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
Schmiedeteile haben geometrische Schwankungen, bedingt beispielsweise durch den Gesenkverschleiß. Die Untersuchung von Kompensationsmöglichkeiten durch eine per FEM-Simulation gesteuerte Gratbahn wies nach, wie weit der Stofffluss sich im Moment der Umformung variieren lässt. Dies eröffnet Potential, das Schmiedeergebnis weiter zu verbessern.
Schmieden, Werkzeugkonstruktion, Stofffluss, FEM, Gratbahn
Zur Umformung von dünnwandigen Hohlbauteilen aus Rohren wird oftmals das Verfahren des Innenhochdruckumformens angewendet. Um auch dickwandige Hohlbauteile aus Aluminium umformen zu können wurde ein Verfahren entwickelt, welches die Umformung solcher Bauteile im erwärmten Zustand mit Hilfe eines Wirkmediums auf einer hydraulischen Presse ermöglicht. Zur Untersuchung wurde für ein Beispiel-Bauteil solch ein Umformprozess ausgelegt. Dieser Prozess wurde mit Hilfe der FEM analysiert und in Laborversuchen verifiziert.
Innenhochdruckumformen, Schmieden, Rohre, Aluminium, FEM
Vergangene Forschungsarbeiten behandelten die grundlegende Schmiedbarkeit von Aluminium Metall-Matrix-Composites (MMC), die unter Laborbedingungen hergestellt wurden. Diese Forschungsprojekte konzentrierten sich auf die Metallurgie und auf die Umformbarkeit durch Analyse der Fließkurven. Im Gegensatz zu den Laborbedingungen, erfordert der industrielle Einsatz große Chargen von Halbzeugen und die Umformung findet unter realen Bedingungen statt. Diese Bedingungen sind bisher noch nicht wissenschaftlich untersucht worden. Dieser Artikel beschreibt die Kombination der mechanischen Vorteile des Aluminium-MMC mit den Vorteilen eines gratlosen Schmiedens. Die Vorteile bestehen in einer höheren Festigkeit des Bauteils im Vergleich zu herkömmlichen Schmiedeteilen mit dem gleichen Gewicht. Neu ermittelte Fließkurven zeigen die Umformbarkeit und wurden verwendet, um die Schmiedeparameter zu bewerten. Die ersten Schmiedeversuche wurden mittels eines herkömmlichen Schmiedeverfahrens bei einer hohen Umformgeschwindigkeit durchgeführt. Dieses führte zu Rissen in den Schmiedeteilen. Das Schmieden von Aluminium-MMCs erfordert eine reduzierte Umformgeschwindigkeit von 20 mm/s. Daher wird die Verwendung von hydraulischen Pressen empfohlen. Die FE-Analyse des neu entwickelten gratlosen Schmiedeprozesses wird beschrieben und die grundlegenden Umformoperationen (Breiten, Längen und Steigen) des Werkstoffs im Gesenk werden veranschaulicht. Alles in allem wird eine neue Strategie zum gratlosen Schmieden von Aluminium-MMCs aufgezeigt.
Schmieden, gratlos, Aluminium, Matrix, Komposit, Charakterisierung, Stauchen, FEM, Simulation, Werkz
In der Fahrzeugindustrie werden Bauteile aus Aluminium immer häufiger verwendet. Beim Schmieden von Langteilen aus Aluminium können Fehler wie Falten auftreten. Besonders innere Falten stehen im Fokus des Interesses, die nur im Faserverlauf der Bauteile entdeckt werden können. Diese Falten haben einen negativen Einfluss auf die dynamischen Eigenschaften der Schmiedeteile. Beim Schmieden kann die Umformung entweder in einer oder mehreren (mehrdirektional) Richtungen erfolgen. The Rahmenbedingungen zum mehrdirektionalen Schmieden werden in diesem Artikel beschrieben. Für eine bestehende Geometrie ist eine faltenfreie Umformung mit einem mehrdirektional wirkenden Werkzeug möglich, während beim eindirektionalen Schmieden innere Falten entstanden. Eine neuartige Methode, die auf Simulationen mit der Finiten-Elemente-Analyse (FEA) basiert, ermöglicht die Entwicklung derartiger mehrdirektionaler Schmiedeprozesse und der Bestimmung geeigneter Werkzeuggeometrien. Dabei wird über einen Algorithmus geprüft, ob innere Falten entstehen und im Falle automatisiert eine Korrektur der Werkzeuggeometrie vorgenommen. Für einen bestehenden Prozess und eine vorhandene Werkzeuggeometrie wird der Bereich, in dem die Falten entstehen angepasst, bis in den Simulationen keine Falten mehr ermittelt werden. Es wird beschrieben, dass durch die Verwendung dieses Modells eine Überprüfung und Korrektur der Schmiedewerkzeuge und des Umformprozesses möglich ist.
