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2014-03-Schmiede-Journal

Fachbeiträge PADELTTHERM®GmbH Elektrisch- und gasbeheizte Wärmebehandlungsanlagen Gewerbeviertel 1 D-04420 Markranstädt Telefon (03 42 05) 77 50 ·Telefax (03 42 05) 7 75 27 www.padelttherm.de · E-mail: info@padelttherm.de SchmiedeJOURNAL März 2014 39 Werkzeug und Versuchsparameter Für die experimentelle Trennung der Effekte, die die Kraftreduktion verursachen können, wird das in Bild 1 dargestellte Werkzeugsystem für die Herstellung einer Referenzgeometrie eingesetzt (Bild 3, links). Das Werkzeug besteht aus einem Oberwerkzeug, an welchem die Probe befestigt und eine Zug-Druck-Kraftmessdose zur Aufzeichnung der Umformkräfte integriert wird. Das Unterwerkzeug enthält die aktive Matrize als Armierung der Verzahnungsmatrize. Diese ermöglicht die Einstellung der radialen Vorspannung auf die Verzahnungsmatrize, indem sich im Inneren der Matrize Keile gegeneinander verschieben. Das Verschieben des Keilsystems wird über das Ziehkissen realisiert. Mit Hilfe dieses Werkzeugsystems gelingt die Trennung der möglichen kraftreduzierenden Effekte. Im Rückhub kann die Vorspannung auf die Verzahnungsmatrize gelöst werden und somit ein Wiederaufbauen der Schmierstoffschicht bei gleichzeitiger Vermeidung zyklischer Beanspruchung der Probe ermöglichen. Zu diesem Zweck muss das Ziehkissen ebenfalls eine oszillierende Bewegung durchführen. Die eigentliche Umformbewegung vollführt der Stößel, welcher die in Bild 2 dargestellten Hubverläufe abfährt. Als Werkstoff kommt C45 zum Einsatz, und der Prozess wird wie im industriellen Einsatz mit Öl geflutet. Das Werkzeug bildet die Grundlage für die folgenden experimentellen Untersuchungen. Experimentelle Untersuchungen Bild 2 zeigt die Auswertung der Umformkräfte für den konventionellen sowie den oszillierenden Hubverlauf mit konstanter und variierender Matrizenvorspannung. Die Umformkräfte bei oszillierender im Vergleich zur konventionellen Umformung reduzieren sich um zirka 50 Prozent. Die Rückzugskräfte verringern sich deutlicher von 90 kN auf 21 kN. Dies bestätigt die Kraftreduktion, die im industriellen Einsatz erzielt wird. Der Einsatz einer oszillierenden Vorspannung der Verzahnungsmatrize reduziert die Rückzugskräfte auf zirka 3 kN und vermeidet somit eine zyklische Belastung der Probe, die für die Effekte der Entfestigungstheorie als Ursache für die Kraftreduktion notwendig sind. Gleichzeitig wird ein Wiederaufbauen des Schmierstofffilms zugelassen. Die Umformkräfte im Vorhub ändern sich im Vergleich zum Experiment mit konstanter Vorspannung nicht und somit können die Reibverhältnisse als maßgebender Einflussfaktor auf die Kraftreduktion identifiziert werden. Zur Absicherung dieser Erkenntnisse wurden Versuche „trocken“, das heißt ohne den Einsatz von Schmierstoff, durchgeführt. Hierbei ist ein Wiederaufbauen des Schmierstofffilms nicht möglich und somit wird ausschließlich die Probe zyklisch belastet. Bei dieser Auswertung zeigten der konventionelle und der oszillierende Hubverlauf ähnliche Umformkräfte und bestätigen damit die Reibungstheorie. Weiterhin bestätigten numerische Simulationen des Prozesses den maßgebenden Einfluss der Reibungsverhältnisse auf die Kraftreduktion. Zu diesem Zweck wurden sowohl Reibwerte und -modelle sowie Materialmodelle innerhalb der Prozesssimulation variiert. Der Anteil der Reibkräfte an der Umformkraft beträgt bei einer Variation der Reibwerte im Bereich μ = 0 – 0,15 bis zu Bild 1: Versuchsaufbau als CAD-Darstellung. Bild 2: Umformkräfte bei Variation des Hubverlaufs und der Vorspannung.


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