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
Die Volatilität des Strompreises nimmt durch den steigenden Ausbau erneuerbarer Energien insbesondere an der Strombörse stetig zu. Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) des produzierenden Gewerbes können sich diese Schwankungen durch gezielte Lastführung zu Nutze machen und Energiekosten sparen. Zur Hebung dieses Potenzials müssen KMU Messzähler zur registrierten Leistungsmessung nutzen und Strom zu möglichst börsennahen Preisen beziehen.
Strombezug, Spotmarkt Strombörse, Lastmanagement, Energiekosten
Die Prognose von Absatzmengen stellt eine Herausforderung für die Produktionsplanung dar. Vor allem schwer prognostizierbare Absatzschwankungen, wie sie beispielsweise durch Werbeaktionen hervorgerufen werden, sind dabei hinderlich. Oft sind Zusatzinformationen aus makroökonomischen Indizes nicht aktuell genug, der Detaillierungsgrad zu prognostizierender Produkte zu gering und der Prognoseaufwand zu hoch. Ziel eines neuen Forschungsprojektes ist daher die Entwicklung eines auf Suchmaschinendaten basierenden Modells zur Prognose von Absatzmengen auf spezifizierter Produktebene. Durch den ergänzenden Einsatz von Suchmaschinendaten zur Absatzprognose wird erwartet, dass der Prognosefehler gegenüber konventionellen Prognosemodellen auf Produktebene gesenkt werden kann. Insgesamt soll geklärt werden, ob und in welchem Maße sich die logistische Leistungsfähigkeit eines Unternehmens durch die suchmaschinendatenbasierte Prognose von Absatzmengen in der Produktionsplanung verbessern lässt.
Produktionsplanung, Absatzprognose, Suchmaschinendaten, Prognosemodell
Zum Hinterschnittschmieden von Stahlkolben soll ein mehrdirektionales Schmiedewerkzeug entwickelt werden. Dazu wurde zunächst der Schmiedeprozess simulativ ausgelegt und solange angepasst, bis eine geeignete Stadienfolge gefunden wurde.
FEM, Schmieden, Hinterschnitt, Hinterschnittschmieden, mehrdirektional
In diesem Artikel wird die Erforschung der Grundlagen des neuen Fertigungsverfahrens Hybridschmieden beschrieben, das Blech- und Massiv-Elemente gleichzeitig umformt und fügt. Mittels eines Demonstratorbauteils wird simulativ die Möglichkeit untersucht, mehrere unterschiedliche Fügeverbindungen an einem Bauteil herzustellen. Die Ergebnisse zeigen günstige Parametervariationen, welche in experimentellen Untersuchungen getestet werden sollen.
FEM, Hybridschmieden, Massivumformung, Blechumformung
Ein geringer Energieverbrauch und eine geringe Fertigungszeit werden in jedem industriellen Prozess der Kurbelwellenherstellung gefordert. Kurbelwellen besitzen eine sehr komplexe Geometrie und werden daher, verglichen mit anderen Schmiedebauteilen, mit einem hohen Gratanteil geschmiedet. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigten die Machbarkeit des gratlosen Präzisionsschmiedens von Kurbelwellen. Eine Möglichkeit, eine Kurbelwelle herzustellen ist die Verwendung der drei Fertigungsschritte Querkeilwalzen, mehrdirektionales Schmieden und Fertigschmieden.
Dieses Paper präsentiert die Untersuchungsergebnisse des Einflusses des Schulterwinkels beim Querkeilwalzen auf verschiedenen Parameter des mehrdirektionalen Schmiedens. Zuerst ist der aktuelle Stand der Forschung, die Entwicklung des Prozesses und die Werkzeugkonzepte des Querkeilwalzens und des mehrdirektionalen Schmiedens dargestellt. Danach sind die Ergebnisse des Einflusses des Schulterwinkels auf die Gratbildung, Bauteiltemperaturen, Umformgrad, Umformkraft und Spannung gezeigt. Grundsätzlich entsteht Grat, weil eine rotationsymmetrische Vorform asymmetrisch umgeformt wird. Ein steigender Schulterwinkel führt dabei zu einem größeren Grat unten an den Kurbelwangen.
mehrdirektionales Schmieden, Querkeilwalzen, Kurbelwelle, Parameterstudie, Schulterwinkel
Um die Produktionskosten von Schmiedeteilen zu reduzieren, sind unterschiedliche Ansätze möglich. Speziell für wertvolle Materialien wie Titan stellen die Materialkosten einen Großteil der Produktionskosten dar. Daher kann die Verringerung des Ausgangsmaterials die Gesamtkosten signifikant verringern. Um das Verbesserungspotenzial zu identifizieren, wurde eine bestehende Schmiedeprozesskette untersucht.
