischen Erzeugung von dünnwandigen Bauteilen durch das kombinierte Napf-Fließpressen durchgeführt werden. Die Anwendung von konventionellen und neuartigen höherfesten Stahlsorten sowie die Einbringung der Kaltverfestigung bei der Erzeugung von hülsenförmigen Bauteilen kann eine Reduzierung der Wanddicke und dementsprechend auch des Bauteilgewichtes bei gleich bleibender zulässiger Bauteilbelastung ermöglichen.

3. Entwicklung und Umsetzung einer alternativen Prozessführungsstrategie für die Umformung von Getriebewellen
In diesem Schritt soll die Fertigung von skalierten Getriebewellen mit definierten lokalen Eigenschaften mittels ein- und mehrstufigem Voll-Vorwärts-Fließpressen realisiert werden. Das Ziel ist es, durch eine definierte Auslegung der Fließpresswerkzeuge die lokalen mechanischen Eigenschaften der Getriebewellen einzustellen.

4. Inkrementelle umformtechnische Weiterverarbeitung zur gezielten Einstellung von Oberflächeneigenschaften
Um eine Reduzierung der Wandstärke und damit einhergehend eine Reduzierung des Bauteilgewichts von umformtechnisch erzeugten Bauteilen zu erreichen, müssen die lokalen mechanischen Eigenschaften der Bauteile belastungsgerecht eingestellt werden. Da mechanische Belastungen und der damit einhergehende Verschleiß insbesondere in randschichtnahen Bereichen auftreten, müssen diese Bereiche eine hohe lokale Festigkeit bzw. eine hohe lokale Härte aufweisen. Ziel dieses Schrittes ist es, durch ein dem Umformprozess nachgelagertes inkrementelles Umformverfahren, wie beispielsweise dem Festwalzen, die Oberfläche umgeformter Bauteile lokal weiter zu verfestigen. Hierzu soll zum einen untersucht werden, ob durch die inkrementelle Umformung konventioneller Werkstoffe eine nachgelagerte Wärmebehandlung zur Randschichthärtung vermieden werden kann. Zum anderen soll die  Anwendbarkeit der inkrementellen Prozesse auf bereits induktiv- bzw. einsatzgehärtete Oberflächen analysiert werden. Durch eine weitere Steigerung der Härte soll hierbei eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit des Werkstoffes erreicht werden, wodurch eine auf Leichtbau ausgerichtete und bezüglich der Dimensionierung reduzierte Bauteilauslegung ermöglicht wird. Zur Evaluation der angestrebten Vorgehensweise bezüglich der Übertragbarkeit auf reale Bauteile sollen Kolbenbolzen sowie die skalierte Getriebewelle durch den Einsatz des inkrementellen Umformprozesses, in Sinne der globalen bzw. lokalen Steigerung der Oberflächenfestigkeit, weiterverarbeitet werden.

5. Reduzierung des Bauteilgewichts und Einstellung lokaler Bauteileigenschaften beim Präzisionsschmieden eines Zahnkranzes mit anschließender Nachformung im Halbwarmtemperaturbereich sowie bei Raumtemperatur
Der Vorteil umformtechnisch hergestellter Zahnräder mit einem ununterbrochenen beanspruchungsgerechten Faserverlauf zeichnet sich vor allem in Form einer höheren Zahnfußfestigkeit aus. Dadurch können durch den Einsatz präzisionsgeschmiedeter anstelle zerspanend hergestellter Zahnkränze diese aufgrund des vorteilhaften Faserverlaufs bei geringeren Bauteilabmessungen gleiche Beanspruchungen ertragen. Darüber hinaus werden Ergebnisse zum Nachformen des  präzisionsgeschmiedeten Zahnkranzes im Halbwarmtemperaturbereich bei unterschiedlichen Phasenzuständen (Austenit, Ferrit/Perlit) hinsichtlich der Verfestigung und einer Oberflächenverbesserung untersucht.
Des Weiteren werden im Rahmen dieses Schrittes Zahnkränze aus verschiedenen Stählen hergestellt, in TP2 mit einer Nabe gefügt, wärmebehandelt und anschließend im Rahmen einer Funktions- und Lebensdauerprüfung in Prüfstandversuchen untersucht.

6. Untersuchungen zum Verbundschmieden unterschiedlicher artfremder und artgleicher Materialkombinationen
Verbundschmieden ist das form- und stoffschlüssige Fügen von unterschiedlichen Werkstoffen zu Multimaterialsystemen bei gleichzeitiger bildsamer Formgebung. Für eine erfolgreiche stoffschlüssige Verbindung werden die Werkstoffrohlinge zusammengeführt, erwärmt und anschließend umgeformt. Der genaue Verfahrensablauf kann bauteilabhängig variieren. Als Ergebnis entsteht ein hybrides Bauteil, welches bei optimaler Prozessgestaltung mindestens die mechanische Belastbarkeit des niederfesteren Verbundpartners aufweist.
Das Ziel des Teilprojektes 6 ist die Herstellung leichtbauoptimierter Radnaben aus artfremden und artgleichen Materialkombinationen. Die wissenschaftlich-technische Problemstellung beim Verbundschmieden stellt das unterschiedliche Fließverhalten der aus artfremden und artgleichen bestehenden Rohteilen dar. Im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens werden anhand des Demonstratorbauteils die Potenziale dieser innovativen Technologie aufgezeigt und bewertet.


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