Beim Schmieden von flachen Aluminiumlangteilen können prozessbedingt Schmiedefehler wie bspw. Falten entstehen. Einen Sonderfall stellt dabei die Bildung von inneren Falten dar, welches sich im Faserverlauf ausprägt. Innere Falten haben u. a. einen negativen Effekt auf die dynamischen Bauteileigenschaften. Als Fertigungsverfahren kann Schmieden in eindirektionales und mehrdirektionales Schmieden unterteilt werden. Beim eindirektionalen Schmieden wurde die Entstehung von inneren Falten beobachtet. Durch die Verwendung des Umformens aus mehreren Richtungen – dem mehrdirektionalen Schmieden – kann die Umformung variabel eingestellt werden und dadurch eine Faltenbildung verhindert werden. Eine neu entwickelte Methode hilft bei der Auswahl des Umformverfahrens und bei der Bestimmung einer geeigneten Werkzeuggeometrie. Hier wird speziell der Bereich angepasst, in dem die inneren Falten entstehen. Dazu wurde ein Berechnungsmodell entwickelt, mit dem eine rechnergestützte Identifizierung der inneren Falten und eine Korrektur des verwendeten sowie parametrisch aufgebauten Schmiedewerkzeugs im relevanten Bereich möglich ist.
Mehrdirektionales Schmieden, flache Langteile, Aluminium, Faserverlauf
Das mehrdirektionale Schmieden ermöglicht eine gratfreie Vorformung für komplizierte Werkstückgeometrien in Form einer Querschnittsvorbildung und Massenvorverteilung in einem Arbeitshub der Umformmaschine. Das Verfahrensprinzip basiert auf einem Werkzeug mit mehrdirektional wirkenden Umformstempeln. Neben der vertikalen Umformung durch einen Stempel erfolgt eine horizontale Umformung durch horizontal angeordnete Schieber. Der Antrieb der Schieber erfolgt durch eine Umlenkung der Stößelbewegung über Keile. Das mehrdirektionale Schmieden wurde im letzten Jahrzehnt in einer Reihe von Forschungsprojekten untersucht und weiterentwickelt. Beginnend mit einfachen gratlosen, flachen Vorformen für Pleuel aus Stahl wurde die technische Machbarkeit dieses Verfahrens aufgezeigt. In Folgeschritten wurde das Prinzip auf Kurbelwellen übertragen. Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 489 wurde die Kurbelwelle auf eine Elementarzelle heruntergebrochen, um die prinzipielle Umformung von den Lagerstellen und den Wangen untersuchen zu können. Mit diesen Erkenntnissen wurden Stadienfolgen für vereinfachte Ein- und Zweizylinderkurbelwellen (ohne Nebenformelemente) ausgelegt. Aktuell wird die Stadienfolge für eine vollständige Zweizylinderkurbelwelle mit Nebenformelementen entworfen und das Zusammenspiel einer Massenvorverteilung durch Querkeilwalzen und des mehrdirektionalen Schmiedens untersucht. Das gratlose Schmieden einer Zweizylinderkurbelwelle mit solch komplizierten Geometrien und entsprechenden notwendigen Stoffflüssen ist nur durch eine mehrdirektionale Vorformung möglich. Zuletzt wurde die Anwendbarkeit des Verfahrens im Rahmen eines DFG-Projektes auf den Werkstoff Aluminium – wieder anhand einer flachen Langteilvorform – erforscht. Hier zeigten sich besonders deutlich die Grenzen des Verfahrens. Verschiedene Umformrichtungen wurden miteinander kombiniert. Bei einigen Kombinationen ist verfahrensbedingt Grat entstanden, andere sind grundsätzlich geeignet eine gratlose Vorformung auch komplizierter Geometrien zu realisieren.
Mehrdirektionales Schmieden, gratlos, Vorformung, Querkeilwalzen, Pleuel, Kurbelwelle, Stahl, Alumin
Im Projekt "DeVaPro - Entwicklung einer variablen Warmumformungsprozesskette" wird ein neuer Walz- und Schmiedeprozesse entwickelt, um die geometrische Begrenzung der Halbwarmmassivumformung zu überwinden. Das Ziel des Projektes ist es, eine Prozesskette im halbwarmen Tempaturbereich zu entwickeln. Diese soll eine Auswahl der besten Vorformtechnologie beinhalten, um die gewünschte Massenverteilung vor der Halbwarmumformung zu erhalten. Die Technologie wird an die spezifischen Anforderungen der Halbwarmumformung angepasst. Ein Querkeilwalzvorgang und eine induktive Wiedererwärmung wird entwickelt. Eine Spurstange und ein Pleuel dienen als Musterteile.
Halbwarmumformung, Prozesskette, Querkeilwalzen
