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massivUMFORMUNG September 2017

AUTOREN Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens leitet das Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) der Leibniz Universität Hannover Dipl.-Ing. Hanno Paschke ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer- Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) in Dortmund Schmiedegesenke unterliegen prozessbedingt überlagerten Beanspruchungskollektiven, welche die erzielbaren Werkzeugstandmengen begrenzen 1, 2. Vorherrschende, meist zyklische Beanspruchungen finden sich in sehr hohen Prozesstemperaturen, TECHNOLOGIE UND WISSENSCHAFT Dipl.-Ing. Kai Brunotte ist stellvertretender Oberingenieur am Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) der Leibniz Universität Hannover Markus Mejauschek, M. Sc. ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer- Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) in Braunschweig einer hohen Temperaturwechselbeanspruchung sowie hohen mechanischen Kräften, die insgesamt vielfältige Verschleißmechanismen verursachen 3. Vorhergehende Arbeiten haben gezeigt, dass bei Schmiedegesenken in Abhängigkeit der lokal vorherrschenden Beanspruchungen sehr unterschiedliche Verschleißmechanismen auftreten 4, 5. Aufgrund des unterschiedlich ausgeprägten Belastungskollektivs kann durch die Anwendung global applizierter Behandlungen in einzelnen Gesenkbereichen eine deutliche Verschleißreduzierung erzielt werden, während in anderen Bereichen oftmals nur geringe bis gegenteilige Effekte nachweisbar sind. Aus diesem Grund wurden lokal applizierte Oberflächen und Randschichtmodifikationen entwickelt und validiert. Die Entwicklung erfolgte auf Basis von Modellwerkzeugen, welche die Hauptbeanspruchungsarten möglichst isoliert abbilden. Durch eine Verschleißanalytik an vergüteten Werkzeugen konnten Anforderungen an wirksame Behandlungsansätze definiert und als Ausgangsbasis für die anschließende Entwicklung herangezogen werden. Das Einsatzverhalten der Behandlungen wurde anhand von Serienschmiedeversuchen auf einer automatisierten Exzenterpresse eindeutig charakterisiert und jeder Beanspruchung eine geeignete Verschleißschutzbehandlung zugeordnet. Die Übertragbarkeit partieller Behandlungsstrategien in die industrielle Praxis wurde abschließend durch Industrieversuche sichergestellt. ENTWICKLUNG BELASTUNGSSPEZIFISCHER MODELLPROZESSE UND LOKALER BELASTUNGSGERECHTER BEHANDLUNGSSTRATEGIEN In Modellgesenkgeometrien wurden die Beanspruchungsarten Überhitzung, Abrasion sowie mechanische Rissbildung Bild 1: Entwickelte Modellgesenke für die Validierung belastungsangepasster Behandlungen möglichst isoliert abgebildet. Eine vollständige Isolation einzelner Beanspruchungen ist in einem Schmiedeprozess nicht möglich, da es zum Beispiel aufgrund der hohen Rohteiltemperaturen stets zu einem thermischen Eintrag in das Werkzeug kommt. Dennoch kann durch angepasste Prozessführung sowie konstruktive Maßnahmen die gewünschte Beanspruchung gegenüber allen anderen maximiert werden. Auf Basis umfangreicher Studien wurden charakteristische Gestaltungsmerkmale zusammengefasst und die ausgelegten Modellprozesse anschließend in FE-basierten Iterationsschleifen optimiert (Bild 1). Die anschließend am Institut für Umformtechnik und Umformmaschienen (IFUM) durchgeführten Serienschmiedeversuche lieferten Eingangsgrößen für die Entwicklung geeigneter Behandlungen. Bei den Versuchen zum tribologisch massivUMFORMUNG | SEPTEMBER 2017 61


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