Beschreibung
P 549 – Werkstoffflusssteuerung durch optimierte Auslegung einer im Umlauf variierenden Gratgeometrie
Mit dem Fertigungsverfahren Schmieden lassen sich Bauteile mit guten mechanischen Eigenschaften in hohen Stückzahlen verhältnismäßig kostengünstig fertigen. Dennoch steht auch dieses Fertigungsverfahren unter dem ökonomischen Druck einer Vielzahl konkurrierender Verfahren. Denn abgesehen von der Qualität des Bauteiles sind für den Kunden die Kosten der entscheidende Faktor bei der Vergabe von Fertigungsaufträgen. Deshalb gilt es, das Ziel zu verfolgen, Bauteile mit hoher Qualität noch günstiger zu fertigen.
Zur Verbesserung der ökonomischen Randbedingungen bietet sich im Schmiedeprozess insbesondere die Reduzierung von Umformkraft und Einsatzmasse an, da sich diese Faktoren letztlich in hohem Maße in den Gesamtkosten der Bauteile widerspiegeln. Grundsätzlich besteht durch das Präzisionsschmiedeverfahren zwar die Möglichkeit, Schmiedeteile ohne Werkstoffüberschuss zu fertigen, für viele Bauteile ist das jedoch nur schwierig umsetzbar. So wird aufgrund der Kombination technologischer und wirtschaftlicher Einflussgrößen der überwiegende Anteil geschmiedeter Bauteile mit einem Werkstoffüberschuss gefertigt. Dieser überschüssige Anteil muss zwischen den formgebenden Gesenken über die so genannte Gratbahn abfließen.
Die Auslegung der Gestalt dieser Gratbahn besitzt wesentlichen Einfluss auf die Werkzeugbeanspruchung, das Fließgeschehen innerhalb der Gravur und den erforderlichen Werkstoffüberschuss. Da das Fließverhalten bei komplexen Schmiedeteilen nicht konstant ist, bietet es sich an, die Gratbahn variabel entsprechend der Fließbedingungen zu konzipieren. Gegenwärtig basiert die Gestaltung überwiegend auf individuellen Erfahrungswerten. Systematische Auslegungsmethoden und Lösungen zur Unterstützung des Konstruktionsprozesses innerhalb von CAD-Systemen bestehen bislang nicht.
Im Rahmen dieses Vorhabens wurden verschiedene Methoden zur Auslegung variabler Gratgeometrien entwickelt. Um den höheren Gestaltungsaufwand variabler Gratgeometrien
zu kompensieren, wurden zudem in unterschiedlichen CAD-Systemen Modellierungskonzepte zur Vereinfachung und teilweisen Automatisierung der Gratbahnkonstruktion entwickelt. Zur Verifikation der positiven Auswirkungen variabler Gratbahnen auf die Einlegemasse respektive Umformkraft wurden iterativ variable Gratbahnen für Schmiedewerkzeuge konzipiert, mit Hilfe der FEM-Simulation (Finite Element Methode) überprüft und die analysierten Verbesserungen anhand durchgeführter Probeschmiedungen belegt.
FORSCHUNGSVEREINIGUNG STAHLANWENDUNG e.V.
Veröffentlichung:
2004
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. E. Doege, Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens, Dipl.-Ing. G. Klawitter
