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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