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2013-09-Schmiede-Journal

Fachbeiträge Tabelle 1: Prozessparameter, Faktoren und Faktorstufen der vollfaktoriellen Versuchspläne. und HS 6-5-2 auf Basis eines vollfaktoriellen Versuchsplans. Als Faktoren wurden die elektroden sowie werkstückseitige Oberflächenrauheit im Kontakt, die Elektrodenanpresskraft und der Schmierstoff mit Faktorstufen gemäß Tabelle 1 festgelegt. Die unterschiedlichen Oberflächenrauheiten wurden durch verschiedene Fertigungsverfahren (Drehen, Sägen, Schleifen und Sandstrahlen) hergestellt. Vor der Versuchsdurchführung wurden die gemittelten Rautiefen Rz taktil bestimmt, wobei aufgrund starker Vorschubmarkierungen beim Sägen entsprechende Werte in zwei orthogonal zueinander stehenden Richtungen gemessen und gemittelt wurden. Die Unterschiede in den erreichten Rauheiten bei Verwendung desselben Fertigungsverfahrens sind auf die unterschiedlichen Werkstoffe zurückzuführen. Aufgrund der niedrigen Fließgrenze des CuCrZr1 wurde die Anpresskraft bei Verwendung der CuCrZr1-Elektroden lediglich bis 100  kN variiert. Als Schmierstoff wurde Beruforge 100 der Carl Bechem GmbH in wassergelöster (2:1) Form verwendet. 48 SchmiedeJOURNAL September 2013 Dieser wurde vom Hersteller auf die gedrehte beziehungsweise gesägte Werkstückoberfläche der Cf53-Halbzeuge appliziert, sodass insgesamt vier Proben zur Verfügung standen. Die Erwärmungsversuche wurden mit zweifacher Wiederholung durchgeführt. Nach jedem Erwärmen wurde die Probe mittels Luftstrom abgekühlt. Als Zielgröße wurde die Aufheizzeit bis zum Erreichen einer vordefinierten Temperatur an der Werkstückoberfläche (Bild 2) definiert. Die Zieltemperatur bei Verwendung der Elektroden aus CuCrZr1 wurde auf 400 °C festgelegt. Dies entspricht einer Größenordnung, bei der im konventionellen Warm-VVFP mit prozessvorgelagerter Ofenerwärmung für den in Bild  1 gezeigten dreischultrigen VVFPProzess Chevron-Risse vermieden werden 6, 7. Als Stromstärke wurden bei Verwendung der CuCrZr1-Elektroden die maximal möglichen 4,0 kA gewählt. Bei Verwendung der Elektroden aus HS 6-5-2 mussten aufgrund des höheren spezifischen elektrischen Widerstands und der einhergehenden erhöhten Elektrodenerwärmung die werkstückseitige Zieltemperatur und Stromstärke reduziert werden (Tabelle 1), damit elektrodenseitig die Anlasstemperatur nicht überschritten wurde. Beim hybriden Warm-VVFP kommt es infolge thermischer und geometrischer Effekte im risskritischen Bereich zu einer überdurchschnittlichen Erwärmung in verjüngten Werkstückbereichen 6, 7, die durch den hier betrachteten Analogieprozess nicht abgebildet wird. Diese lokale Erwärmung erlaubt die Vermutung, dass bei Hybridisierung des VVFP Chevron-Risse auch vermieden werden, wenn Stromstärken verwendet werden, die bei Erwärmung zylindrischer Halbzeuge Temperaturen unterhalb von 400 °C zur Folge haben. Ergebnisse Bild  3 zeigt die Haupteffektdiagramme der statistisch ausgewerteten vollfaktoriellen Versuchspläne. Bei CuCrZr1 und HS 6-5-2 zeigen sich qualitativ ähnliche Trends hinsichtlich der Aufheizzeiten. Mit steigender Rauheit der Werkstückoberfläche sinken die Aufheizzeiten. Aufgrund der drei FaktorBild 3: Haupteffektdiagramme für die Aufheizversuche mit CuCrZr1 und HS 6-5-2. Bilder: Autoren


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