Für ein Hüft-Implantat aus Titan wurde eine neue Schmiedeprozesskette entwickelt. Um das anfänglich benötigte Material zu reduzieren, wurde das Querkeilwalzen als Vorformvefahren und das Gesenkschmieden mit Gratsperren untersucht. Der Einfluss der verschiedenen Prozessschritte auf das Endergebnis wurde analysiert und detailliert dargestellt. Um die Vorhersagegenauigkeit des neu entwickelten gratreduzierten Schmiedeprozesses zu erhöhen und Iterationsschleifen von Gesenkauslegungen zu verringern, wurden passende Simulationsparameter unter Berücksichtigung der Randbedingungen der Schmiedeumgebung untersucht. Dies geschieht mittels Finite-Elemente-Analyse (FEA) unter Berücksichtigung von Formfüllung, Prozessstabilität und Pressenkräfte. Beim Einsatz von Querkeilwalzen und Gesenkschmieden mit Gratsperre reduziert der neu entwickelte Schmiedprozess den Gratanteil deutlich von 69% auf 32%.
Querkeilwalzen, Schmieden, Gratreduziert, FEM Simulationen, Gratsperren
In diesem Paper wird die Bildverarbeitung einer binären Einspurcodierung für die Bestimmung des Drehmoments präsentiert. Das Ziel der wissenschaftlichen Untersuchung ist die Bestimmung des absoluten Drehwinkels eines Zylinders und dem anliegenden Drehmoment. Für die Bildaufnahme werden zwei unabhängige Module genutzt, welche jeweils erlauben, die absolute Drehposition und Drehzahl zu erfassen. Bei gleichzeitiger Nutzung beider, kann das Drehmoment bestimmt werden. Markierungen werden mit einem Laserverfahren aufgebracht, um auch eine spätere Umsetzung zu ermöglichen. Der gewählte technologische Ansatz ist das sog. Winkeldifferenzverfahren. Das Konzept der Bildverarbeitung als auch erste Ergebnisse zur Drehmomentmessung aus der zweifachen absoluten Winkelpositionserfassung werden präsentiert.
Bildverarbeitung, Einspurcodierung, Drehmoment
In mehrstufigen Schmiedeprozessen wird das Schmiedeergebnis hauptsächlich von der Geometrie der Vorform bestimmt. Das Auslegen von mehrstufigen Schmiedeprozessen ist dennoch immer noch ein zeitaufwendiger Trial- and Error Prozess. Die Qualität der entwickelten Schmiedeprozesse hängt weiterhin stark vom Erfahrungswissen des zuständigen Konstrukteurs ab. Dieses Paper präsentiert einen Algorithmus, um das multikriterielle Optimierungsproblem der Vorformoptimierung zu lösen. Dazu werden querkeilgewalzte Vorformen untersucht und ein evolutionärer Algorithmus eingesetzt, um die Vorformen so zu verbessern, bis die gewünschten Qualitätskriterien in der Fertigschmiedestufe erreicht werden. Dabei werden die Massenverteilung des Fertigteils, das Vorformvolumen und die Bauteilkomplexität als Bewertungsparameter eingeführt. Es wird eine Formel zur Berechnung des minimal erforderlichen Gratanteils abgeleitet und anhand verschiedener Demonstratorbauteile auf ihre Eignung überprüft.
Vorformoptimierung, Schmieden, Evolutionäre Algorithmen, Querkeilwalzen
Um es zukünftig kleinen und mittleren Unternehmen zu ermöglichen, Querkeilwalzen einzusetzen, wurden bisher bestehende Hindernisse aus dem Weg geräumt. Dazu wurde eine Methode entwickelt, wie Querkeilwalzwerkzeuge softwaregestützt konstruiert werden können. Für die beiden Demonstratorbauteile Hüftimplantat und Common-Rail wurden Querkeilwalzprozesse simulationsgestützt ausgelegt. Mit den Querkeilwalz-Vorformen konnten gratreduzierte Stadienfolgen für die beiden Demonstratorbauteile ausgelegt werden. Um die Teile industriell kostengünstig walzen zu können, wurde eine Querkeilwalzmaschine konzipiert, gefertigt und beim Schmiedeunternehmen aufgebaut. So konnte die komplette Stadienfolge des Hüftimplantats erfolgreich getestet werden.
