Fachbeiträge Schrumpfungskorrektur beim gratlosen Präzisionsschmieden 26 Schmiede-Journal September 2009 Shrinkage Correction Method for Flashless Precision Forging Precision forging is a special process used to carry out drop forging in closed dies. This process is characterized by its outstanding preciseness and near-net shape. In order to reach the required precision of IT 7 to IT 9, a method to compensate for shrinkage is needed that does not only include homogenous dimensions, but also takes into consideration inhomogeneous pressure and temperature conditions in the forged parts. The method developed at the IPH is able to determine the exact shrinkage behavior with the help of FEM, and calculates the necessary dimensions. Einleitung Auf dem globalen Markt herrscht ein wachsender Konkurrenzdruck, der in den Unter neh - men der Schmiedeindustrie einen stetig steigen - den Kostendruck bewirkt. Um den zu sätz lich steigenden Kundenanforderungen bei gleich zei - ti ger Senkung der Herstellkosten ge recht zu wer den, müssen die bestehende Fer ti gungs ver - fahren weiterentwickelt werden. Ein offensichtlicher Ansatzpunkt zur Kosten sen kung ist der Materialeinsatz, der in der deutschen Auto mo - bil -Zulieferindustrie im Durch schnitt ungefähr 48 % der Herstell kosten beträgt 1. Das gratlose Präzisionsschmieden er mög licht eine deutliche Material ein sparung, da beim konventionellen Schmie den, z. B. bei Kur bel wellen im offenen Gesenk, zur Sicher stellung der Form füllung mit einem Ma terial über schuss von bis zu 50 % der Bau teil masse geschmiedet wird. Prä zisions schmieden ist de fi niert als endkonturnahes Schmieden, wo bei Qualitäten zwischen den Toleranz klassen IT 7 und IT 9 (nach DIN EN 10243-1) er reicht werden können. Das wirtschaft liche Potenzial des Präzisionsschmiedens gegenüber dem kon ven tionellen Schmie den mit Gratbildung liegt in den engeren Geometrie to le - ran zen der Bautei le und in der Verkürzung der Prozess kette. Das Fertigungs verfahren Prä zi - sions schmie den steht damit vielfach in Kon ku r - renz zu gesamten Fertigungsfolgen und nicht mehr nur zu einzelnen Fertigungs prozessen 2. Methode zur Dipl.-Ing. Sven Müller, Hannover Die Ver meidung des Gratanteils bedeutet bereits einen erheblichen Kostenvorteil, da selbst beim Ein satz moderner Fertigungsmethoden der Ma - te ri alkostenanteil der Rohteilkosten ohne Ein be - ziehung der Zerspankosten bei ca. 27 % liegt 3. Zur Erweiterung des Spektrums der durch das gratlose Präzisionsschmieden herstellbaren Bau - teile wird diese Technologie im Rah men des Sonderforschungs bereiches (SFB) 489 „Pro - zess kette zur Herstellung präzisionsgeschmiedeter Hoch leistungsbauteile“ am IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover GmbH auf die Fertigung von Langteilen über trag en 4. Die Herausforderung beim Aus le gen des Herstel - lungsprozesses von Lang tei len liegt primär in den Rand bedin gungen begründet. Dazu zählen neben der Konstanz der Ge samt einsatz masse vor allem die Erzeugung re produzierbarer Zwi - schen formen, die eine exakte Einlegeposition und eine genaue Mas senvorverteilung fordern. Für die Entwicklung gratloser Präzisions - schmie deverfahren müssen zwei wesentliche Her ausforderungen bewältigt werden. Das ist zum einen eine Werkzeug technologie im ge - schlossenen Gesenk, die das gratfreie Her stel len von Bauteilen ermöglicht. Zum anderen wird eine Methode benötigt, die unter Berück sich - tigung des stark inhomogenen Tempe ra tur- und Spannungsprofils im Schmie de bauteil eine un - gleichmäßige Schrumpfung des erkaltenden Bauteils kompensiert. Im SFB 489 wurde in der Vergangenheit die Werk zeug tech nologie für das gratlose Prä zi sions schmie den einer Zwei zy lin - der kurbelwelle entwickelt. Auf bauend auf den gesammelten Erkennt nis sen wird am IPH – Ins - ti tut für Integrierte Pro duktion GmbH ein Schrumpfungskorrektur algorithmus durch die Kombination von spezialisierten FEM-Pro - gram men erstellt. Dafür werden die Spannungsund Temperaturfelder aus dem Stoffflusssimu - lationsprogramm For ge3 ausgelesen und auf ein Modell im FEM-Programm Ansys übertragen, in dem der entwickelte Schrumpf ungs kor rek tur - al gorith mus implementiert ist. Ausgegeben wird ein entsprechend vergrößertes Negativ der Form, von dem das schrumpfungskorrigierte Gesenk in einem herkömmlichen CAD-Pro - gramm er stellt wird. Versuchsdurchführung Die im Rahmen des Forschungsprojektes ausgelegte Stadien- und Werkzeugfolge zur Her stellung der Zweizylinder kurbel welle be - steht aus insgesamt vier Umform vorgängen. Im Ein zelnen sind das zwei Querfließ press - operationen zur Massen vor verteilung, ein innovativer mehrdirektional wirkender Um - form schritt zur Quer schnittsvorbildung und der abschlie ß ende gratlose Präzisions schmie - de schritt im geschlossenen Gesenk. Als Aus - gangs material dient ein spanend hergestellter Zylin der 5, 6, 7. Präzisionsschmieden ist ein Sonder ver fah ren des Gesenk schmie dens, das gratlos im ge - schlossenen Gesenk durchgeführt wird. Dieser Prozess zeichnet sich durch die sehr hohe erreichbare Ge nau ig keit und Endkon - tur nähe aus. Um geforderte Ge nauigkeiten von IT 7 bis IT 9 zu erreichen wird eine Me - thode zur Schrum pf ungs kor rektur benötigt, die nicht nur ein homogenes Aufmaß beinhaltet, sondern die inhomogenen Span nungsund Tem pera tur zu stände im Schmie deteil be rück sichtigt. Die am IPH – Ins titut für In te - grierte Produktion Hannover GmbH entwickelte Met hode er mit telt FEM-unterstützt das punkt genaue Schrumpf ungs verhalten und leitet daraus das benötigte Aufmaß ab.
2009-09-Schmiede-Journal
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