TECHNOLOGIE UND WISSENSCHAFT Design des Walzteils auf Basis der Massenverteilung des Schmiedeteils Schrittweise Erstellung eines Kalibrierplans Automatisiert erstelltes CAD-Modell eines Querkeilwalzwerkzeugs Massenverteilungsschaubild von Schmiede- und Walzteil 2: Umsetzung der Methode zur teilautomatisierten Konstruktion eines Querkeilwalzwerkzeugs in Form der Software RollCAD Bild 3: Modelle der ressourceneffizienten Stadienfolgen für das Hüftimplantat (links) und das Common-Rail (rechts) QUERKEILWALZEN FÜR LANGTEILE: PROZESSENTWICKLUNG Um einen Einsatz des Querkeilwalzens zu erleichtern, haben sich Wissenschaftler und Ingenieure in dem von der EU geförderten Entwicklungsprojekt „CoVaForm – Conservation of valuable materials by a highly efficient forming system“ den Herausforderungen gestellt 1. Zum einen sollte die Prozessentwicklung deutlich vereinfacht werden, um das bisher fehlende Expertenwissen durch eine softwaregestützte Methode zur Auslegung von Querkeilwalzprozessen auszugleichen. Daneben wurde ein variables Maschinenkonzept entwickelt, mit dem nun aufwandsarm eine Querkeilwalzmaschine verwendet werden kann. Das Konzept dieser Maschine wurde auf Basis des Flachbackenwalzens entwickelt. Dieser Maschinentyp zeichnet sich durch geringe Investitionskosten und ebenso geringe Werkzeugkosten aus. Etabliert ist das Flachbackenwalzen bisher vor allem bei der Schraubenherstellung 2. Zur Veranschaulichung der erfolgreichen Nutzung des Querkeilwalzens mit der neu entwickelten Maschine wurden zwei Demonstratorbauteile ausgewählt, für die bisher die Vorformung noch nicht mittels Querkeilwalzens erfolgte: ein Hüftimplantat aus dem Titan Ti6AlV4 (Bild 1, links) und ein schweres Common- Rail aus einem bainitischen Stahl (Bild 1, rechts). Für die beiden Werkstoffe wurden umfangreiche simulative und experimentelle Parameterstudien mit variierenden Prozessparametern wie Schulter- und Keilwinkel, Querschnittsflächenreduktionen und Walzgeschwindigkeiten durchgeführt 3. Die Erkenntnisse wurden genutzt, um die Methode zur Auslegung der Prozesse ausarbeiten zu können. Die entwickelte Methode besteht vereinfacht dargestellt aus den nachfolgenden Schritten (Bild 2). Das CAD-Modell eines Schmiedeteils wird hinsichtlich seiner Massenverteilung analysiert und abstrahierte Ausgleichslinien gebildet, die eine Geometrie mit vergleichbarer Massenverteilung repräsentieren. Ein Rohteil wird definiert, welches hinsichtlich der zuvor ermittelten Massenpositionen in mehrere Bereiche eingeteilt wird. Anschließend wird teilautomatisiert schrittweise ein Kalibrierplan generiert und die Keilgeometrien berechnet. Dieses ist aufgrund einer umfangreichen Regel- und Datenbasis möglich, die beispielsweise Grenzwerte von Schulter- und Keilwinkeln beinhaltet. Die Methode wurde in Form einer Software umgesetzt, die zukünftig auf dem Markt unter dem Namen RollCAD erhältlich sein wird 4. Diese Software wird neben der eigentlichen Methode auch eine automatische Erzeugung von 3D-CAD- sowie 2D-Fertigungszeichnungen, die exportiert werden können, beinhalten. Mit geringem Expertenwissen wird es zukünftig mit dieser Software möglich sein, Querkeilwalzwerkzeuge in kurzer Zeit zu konstruieren. Für die beiden Demonstratorbauteile wurden ressourceneffiziente Stadienfolgen ausgelegt. Dabei wurden die Referenzprozesse erstmalig simuliert und die Schmiedeteile hinsichtlich Massenverteilung analysiert. Die Walzwerkzeuge wurden mitBild 64 massivUMFORMUNG | SEPTEMBER 2016
massivUMFORMUNG September 2016 01
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