Querkeilwalzen, Umformmaschine, Ressourceneffizienz, Hüftimplantat, Common-Rail
In mehrstufigen Schmiedeprozessen wird das Schmiedeergebnis hauptsächlich von der Geometrie der Vorform bestimmt. Das Auslegen von mehrstufigen Schmiedeprozessen ist dennoch immer noch ein zeitaufwendiger Trial- and Error Prozess. Die Qualität der entwickelten Schmiedeprozesse hängt weiterhin stark vom Erfahrungswissen des zuständigen Konstrukteurs ab. Dieses Paper präsentiert einen Algorithmus, um das multikriterielle Optimierungsproblem der Vorformoptimierung zu lösen. Dazu werden querkeilgewalzte Vorformen untersucht und ein evolutionärer Algorithmus eingesetzt, um die Vorformen so zu verbessern, bis die gewünschten Qualitätskriterien in der Fertigschmiedestufe erreicht werden. Dabei werden die Massenverteilung des Fertigteils, das Vorformvolumen und die Bauteilkomplexität als Bewertungsparameter eingeführt. Der entwickelte Algorithmus wird anhand eines Pleuels validiert und die fortlaufende Optimierung überprüft.
Vorformoptimierung, Schmieden, Evolutionäre Algorithmen, Querkeilwalzen
Gratreduziertes Schmieden ist eine vielversprechende Alternative für komplizierte Hochleistungsschmiedeteile. Mittels einer neuartigen Prozesskette wurde die Möglichkeit geschaffen, den Gratanteil solcher komplizierter Schmiedeteile signifikant zu senken. So kann die Wettbewerbsfähigkeit von Schmiedeunternehmen gesteigert und deren Produktionskosten gesenkt werden. Die Europäische Union fördert ein Forschungsprojekt, in dem die Verbesserung von Kurbelwellen-Stadienfolgen durch gratreduziertes Schmieden erreicht werden soll. Um die Vorhersage von Schmiedeparametern in Simulationen zukünftiger Prozessauslegungen zu verbessern, wird eine bestehende Stadienfolge simuliert und mit dem industriellen Schmiedeprozess verglichen. Zusätzlich wurde eine Variation der Simulationsparameter verwendet, um deren Einfluss auf die Ergebnisse des Schmiedeprozesses zu ermitteln.
Schmieden, Kurbelwelle, Gratreduzierung, Untersuchung von Simulationsparametern
Um die Formfüllung in Schmiedeprozessen sicher zu prognostizieren, werden unterschiedliche künstliche neuronale Netze auf ihre Eignung überprüft. Als Eingangsparameter werden mehrere Querschnittsflächeneigenschaften getestet, um das Ergebnis der Formfüllung von FEM-Simulationen zu prognostizieren. Der Einfluss der Querschnittseigenschaften auf die Formfüllungsprognose wird dargestellt und die beste Methode ausgewählt.
FEM, Schmieden, Vorformoptimierung
Mittels FEM wurde ein numerisches Modell entwickelt, um die Entstehung von Flittergrat beim Aluminiumschmieden zu untersuchen. Die Signifikanz und die Effekte der Eingangsparameter Werkstücktemperatur, Umformgeschwindigkeit und Gratspaltbreite auf die Entstehung des Flittergrates wurden durch statistische Analyse der Simulationsergebnisse ermittelt. Experimentelle Versuche wurden durchgeführt, um das numerische Modell zu verifizieren.
