Das Festigkeits-/ Dichteverhältnis von Aluminium kann durch die Integration von Keramikpartikeln in die Metallmatrix, sogenannte Aluminium-Metal Matrix Composites (MMC), weiter gesteigert werden. Der Aufwand für die spanende Bearbeitung von MMC-Werkstoffen ist auf Grund ihrer hohen Härte sehr groß und nicht wirtschaftlich. Das gratlose Präzisionsschmieden von Aluminium-MMC verspricht die Herstellung von endkonturnahen Bauteilen, welche über eine stahläquivalente Festigkeit verfügen und nachbearbeitungsarm hergestellt werden können. Die Möglichkeiten, die Vorteile von Aluminium-MMC mit denen des Fertigungsverfahrens "gratloses Präzisionsschmieden" zu verbinden, wurden in einem Forschungsprojekt am IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH untersucht.
Aluminium-MMC, Gratloses Schmieden, FEM
In einem Forschungsprojekt vom Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) und dem Lehrstuhl für Umformtechnik Siegen wurden die Grundlagen für die Innenhochdruckumformung von Titanbauteilen erforscht. Das Ziel des Forschungsvorhabens bestand darin, eine mehrstufige Prozesskette für IHU-Bauteile aus Titan zu entwickeln. Dafür sollten zunächst die verfahrensspezifischen Werkstoffeigenschaften sowie das tribologische System untersucht werden. Die Ergebnisse wurden in einem Simulationsmodell zusammengeführt welches die Prozessentwicklung ermöglichte. Abschließend wurde die entwickelte Prozesskette am Realbauteil verifiziert und ein Abgleich von Simulationsergebnissen mit realen Bauteilen durchgeführt.
Innenhochdruckumformen, FEM, Titan
Aufgrund hoher mechanischer Belastungen bei der Halbwarmmassivumformung ist die Werkzeugoberfläche hohem Verschleiß ausgesetzt. In diesem Artikel wird die Eignung einer mit 40 % Chrom dotierten amorphen wasserstoffhaltigen Kohlenstoffschicht als Verschleißschutzschicht für die Massivumformung beschrieben. Dazu wurden Werkstücke bei Temperaturen zwischen 650 und 1200 °C auf beschichteten Gesenkeinsätzen abgeschmiedet. Anschließend wurden die Schichten analysiert und ihre Verschleißeigenschaften bewertet.
Beschichtungen, Schmieden, Umformtechnik
Eine frühzeitige Erkennung von Fehlern im Schmiedeprozess bietet wirtschaftliche Vorteile. So können beispielsweise fehlerhaft geschmiedete Werkstücke sofort aus der weiteren Prozesskette ausgeschleust werden und verursachen keine Kosten zum Beispiel in einer anschließenden Wärmebehandlung. Die Entwicklung einer neuartigen Prozessüberwachung mittels elektrischen Stroms ermöglicht die Identifikation von Schmiedefehlern und mangelnder Formfüllung.
Schmieden, Prozessüberwachung
In der Halbwarmmassivumformung steigen die mechanischen Belastungen im Gesenk, wodurch erhöhter mechanischer Verschleiß hervorgerufen wird. Durch harte Diamond-like Carbon (DLC)-Verschleißschutzschichten kann dieser Nachteil aufgefangen werden. Eine Dotierung ermöglicht eine ausreichende Temperaturbeständigkeit dieser Schichtart. Insbesondere in Bereichen mit hoher Relativbewegung besitzen die untersuchten Schichten Vorteile gegenüber unbeschichteten Gesenken.
diamond-like carbon (DLC), Halbwarmmassivumformung, Verschleiß
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
Die Auslegung einer Stadienfolge für einen Schmiedeprozess ist vom Erfahrungswissen des Konstrukteurs abhängig. Ziel der Vorformoptimierung ist die Auslegung einer Stadienfolge retrograd von der Fertig- zur Vorform unter Voraussetzung einer vollständigen und faltenfreien Ausformung der Formen. Im dem Beitrag wird ein Ansatz vorgestellt, der eine solche Auslegung der Vorform unter Kopplung von Umformsimulationen auf Basis der Finiten Elemente mit einem Evolutionären Optimierungsalgorithmus erreicht.