Mehrdirektionales Schmieden, Aluminiumschmieden, innere Falten, Finite-Elemente-Analyse, Algorithmus
Dieser Beitrag beschreibt die Entwicklung eines halbwarmen Querkeilwalzprozesses mit einer Querschnittsflächenreduktion. Der Artikel enthält Ergebnisse der Finite-Elemente-Analyse (FEA), experimentelle Studien mit einem verkleinerten Werkstück und der Anpassung an die industriellen Werkstücke in Originalgröße. In den Simulationen wurden Werkzeuge mit Profilierung an der Seite verwendet. Die Downsizing-Methode wird erklärt und der Unterschied zwischen FEM, verkleinert und ursprünglich großen Werkstücken mit dem Fokus auf Umformkräfte, Temperaturverteilung und Defekte werden vorgestellt.
Halbwarmmassivumformung, Querkeilwalzen
Eine geeignete Technologie zur Vorformung hochbelasteter Schmiedeteile stellt das Querkeilwalzen dar. Mit einem neuartigen Modul zum Querkeilwalzen mit Flachbacken können aufwandsarm Untersuchungen durchgeführt werden. Um die bestehende geometrische Limitierung halbwarm geschmiedeter Stahlbauteile zu erweitern, wurde das Querkeilwalzen bei Temperaturen zwischen 650 °C und 950 °C erforscht. Zusätzlich wird durch erste Untersuchungen mit Aluminium die Nutzungsmöglichkeit des Moduls beschrieben.
Halbwarmumformung, Querkeilwalzen
Eine frühzeitige Erkennung von fehlerhaften Schmiedeteilen bietet wirtschaftliche Vorteile, da diese Bauteile sofort aus der weiteren Fertigungsfolge ausgeschleust werden können. Im Projekt "Intelligente Schmiedewerkzeuge zur Fehlerreduktion in der Massivumformung" wird eine prozessintegrierte Überwachung mit Hilfe eines sensorlosen Überwachungssystems entwickelt. Dabei fließt Strom durch das Schmiedeteil. Die Qualität der Bauteile wird mittels Auswertung der elektrischen Signale beurteilt. Typische Schmiedefehler (z. B. Unterfüllung und falsche Rohteiltemperatur) besitzen ein charakteristisches Signal und können somit direkt nach dem Umformprozess erkannt werden. Nach dem Ausschleusen der fehlerhaften Bauteile kann der Anlagenbediener zeitnah den Umformprozess anpassen.
Schmieden, Prozessüberwachung
Die Integration von Maßnahmen zur Qualitätsüberwachung in Wertschöpfungsprozessen spart Zeit und Geld. Die Überwachung der Formfüllung ist in der Warmmassivumformung prozessintegriert noch nicht realisiert worden. Des Weiteren konnten Prozessparameter, wie z. B. Einsatzmasse, Rohteiltemperatur oder die Schmierungsqualität, bisher nur nach der Umformung anhand der Bauteilqualität analysiert werden. Dadurch ist eine Regelung der schmiedetechnischen Prozesskette derzeit überaus träge. Im Projekt "Intelligente Schmiedewerkzeuge zur Fehlerreduktion in der Massivumformung" wird jetzt eine sensorlose Prozessüberwachung zur Echtzeiterkennung von Schmiedefehlern entwickelt.