FEM, Aluminium, Schmieden, Gratlosschmieden, Flittergrat
Das verbreitetste Verfahren in der Massivumformung ist das Gesenkschmieden mit Grat. Dabei wird mithilfe eines Materialüberschusses sichergestellt, dass die Form vollständig gefüllt wird. Das überschüssige Material entweicht über die Gratbahn, die somit großen Einfluss auf die Formfüllung hat. Üblicherweise werden Form und Abmessungen der Gratbahn während der Gesenkherstellung festgelegt und können während des Schmiedeprozesses nicht mehr verändert werden. Durch den Einsatz einer variablen Gratbahn, die während des Schmiedeprozesses aktiv gesteuert werden kann, ist es möglich, den Materialfluss zu verändert und die Formfüllung zu verbessern. In diesem Beitrag wird eine variable Gratbahn für den Einsatz in der Warmmassivumformung beschrieben und der Einfluss eines solchen Systems auf die Formfüllung ermittelt. Als Vergleichsgegenstand wird ein konventioneller Schmiedeprozess mit einer festen Gratbahn herangezogen. Des Weiteren werden die Ergebnisse experimenteller Versuche mit den Ergebnissen der korrespondierenden FEM-Simulationen verglichen. Zudem wird untersucht, welchen Einfluss die Ausgangstemperatur des Rohlings hat. Die experimentellen Schmiedeversuche haben gezeigt, dass die variable Gratbahn den Materialfluss erheblich beeinflusst – umso mehr, je höher der Gratanteil ist. Die variable Gratbahn ist als 2 mm hohe Sperre konstruiert. Ihr Einsatz führt zu Steighöhenunterschieden von bis zu 4,5 mm – das entspricht 16,6 % der Bauteilhöhe im Vergleich zu konventionell geschmiedeten Bauteilen. Wird die Schmiedetemperatur von 1200 °C auf 1000 °C reduziert, sinkt der Einfluss der variablen Gratbahn: Die durchschnittlichen Steighöhenunterschiede liegen dabei rund 0,5 mm (etwa 3 %) niedriger.
Schmieden, Werkzeugkonstruktion, Stofffluss, FEM, Gratbahn
Gratreduziertes Schmieden ist eine vielversprechende Alternative für das Schmieden von komplizierten Hochleistungsbauteilen. Die Anwendung von gratlosen Vorformenoperationen ist ein möglicher Ansatz, eine Gratreduktion zu erreichen. Die Vermeidung von Grat beim Vorformen durch komplett umschlossene Gesenke ist die Hauptherausforderung beim Gratlosschmieden, vor allem, wenn die Trennfuge der Gesenke in der Mitte der Schmiedeteile liegt. Um ein gratloses Vorformen zu ermöglichen, wurde ein Schließmechanismus entwickelt, der ohne Federn funktioniert.
Schmieden, Schließ-Mechanismus, gratloses Schmieden, Schmiedeprozess, Vorformen
Das meist verbreitetste Verfahren der Massivumformung ist Gesenkschmieden mit Grat. Ein Ziel der Industrie ist es diesen Grat zu reduzieren. Bei geometrisch komplizierten Teilen wie Kurbelwellen kann die Gratreduzierung durch gratloses Vorformen und gratreduziertes Fertigschmieden erreicht werden. Eine entsprechende Prozessauslegung ist jedoch deutlich komplizierter und es können Fehler wie unzureichende Formfüllung auftreten. Eine bewegliche, gesteuerte Gratbahn ermöglicht eine Veränderung des Materialflusses und eine verbesserte Formfüllung. In dieser Veröffentlichung wird das gratlose Vorformen für Kurbelwellen unter Einsatz einer gesteuerten Gratbahn beschrieben.
Schmieden, Werkzeugkonstruktion, Stofffluss, FEM, Gratbahn
Beim Schmieden geometrisch komplizierter Teile wie Kurbelwellen ist ein Überschuss an Material (Grat) notwendig, um Teile guter Qualität erzeugen zu können. Die Materialausnutzung liegt zwischen 60 % und 80 %. Jedoch machen die Materialkosten beim Schmieden bis zu 50 % der gesamten Produktionskosten aus. Durch Verringerung des Gratanteils können die Materialverbrauch und die Produktionskosten in Schmiedeprozessen beträchtlich verringert werden. Für die Reduktion des Gratanteils einer Kurbelwelle, war die Entwicklung einer neuen Schmiedeabfolge notwendig. Diese Entwicklung wurde für eine industrielle Zweizylinder-Kurbelwelle durchgeführt, basierend auf Finite-Elemente-Analyse (FEA) Simulationen. Die neue Stadienfolge besteht aus drei gratlosen Vorformoperationen, einer induktive Wiedererwärmung gefolgt von einem mehrdirektionalen Schmieden und Fertigschmieden. Durch diese Stadienfolge wurde der Gratanteil von 54 % auf 10 % gesenkt. Aufgrund der hohen Gratreduktion kann von nun an Material und Energie gespart werden, wodurch die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens zunimmt.
