Bild 1: a) Schrägecken 3, Draufsicht und Bauteilgeometrie. b) Schmieden eines profilierten Blocks 4, Draufsicht und Bauteilgeometrie. SchmiedeJOURNAL September 2015 43 Bisher wurden verschiedene Verfahrensansätze zur Fertigung gekrümmter Bauteile durch das Freiformschmieden untersucht. Ein Beispiel ist das sogenannte „Schrägrecken“, welches in Bild 1a) in Draufsicht dargestellt ist. Dieses Verfahrensprinzip basiert darauf, dass das Werkstück im Gegensatz zum konventionellen Freiformschmieden unter einem Winkel α zu den Schmiedesätteln ausgerichtet wird. Ein weiterer Ansatz basiert auf der Verwendung von profilierten Vorblöcken und ist in Bild 1b) dargestellt. Durch den unterschiedlichen Materialfluss zwischen Innen- und Außenseite des Blocks stellt sich während des Schmiedens eine Krümmung des Bauteils ein, welche sich abhängig von der Geometrie der Vorform ausprägt. Aufgrund von verfahrensbedingten Nachteilen und einer hohen Komplexität haben sich diese Verfahren industriell allerdings nicht durchgesetzt. Krümmung durch Freiformschmieden Ein neuer Ansatz zur Fertigung komplexer Freiformschmiedebauteile besteht darin, eine prozessintegrierte Krümmung und Lenkung des Materialflusses umzusetzen. Das Verfahren basiert darauf, dass das Werkstück während eines Schmiedehubs mit Hilfe des Manipulators gezielt ausgelenkt wird. Da sich die Umformzone bereits infolge des Pressenhubs im plastischen Zustand befindet, bewirkt die Überlagerung geringer Biegespannungen eine gezielte Beeinflussung des Stoffflusses. Dies bietet den Vorteil, dass sich die Geometrie entsprechend der Manipulatorbewegung einstellen lässt. Allerdings kommt es darauf an, die erforderlichen Biegekräfte so weit zu reduzieren, dass sie vom Manipulator aufgebracht werden können. Gerade dies ergibt sich aus der bewusst gleichzeitigen Bewegung des Manipulators und Pressenhubs, da dann der plastische Zustand bereits durch den Schmiedehub herbeigeführt wird. Der Prozess wird bei diesem Konzept durch folgende Haupteinflussparameter charakterisiert und ist in Bild 2a) exemplarisch dargestellt: • Bissverhältnis sB/h0 • Höhenabnahme εh = (h0-h1)/h0 • Biegewinkel αH • Länge des Hebelarms R • Pressengeschwindigkeit VW Untersuchung des Prozesses für eine Krümmung in vertikaler und horizontaler Ebene Da Realversuche aufgrund der typischen Größe von Freiformschmiedestücken sehr aufwendig sind, erfolgte eine erste Machbarkeitsstudie unter Nutzung der numerischen Simulation des Prozesses und anhand skalierter Modellversuche. Dazu wurde ein Versuchsaufbau entwickelt, bei welchem die Höhenabnahme mittels einer Stauchpresse sowie die überlagerte Biegung durch einen Spindeltrieb realisiert wurden (Bild 2b)). Für die ersten Validierungsversuche wurden Proben einer Geometrie von 20 x 20 x 200 mm des Werkstoffs Al 99.5 bei Raumtemperatur untersucht. Bild 3 verdeutlicht den Verlauf des Biegemoments als Funktion des Biegewinkels für eine Biegung parallel zur Schmiederichtung. Exemplarisch ist für eine Höhenabnahme von 15 Prozent ebenfalls der Verlauf des Biegemoments aus der numerischen Simulation dargestellt. Ein Vergleich zeigt, dass durch die Überlagerung einer Biegung während eines Schmiedehubs das benötigte Biegemoment gegenüber der reinen Biegung für die gewählten Parameterkombinationen um zirka 50 Prozent Bild 2: a) Prozessprinzip „vertikale“ Biegung: Parallel zur Schmiederichtung. b) CAD-Zeichnung Versuchsaufbau. Fachbeiträge
SchmiedeJOURNAL September 2015 002
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