Thermography for Die Monitoring Purposes A comprehensive thermographic analysis of the die surface during the drop-forging process is very difficult to perform due to the nature of the process. The feasibility study “Thermographic Die Monitoring", carried out on behalf of the Industrieverband Massivumformung e. V. by the Institute of Metal Forming and Metal Forming Machines at Leibniz University (IFUM), Hanover, investigated the possibility of detecting the temperature of the die surface during the ongoing process. The test results showed that infrared thermography is well suited for this monitoring purpose. Thermografie zur Gesenküberwachung Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, Dr. Christian Reuß und Dipl.-Ing. Tobias Vieregge, Hannover Eine komplette thermografische Aus - wertung der Ge senk - oberfläche im laufenden Gesenk schmie - de pro zess ist aufgrund Bild 1: Thermografieaufnahme der Sprühkühlung einer ebenen Stauchbahn. der Pro zess eigen schaften mit großen Schwie rig keiten verbunden. Im Rahmen der vom Institut für Um form technik und Um form maschinen (IFUM) der Leibniz Universität Hannover und des Industrie verbandes Massivumformung e. V., (IMU), durchgeführten IMU-Machbarkeitsstudie „Gesenk über wachung mittels Thermo grafie“ ist die Mög lich - keit zur Detektion der Temperatur auf der Ge senk oberfläche im laufenden Prozess untersucht worden. Die Ergeb nisse der Versuche zeigten, dass sich die Infrarot-Thermografie gut für die Überwachung eignet. doch kleine Deh nungsanteile im Zug be reich (blaue Linie) zu einem frühzeitigen Aus fall der Hart me tall ma trize. Erst eine Vor span nung (7,0 / 6,0 / 4,0 ‰), welche das Auftreten positiver Deh nungen vollständig ausschloss (grüne Linie) führte mit einem Hart me tall werk zeug zu einer deutlichen Steigerung der Werk zeug lebens dauer um rund 250 %. Weiterhin wurden auch die Durch mess er des Form ein sat zes und der Armie - rungs ringe durch Simu la tion aufeinander ab ge - stimmt, um einen Bruch des Matri zen ran des, der aufgrund eines für die Vor span nung zu geringen Durch mes sers verursacht wurde (Bild 5), zu vermeiden. Auch mit einer Stahl matrize aus ASP30 bei einer Härte von 65 HRC konnte eine Erhöhung der Werk zeug le bens dauer von 150 % erzielt werden. Zur Ab schät zung der Werk - zeuglebens dauer Nf aus der Simulation wurde auf den lokalen Dehnungs an satz nach Basquin zu rück gegriffen, in den bei ausschließlich elastischer Dehnung, wie sie für Werk zeuge charakteristische ist, die Dehnungs am plitude εa , der EModul des Werkzeugstahls E und die statischen Mitteldehnung σm , welche durch die Vor - spannung beeinflusst wird, einfließen. Die werkstoffspezifischen Er müdungs kenn wer te betragen für den Werkzeugstahl 1.3343 bei 65 HRC: Zyklischer Bruchspan nungs ex po nent b = -0,12 und zyklischer Bruch spannungs koeffizienten σf’ = 3218 N/mm2. Zusammenfassung Die FE-Simulation eröffnet den Betrieben heu te die Möglichkeit, die Lebensdauer von Um formwerkzeugen computergestützt zu verbes sern, indem die im ausfallkritischen Werk - zeug bereich vorliegenden Span nun gen und Deh nun gen, die bei hochbeanspruchten Werk - zeu gen zur Bildung von Ermüdungs rissen füh - ren, berechnet werden. Durch die Simu la tion kann der Ein fluss wesentlicher Kons truk tions - parameter wie der Werk zeug werk stoff, die Vor - spannung, die Durch messer von Form einsatz und Armie rungs rin gen sowie die Stei figkeit des Werkzeugs be stimmt und optimiert werden. Ziel dabei ist es, die Deh nungs am pli tude im ausfallkritischen Werk zeug bereich zu minimieren und das Auf treten von Zug span nungen im Formein satz auszu schließen. Die vollständige Eli mi na tion positiver (Zug-) Deh nungen ist die Vor aus setzung für den erfolgreichen Einsatz von Hart me tall als Werk zeug werk stoff. An hand des Werk - zeugs zum Ku gel pres - sen konnte aufgezeigt wer den, dass durch eine optimierte Aus le - gung Stei ge rungen der Werk zeug lebens dauer von mehreren hundert Prozent er zielt werden können. Dr.-Ing. Ralf Völkl Fachbeiträge Schmiede-Journal September 2009 33 Kernaussage Die Möglichkeit, die Temperatur auf der Ge senk oberfläche während des laufenden Schmie deprozesses direkt und online zu detektieren, ist innerhalb dieser Mach bar - keitsstudie mit Hilfe eines Systems basierend auf dem Prinzip der IR-Thermografie überprüft worden. Die Ergebnisse der Studie zeigten, dass sich das Verfahren gut für Online- Tem pe ra tu r untersuchungen auf der gesamten Gesenk oberfläche eignet. Nf ––(––1 εa–––) ·E = –2 σf ‘–σm 1–b
2009-09-Schmiede-Journal
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