Schmieden, FEM, Gratreduzierung, mehrdirektionales Schmieden, Ressourceneffizienz
Je komplizierter eine Schmiedegeometrie ist, desto mehr Grat ist notwendig, um Formfüllung und ein fehlerfreies Schmiedeteil zu erreichen. Die meisten kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) schmieden viele unterschiedliche Teile in kleinen und mittleren Losgrößen und können nicht den hohen Aufwand betreiben, um effizientere Schmiedeverfahren zu entwickeln. Im Paper wird die Entwicklung einer ressourceneffizienten Schmiedeprozesskette für Kurbelwellen dargestellt. Die Stadienfolge besteht aus gratlosen Vorformschritten und einem gratreduzierten Fertigschmiedeschritt. Die Werkzeuge wurden entwickelt, um auf industriell genutzten, schnellen mechanischen Pressen zu funktionieren. Die letzte der vier gratlosen Vorformschritte ist eine mehrdirektionale Ausformung der Kurbelwangen und Versetzen der Lagerstellen. Um die Schmiedekräfte auf einem niedrigen Niveau zu halten und ein stabiles Schmiedeverfahren zu ermöglichen wurde eine Zwischenerwärmung mittels Induktion der Vorformteile vor dem mehrdirektionalen Schmieden entwickelt. Die Kurbelwellen wurden erfolgreich mit einem reduzierten Gratanteil von weniger als 10% geschmiedet.
Schmieden, Grat, Induktive Erwärmung, Vorform, Kurbelwelle
Kolben für Verbrennungsmotoren bestehen in der Regel aus Aluminium. Die steigenden Anforderungen an Effizienz und Leistung in Kfz-Motoren können durch die Verwendung von Stahlkolben erfüllt werden, die wahrscheinlich in der Automobilindustrie in den nächsten Jahren eingesetzt werden. Kolben sind meist geschmiedet und eine teure Bearbeitung ist notwendig, um sie einbaufertig zu finalisieren. In der Regel wird ein eindirektionales Schmiedeverfahren angewendet. Mit diesem ist es nicht möglich, Hinterschnitte zu schmieden. Bei Kolben ist die Kolbenbolzenbohrung ein solcher Hinterschnitt. Mit Hilfe des mehrdirektionalen Schmiedens ist ein Hinterschnittschmieden möglich und ein Vorformen der Kolbenbolzenbohrung kann realisiert werden. Zum einen führt dieses zu einer verbesserten Materialausnutzung und zum anderen wird die nachfolgende mechanische Bearbeitung vereinfacht aufgrund einer leichteren Positionierung des Schmiedeteils. Derzeit sind entsprechende Schmiedewerkzeuge in der Entwicklung. Sie werden in einer industriellen Umgebung auf einer Exzenterpresse getestet. Die Schmiedeteile werden anschließend bezüglich Qualität sowie die Werkzeuge hinsichtlich Verschleißes geprüft und final die Wirtschaftlichkeit dieses neuen Verfahrens analysiert.
Kolben, Stahl, Schmieden, Kolbenbolzenbohrung, Hinterschnitt, mehrdirektional
In diesem Paper wird der Vergleich der Simulationen der Querkeilwalzprozesse mit echten Versuchen mit flachen Querkeilwalzwerkzeugen vorgestellt. Die untersuchten Materialien sind Titan und bainitischer Edelstahl. Erste Simulationen wurden verwendet, um die geeigneten Parameter-Kombinationen für die untersuchten Materialien herauszuarbeiten. Anschließend wurden mit diesen Parametern, und zusätzlich mit einigen Variationen, Werkzeuge hergestellt, um ein Parameterfeld um diesen Bereich zu untersuchen. Der Zweck dieser Untersuchungen ist es, geometrische und Prozessparameter, mit denen ein stabiler Querkeilwalzprozess für bainitischen Stahl und Titan möglich ist, zu finden.
Querkeilwalzen, Bainitischer Edelstahl, Titan, FE-Simulationen
