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2012-09-Schmiede-Journal

Fachbeiträge Cup Extrusion with Several Moving Tool Elements for Ram Force Reduction Napf-Fließpressen mit mehreren bewegten Werkzeugelementen zur Reduzierung der Stempelkraft Im vorliegenden Beitrag wird eine technologische Möglichkeit aufgezeigt, be stehen - de Verfahrensgrenzen beim Fließpressen dünn wandiger Bau teile zu er weitern. Durch eine gegen über dem kon ven tionellen Napf-Fließ pressen zusätzliche Bewegung 30 SchmiedeJOURNAL September 2012 des Gegenstempels kann die auf den Napfstempel wirkende Kraft merklich verringert werden. Bei gleichen Stempeldruck spannungen lassen sich so napfförmige Bauteile mit geringeren Wanddicken als sonst möglich fertigen. Bisher bestehende Nach teile dieser Verfahrensvariante sollen durch eine Weg-Regelung der zuvor numerisch optimierten Kinematik des Gegen stempels überwunden werden. This article shows a technological option for expanding existing process limits in the extrusion of thin-walled components. Unlike in conventional cup extrusion, an additional movement of the counter punch can considerably reduce the force working on the cup punch. Cup-shaped components can thus be produced with thinner walls than usually possible with identical ram force tensions. A path regulation of the previously numerically optimized kinematics of the counterpunch is intended to combat the earlier disadvantages of the process version. Dipl.-Ing. Christian Mletzko, Prof. Dr.-Ing. Mathias Liewald MBA, Dr.-Ing. Alexander Felde, Dipl.-Ing. Thorben Schiemann, Stuttgart Einleitung Die umformtechnische Fertigungskette für die Herstellung hohler Bauteile kann die Fließpressverfahren Napf-Rückwärts- sowie Napf-Vorwärts-Fließpressen beinhalten. Diesen Verfahren sind, durchgeführt bei Raumtemperatur, gewisse Grenzen im Hinblick auf die erreichbare geometrische Werkstückgestaltung gesetzt. Eine Ver fahrens grenze beim Napf-Fließpressen bilden die minimal erreichbaren Napfwanddicken, wel che durch die maximal ertragbaren Druckspannungen des Stempels und daher durch den Quotienten aus maximaler Stempelkraft und minimalem Stempelquerschnitt be stimmt werden. Als maximal ertragbare Druck be lastung gilt für üblich eingesetzte Werkzeugstähle σD max = 2.800 MPa 1. Weiterhin hängt die Belastbarkeit des Napfstempels auch von seiner Länge und seiner damit verbundenen Knicksteifi gkeit ab. Im Zuge der aktuellen Bestrebungen um Leichtbau und Ressourceneffi zienz muss nach wirtschaftlichen Möglichkeiten Ausschau ge halten werden, napfförmige Bauteile mit möglichst dünnen Wandbereichen zu fertigen. Bei der umformtechnischen Fertigung von hohlen Fließpressteilen verspricht eine Minimierung der versagensfrei erreichbaren Wand dicke über die heute existierenden Ver fahrens grenzen des Napf-Fließpressens hinaus bedeutende technologische und wirtschaftliche Vorteile dadurch, dass nach folgende Bearbeitungsstufen wie zum Beispiel das Abstreckgleitziehen ein gespart werden können. Mit reduzierten Napf wänden – und somit größeren Werten der bezogenen Quer schnittsänderung εA als Verhältnis der Durchmesserquadrate von Napfstempel DSt und Matrize DM – steigt beim Napf-Fließpressen die Stempel druckbelastung ausgehend von einem Minimum bei εA ≈ 0,5 2 an, sodass sie bei einer bestimmten Querschnittsänderung ihren kritischen Wert εAmax erreicht. Die maximal erreichbare bezogene Querschnittsänderung εAmax liegt in etwa bei 0,6 für festere und bei zirka 0,75 für weichere Umformstähle 1. Zur Erweiterung dieser Verfahrensgrenze können zwei Ansätze verfolgt werden: Verwendung von weiterentwickelten Werk zeugwerkstoffen für den Napfstempel mit einer damit verbundenen Erhöhung der maximal ertragbaren Druckbelastung oder Maßnahmen zur Reduzierung der Stempelkraft. Letzteres kann zum Beispiel durch Napf-Fließpressen mit Entlastungszapfen oder gegen einen kugel förmigen Hohlraum (Durchsetzen) 1 oder aber durch Quer-Napf-Vorwärts- anstatt Napf-Fließpressen 3 umgesetzt werden. Wei tere Potenziale zur Verringerung der Stem pelkraft konnten im Rahmen einer Stu die für die German Cold Forging Group (GCFG) derart identifi ziert werden, dass die Einleitung zusätzlicher Zugkräfte in die Napfwand zur Unterstützung oben genannter Formgebungsprozesse aus genutzt werden 4-7. Die Krafteinleitung er folgt entweder durch Reib- oder Formschluss zwischen Werk stück und Matrize, siehe Bild 1. In bei den Fällen ist neben der Bewegung des Napf stem pels mit dem Pressenstößel die Bewe gung des Gegenstempels in Richtung der Napfstempelbewegung oder aber die Bewegung der Matrize entgegen der Napf stempelbewegung notwendig. Neben dem mit dem Pres sen stößel bewegten Napf stempel kann die


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