Beschreibung
P452 – Prozessgrundlagen für die Halbwarmumformung wellenförmiger Teile mit weit auskragenden Formelementen
Die Halbwarmumformung von Stahlwerkstoffen ist ein Hochleistungsverfahren zur near-net-shape-Fertigung von hochbeanspruchbaren (Sicherheits-)Bauteilen. Da die Grundlagen zur Gestaltung der komplizierten Werkzeugtechnik sowie zur Prozessführung bisher nur wenigen Experten zugänglich sind, ist die industrielle Anwendung der Halbwarmumformung noch auf eine geringe Anzahl von Unternehmen und ein enges Bauteilsortiment begrenzt.
Gegenstand des Forschungsvorhabens waren experimentelle und numerische Untersuchungen zu Prozessgrundlagen der Halbwarmumformung. Diese Untersuchungen wurden am Beispiel des Querfließpressens von Getriebewellen- Modellbauteilen durchgeführt. Weiterhin erfolgte der Aufbau eines allgemein gültigen numerische Prozessmodells
zur Unterstützung der Planung und Durchführung von Halbwarmumformprozessen.
Abschließend wurde das numerische Prozessmodell auf eine andere Bauteilform bzw. eine andere Umformoperation zur Erschließung weiterer Bauteilsortimente aus Stahl für die Halbwarmumformung angewendet. Es wurden werkstoff- sowie verfahrensbezogene Grundlagen untersucht. Dafür sind entsprechende Modelltests (Warmstauchversuch, Warmeinpresstest, Querfließpressen von rotationssymmetrischen Bunden) für die Bedingungen der Halbwarmumformung modifiziert und erfolgreich verifiziert worden. Die Gestaltung der Versuchsbedingungen orientierte sich strikt an den Bedingungen in der industriellen Fertigung, deren Erfassung und Analyse bei einem Projektpartner der Schmiedeindustrie vorgenommen werden konnte. Aus der Analyse der Produktionsbedingungen und den Ergebnissen der Laborversuche, insbesondere zu den Temperaturzuständen an Werkzeug und Werkstück, wurden Hinweise für die Werkzeuggestaltung und die Prozessführung abgeleitet. Die Wirkungen werkstoff-, werkzeug- und verfahrensseitiger sowie tribologischer Prozessparameter auf den Verlauf der Formänderung sowie die Verfahrensgrenzen konnten beschrieben werden. Auf der Basis der Grundlagenversuche wurde ein leistungsfähiges numerisches Prozessmodell für die Halbwarmumformung entwickelt und bereitgestellt.
Die Eignung der Modelltests für zielgerichtete Prozessuntersuchungen sowie die Anwendbarkeit des numerischen Modells bei der Planung neuer Halbwarmumformprozesse konnte durch die rechnergestützte Auslegung und anschließende Fertigung eines Industriebauteils mit einer alternativen Geometrie, einer Schaltwelle mit einem einseitigen Nocken, nachgewiesen werden. Durch die Bereitstellung von Methoden und Gestaltungsrichtlinien wurden mit dem Forschungsvorhaben die Grundlagen für eine schrittweise Erschließung neuer Bauteilsortimente aus Stahl für die Halbumformung geschaffen.
Durch das Zusammenwachsen des projektbegleitenden Industrie-Arbeitskreises und der beteiligten Forschungsstellen besteht eine gute Infrastruktur für weitere Projekte und Entwicklungen auf dem Gebiet der Halbwarmumformung. In dem Industrie-Arbeitskreis waren Vertreter der gesamten Prozesskette beteiligt: Werkstück- und Werkzeugstahlhersteller, Maschinenhersteller, Schmierstoffproduzenten, Schmieden und Komponentenfertiger.
Autoren:
Prof. Dr.-Ing. R. Neugebauer, Dr.-Ing. B. Lorenz, Dr.-Ing. H. Hartwig, Prof. Dr.-Ing. M. Geiger, Prof. Dr.-Ing. U. Engel, Dipl.-Ing. St. Bitter
Veröffentlichung:
2003
