Fachbeiträge HM 45 AMP 50 XL AMP 70 HM 75 XL Für weitere Informationen: www.hatebur.com SchmiedeJOURNAL September 2013 45 Eine Möglichkeit, das Formänderungsvermögen des Werkstückmaterials zu erhöhen und somit Risse zu vermeiden, ist die Umformung bei erhöhten Temperaturen, zum Beispiel die Halbwarmumformung 4, 5. Typischerweise erfolgt die Werkstückerwärmung dabei außerhalb des Umformwerkzeugs, zum Beispiel in einem Ofen. Eine gegenüber einer solchen externen Erwärmung gesteigerte Energieeffizienz kann erreicht werden, wenn das Werkstück während des VVFP mittels elektrischer Widerstandserwärmung (EWE) erwärmt wird, es selbst also Teil des Stromkreises ist (Bild 1, mitte und rechts) 6, 7. Neben dem Ausbleiben von Wärmeverlusten infolge des Halbzeugtransports zum VVFP-Werkzeug ergibt sich bei dieser Integration zudem eine lokale Erwärmung im risskritischen Bereich. Grund hierfür ist, dass der elektrische Leistungseintrag ins Werkstück und somit die entstehende Joulesche Wärme mit größer werdendem elektrischen Widerstand steigen. Der elektrische Widerstand nimmt mit sinkendem Querschnitt und steigender Temperatur zu. Da beim VVFP infolge dissipierter Umformenergie die höchste Temperatur im untersten Absatz des Werkstücks entsteht und dieser gleichzeitig den geringsten Querschnitt aufweist, stimmt der Ort der größten Temperaturerhöhung mit dem Entstehungsort für Chevron-Risse überein. In simulativen Untersuchungen mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) wurden für einen exemplarischen dreischultrigen VVFP-Prozess die konventionelle Prozesskette (externe Halbzeugerwärmung mittels EWE und nachgelagertes Warm-VVFP) und das neuartige hybride Warm-VVFP (EWE während des VVFP) miteinander verglichen. Im risskritischen Bereich ergab sich bei gleichem elektrischem Energieeintrag für das hybride Warm-VVFP eine gegenüber der konventionellen Prozesskette um 44 Prozent höhere Endtemperatur. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass durch das neuartige hybride Warm-VVFP die benötigte Werkstücktemperatur mit einem deutlich geringeren Energieeintrag und somit ressourcenschonend erreicht werden kann 6, 7. Beim hybriden Warm-VVFP übernehmen Stempel und Gegenstempel neben der Kraftübertragung zusätzlich die Funktion der Elektroden (Bild 1). Dies führt zu erhöhten Anforderungen an das zu verwendende Werkzeugkonzept und die hier eingesetzten Werkstoffe, da nicht nur mechanische, sondern auch thermische und elektrische Werkstoffkennwerte bei der Auswahl der werkzeugseitig eingesetzten Werkstoffe berücksichtigt werden müssen. Grundsätzlich sind zwei Stempelkonzepte technisch sinnvoll: Zum einen können Elektroden in Stempel und Gegenstempel integriert werden. Vorteilhaft ist hierbei die Möglichkeit der Verwendung von Elektrodenwerkstoffen mit guten thermischen und elektrischen Eigenschaften, zum Beispiel solchen auf Cu-Basis. Nachteilig hingegen ist neben der umzusetzenden elektrischen Isolierung gegen den restlichen Stempel die sehr geringe Druckfestigkeit dieser Werkstoffe, die hinsichtlich der hohen mechanischen Belastungen beim Fließpressen hinderlich ist. Zum anderen kann der Strom für die EWE direkt durch die nicht modifizierten Stempel und Gegenstempel geleitet werden. Bei diesem Konzept stellen die Bezeichnungen Stempel und Elektrode Synonyme dar. Für sie können typische Werkstoffe eingesetzt werden, die positive mechanische Eigenschaften aufweisen, zum Beispiel HS 6-5-2 oder Hartmetall auf WC-Co-Basis. Infolge der typischerweise schlechteren thermischen und elektrischen Kennwerte führt dies jedoch zu engeren Prozessgrenzen der EWE durch kleinere maximal mögliche Stromdichten infolge stärkerer Stempelerwärmung und somit längere Aufheizzeiten. Im Folgenden werden experimentelle Ergebnisse von Untersuchungen an einem Analogieprüfstand mit Elektroden aus CuCrZr1 und HS 6-5-2 vorgestellt, um die Prozessgrenze der Aufheizzeit in Abhängigkeit von der Werkstoffwahl und den Kontaktbedingungen …Warmpressen für interessante Teile! Hatebur Umformmaschinen AG | General Guisan-Strasse 21 | CH-4153 Reinach | Switzerland | Tel. +41 61 716 21 11 Umformtechnik_interes Teile_2013-2.indd 2 29.07.13 09:17
2013-09-Schmiede-Journal
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