Verfahrenskombination von Quer-Fließpressen und Verschieben zur Herstellung von kurbelwellenartigen Bauteilen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Verfahren des Schubumformens sind im Bereich des Kaltfließpressens wenig verbreitet, da herkömmliche Bauteilgeometrien, die durch Kaltfließpressen hergestellt werden, meist eine rotationssymmetrische Geometrie aufweisen. In diesem Projekt wurde daher eine neuartige Verfahrenskombination aus Quer-Fließpressen und Verschieben mithilfe numerischer und experimenteller Prozessuntersuchungen entwickelt. Im Gegensatz zur konventionellen Verfahrenskombination aus Verschieben und Stauchen wird beim kombinierten Quer-Fließpressen und Verschieben eine Druckspannungsüberlagerung der Umformzone durch einen axialen Materialfluss aus der Matrize induziert. Im Zuge der numerischen Auslegung der Werkzeuggeometrie sowie der Werkzeugkinematik wurden die wichtigsten Prozess- und Systemparameter zunächst mithilfe eines vereinfachten Simulationsmodells ermittelt. Dabei wurde ein konstantes Verhältnis der vertikalen und horizontalen Werkzeuggeschwindigkeit angenommen und der seitliche Materialfluss im Bereich der Wange zugelassen. Damit wurden die Einflüsse der geometrischen Werkzeug- und Werkstückgestaltung auf den Stofffluss, Spannungs- und Dehnungszustand sowie auf die auftretenden Prozesskräfte beim Umformen der Aluminiumlegierung EN AW-6082 und des Einsatzstahls 16MnCrS5 ermittelt. In dem anschließend verwendeten, erweiterten Simulationsmodell wurde die Verschiebegeschwindigkeit nicht vorgegeben, sondern ergab sich infolge der Wirkung der resultieren Prozesskräfte. Zudem wurden die relevanten Werkzeugkomponenten als elastisch angenommen, um wechselwirkende Effekte, wie z. B. Reibungseinflüsse, genauer abbilden zu können. Mit diesem Simulationsmodell wurden Vorzüge eines von der Stempelzustellung abhängigen Gegenkraftverlaufs in Bezug auf den Stofffluss bzw. die Formausbildung im Wangenbereich demonstriert und die Kenndaten für die Auslegung und Dimensionierung des Versuchswerkzeugs abgeleitet. Mithilfe des entwickelten und aufgebauten Versuchswerkzeuges wurden Prozessuntersuchungen vorwiegend mit Halbzeugen aus dem Stahl 16MnCrS5 durchgeführt. Im Speziellen wurden die Einflüsse einer weg- und einer kraftgesteuerten Prozessführung sowie unterschiedliche Verhältnisse von Wangendicke zu Rohteildurchmesser demonstriert. Weiterhin wurden Verfahrensgrenzen bezüglich des Materialversagens in Abhängigkeit von den während des Umformprozesses wirkenden Spannungsverhältnissen ermittelt. Die durchgeführten Härtemessungen in der Symmetrieebene der Pressteile weisen für den Werkstoff 16MnCrS5 im Bereich der Wange um ca. 70 % höhere Werte als im Bereich der Zapfen auf. Die Erkenntnis, dass die Härtesteigerung unabhängig vom Verschiebeweg entsteht, spricht für die Eignung des entwickelten Verfahrens zur Herstellung von Pressteilen mit großem Achsversatz, wie beispielsweise Kurbelwellen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Design of a tooling concept for combined lateral extrusion and shifting for manufacturing small crankshafts. International Cold Forging Group, ICFG 2017, China (2017)
Liewald, M.; Pasler, L.
- Querfließpressen und Verschieben. Wt Werkstatttechnik online, (2017), S 708 – 713
Pasler, L.; Liewald, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.37544/1436-4980-2017-10-30) - Development of a new cold forging process to produce eccentric shafts. ESAFORM, Palermo, Italy (2018)
Pasler, L.; Liewald, M.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.5035018)
