Spektrum Bild 2: Auslegung der Temperierkanäle. der Stützwirkung. Es besteht die Gefahr, dass der Kanal während des Bauprozesses in sich zusammenfällt. Allerdings ist es möglich, durch zusätzliche Generierung von Stützkonstruktionen auch kreisrunde Kanäle mit größerem Durchmesser herzustellen. Diese konstruktive Einschränkung muss bei der Auslegung eines Temperiersystems berücksichtigt werden. Als Ziel der Werkzeuginnentemperierung gilt, die konventionelle Gesenkkühlung zu unterstützen und die Gesenkgrundtemperatur zu reduzieren. Zu hohe Gesenkgrundtemperaturen führen zu erhöhtem Verschleiß und Rissbildung auf der Werkzeugoberfläche. Ein weiteres Ziel der Temperierung ist, im Schmiedewerkzeug eine homogene Kerntemperatur einzustellen und größere Wärmemengen abzuführen. Die Positionierung der Temperierkanäle erfolgt nahe der größten thermischen Belastung und führt damit die eingebrachte Schmiedewärme ab. Als Nachteil ist zu erwähnen, dass diese Maßnahme das Werkzeug schwächt. Um einen vorzeitigen Ausfall zu vermeiden, ist eine Finite-Elemente-Simulation des Werkzeugs in solchen Fällen vorteilhaft. Bild 2 zeigt ein generiertes Schmiedegesenk 68 SchmiedeJOURNAL September 2013 mit integriertem Kühlring am verschleißkritischen Dorn. Ergebnisse Die industrienahen Schmiedeversuche fanden am Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) in Hannover statt. Für die Versuchsdurchführung kam eine automatisierte 3,1 MN-Exzenterpresse zum Einsatz. Als Rohteile dienten zylinderförmige Rohlinge aus C45 (Ø 30 mm, h = 40 mm), die bei einer Temperatur von 1.150 °C umgeformt wurden. Um aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten, wurde eine Gesenkgeometrie mit Innen- und Außenradien gewählt. Die Verschleißuntersuchungen der Gesenke fanden an der Fachhochschule Wels/Österreich statt. Zur Vergleichsauswertung dienten ein vollständig generiertes Gesenk, ein Hybridgesenk und ein konventionell hergestelltes Referenzgesenk aus dem Warmarbeitsstahl 1.2344 (X40CrMoV 5 1). Es wurden jeweils 500 Schmiedezyklen mit Kühlschmierung (Wasser-Graphit-Suspension) pro Gesenk durchgeführt. Das generierte Gesenk hält den Schmiedebelastungen von 500 Zyklen stand. Es sind keine nennenswerten Ausbrüche, Risse oder Verformungen zu erkennen. Im Gegensatz zum generierten Gesenk weist die Dornoberfläche des konventionellen Gesenks aus dem Warmarbeitsstahl 1.2344 ein höheres adhäsives Verschleißverhalten auf. Es sind deutlich Materialanhaftungen erkennbar (Bild 3, links). Die metallografische Untersuchung zeigt die entfestigte Randzone im verschleißkritischen Dornbereich der untersuchten Schmiedegesenke. Das generierte Gesenk, in Bild 4 oben dargestellt, weist durch die thermische Beanspruchung eine Gefügeänderung der Randzone auf. Neben diesem Phänomen verursacht die thermische Wechselbeanspruchung feine Risse auf der Gesenkoberfläche. Es kann ebenso bei der Betrachtung des Dornradius des konventionell hergestellten Gesenks eine Gefügeänderung im Randbereich beobachtet werden (Bild 4, unten). Im Vergleich zum generierten Gesenk weist diese Randschicht größere Ausbrüche auf der Werkzeugoberfläche auf. Die Mikrohärtemessung gibt Aufschluss über die Härte und den Widerstand gegen thermische Entfestigung der Werkzeugrandzone. Die Mikrohärteverläufe des generierten Gesenks sowie des Referenzgesenks aus 1.2344 nach 500 Schmiedezyklen sind in Bild 4 rechts dargestellt. Diese Messung bestätigt, dass sich bei beiden Gesenken ein deutlich entfestigter Randbereich einstellt. Bei einem Abstand von 50 μm zur Oberfläche des Gesenks zeigt der generierte Werkstoff eine Härte von 410 HV 0,1, während der Werkstoff 1.2344 eine Härte von 370 HV 0,1 aufweist. Die Vergütungshärte von etwa 560 HV 0,1 stellt sich beim konventionellen Gesenk nach 200 μm Randabstand ein. Das generierte Gesenk erreicht die Vergütungshärte bei 250 μm Randabstand. Im direkten Vergleich der verwendeten Werkstoffe zeigen die Mikrohärteverläufe keine signifikanten Unterschiede. Bild 3: Optischer Vergleich des verschleißkritischen Gesenkdorns nach 500 Schmiedezyklen (links: generiertes Gesenk, rechts: konventionell hergestelltes Gesenk aus 1.2344).
2013-09-Schmiede-Journal
To see the actual publication please follow the link above