Schmieden, Genetische Algorithmen, Vorformoptimierung
Mit immer größer werdenden Nabenhöhen steigt die Möglichkeit mehr Windertrag aus der Windkraft zu erlangen. Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurden am Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH konstruktive Leichtbaukonzepte für den Bau der Türme von Windenergieanlagen erforscht und entwickelt. Ziel des Forschungsprojektes war, den Leichtbau der Türme zu ermöglichen, um diese somit höher bauen zu können.
XXL-Produkte, großskalig, XXL, WEA, Windenergie, Leichtbau, Turmbau, FEM
Die Windenergieanlagen der nächsten Generation sollen immer höher in den Himmel ragen. In höheren Luftschichten sind die durch Bodenrauigkeit hervorgerufenen Turbulenzen wesentlich verringert. Mit der Höhe steigt die Windstärke und der Wind weht gleichmäßiger. Daher steigt die nutzbare Energie exponentiell mit der Turmhöhe an, ein besserer Energieertrag ist gesichert. Doch die Türme der Windenergieanlagen unterliegen dem Effekt, ab einer kritischen Eigenmasse der Anlage mit Gondel und Rotor einzuknicken. Die Turmmasse steigt mit dem Quadrat der Höhe, daher müssten die Türme überproportional zur Höhe verstärkt werden.
XXL-Produkte, großskalig, XXL, WEA, Windenergie, Leichtbau, Turmbau, FEM
Für eine systematische Reklamationsbearbeitung hat sich die vom VDA empfohlene 8D-Methode etabliert. Allerdings existieren bisher keine adäquaten Mess- und Bewertungstechniken zur Beurteilung der Qualität eines 8D-Berichts. In der Folge kann nicht zu jedem Zeitpunkt gewährleistet werden, dass die Reklamationsbearbeitung korrekt und effizient durchgeführt wird. In einem von der FQS sowie dem Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) und dem IPH - Institut für Integrierte Produktion gGmbH durchgeführten Projekt wurde ein automatisiertes Metriksystem zur Messung und Bewertung der Bearbeitungsqualität eines 8D-Berichts vorgestellt. Für die Ermittlung der Metriken werden zum einen Text Mining Algorithmen verwendet. Zum anderen kommen manuelle Bewertungen zum Einsatz, um die erforderliche Bandbreite an Bewertungen effizient und zuverlässig zu realisieren.
8D-Methode, 8D-Report, 8D-Bericht, Reklamation, Reklamationsbearbeitung, Reklamationsmanagement, Qua
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
Für den Einsatz von Blechteilen ist die Verwendung von Verbindungselementen meist unabdingbar. Elemente wie Bolzen werden in der Regel einzeln verschweißt. Die räumliche Trennung der einzelnen Bearbeitungsschritte erfordert aufwendige Handhabungsoperationen und wirkt sich nachteilig auf die Positioniergenauigkeit des Bolzens aus. Die Verlagerung weiterer Prozessschritte in das Umformwerkzeug hinein verkürzt die Prozesskette signifikant. Weiterhin wird in einem integrierten Prozess die Positioniergenauigkeit der Verbindungselemente verbessert. Die Herausforderung bei der Integration des Schweißprozesses in das Blechformwerkzeug liegt im Umgang mit den Schweißemissionen und einer zuverlässigen Prozessüberwachung. Im Rahmen eines Forschungsprojekts wurde eine zuverlässige Lösung zur Funktionsintegration des Bolzenschweißens mit Spitzenzündung in das Umformwerkzeug entwickelt.
Blechverarbeitung, Lichtbogenbolzenschweißen, Spitzenzündung, Folgeverbundwerkzeug, Prozessintegrati