Schmieden, Prozessüberwachung
Um komplexe Langteile mit ungleicher Massenverteilung entlang der Längsachse herzustellen, werden Prozesse wie das Querkeilwalzen benutzt. Die Werkzeuge können dabei als Flach- oder Rundbacken ausgelegt werden. Innerhalb des Forschungsprojekts "SFB 489 - Prozesskette zur Produktion präzisionsgeschmiedeter Hochleistungsbauteile" wurden im Unterprojekt "Innovatives Werkzeugkonzept für das Präzisionsschmieden" am IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover Werkzeuge für das gratlose Zweizylinderkurbelwellenschmieden mit Zapfen und Flansch entwickelt. Die erste Vorform wird durch Querkeilwalzen mit Flachbacken erzeugt. In Hinblick auf die Massenverteilung der Zweizylinderkurbelwelle wurden durch Keile im Werkzeug vier Massenanhäufungen für die Kurbelwangen erzeugt.
Kurbelwelle, Querkeilwalzen, Stadienfolge, Vorform, Walzprozess
Leichtbauansätze im Automobilbau ermöglichen eine Reduktion des Treibstoffverbrauchs und somit einer Erhöhung der Fahrzeugreichweite. Dies ist ein wichtiger Faktor, um die EU-Grenzwerte für CO2-Emissionen von Fahrzeugen zu erreichen und die Strafen für die Überschreitung der Grenzwerte aus dem Jahre 2012 zu vermeiden. Die wachsende Zahl von Anwendungen für hochfeste Stähle oder Leichtbaukonstruktionen sind adäquate Mittel zur Gewichtsreduzierung. Im IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH wurde eine Methode entwickelt, um Hohlprofile aus Aluminium zu produzieren. Diese Methode, das so genannte Hydroforging, verbindet gratloses Schmieden und Innenhochdruckumformen. Es ermöglicht die Herstellung von hohlen, dickwandigen Aluminiumprofilen mit Hinterschneidungen ohne die Notwendigkeit komplexer Werkzeugkinematik. Das Schmieden wird durch ein aktives Medium unterstützt. Eine Werkzeugkonzept ist entwickelt wurden, dass den Antriebe einer hydraulischen Presse mit Ziehkissen nutzt. Mit diesem Werkzeug werden verschiedene Bauteilgeometrien hergestellt und anschließend analysiert. Um den Werkzeuginnendruck und den Umformdruck zu erzeugen, wird flüssiges Zinn als inkompressibles, aktives Medium verwendet. Die Umformung wird durch Stauchen der Aluminiumprofile initiiert und vom aktiven Medium unterstützt, sodass das Profil in die Kavität der Gesenke gedrückt wird. Das Verfahren wurde anhand von Simulationen entwickelt und wird durch praktische Experimente überprüft werden. Dieser Artikel beschreibt die Entwicklung des Schmiedeprozesses mit einem aktiven Medium.
Innenhochdruckumformen, Schmieden, Rohre, Aluminium, FEM
Querkeilwalzen ist ein Verfahren, mit dem zylindrische Bauteile ohne Schmiermittel gratlos umgeformt werden können. Vor dem Hintergrund steigender Materialkosten rückt dieses Verfahren zunehmend in den Fokus vieler Schmiedeunternehmen – jedoch verhindern die hohen Investitionskosten für Werkzeuge und Maschinen meistens die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Mit Flachbackenwerkzeugen und entsprechenden Walzmaschinen können Werkzeugkosten eingespart werden und das Verfahren wird somit auch für Kleinserien interessant. Darüber hinaus zeigen Untersuchungen des IPH, dass das QKW auch im Halbwarmtemperaturbereich anwendbar ist.
Halbwarmumformung, Prozesskette, Querkeilwalzen
In diesem Artikel wird die Erforschung der Grundlagen des neuen Fertigungsverfahrens Hybridschmieden beschrieben, mit dem Blech- und Massiv-Elemente gleichzeitig umgeformt und gefügt werden. Dabei wird zunächst auf die Klassifizierung von Hybridbauteilen nach Werkstoff bzw. Halbzeug eingegangen. Zudem werden die Vorteile von hybriden Bauteilen erläutert. In praktischen Versuchen an einfachen Versuchsgeometrien konnte ein zylindrisches Halbzeug mit einem Blech durch Schmieden formschlüssig gefügt werden. Eine stoffschlüssige Anbindung konnte nur teilweise erreicht werden.
Hybrid, Schmieden, Blechumformung, Fügen, Stahl, Stoffschluss, Formschluss
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
