Viele Schmiedeteile beinhalten Lochstellen, z. B. für Lager. Das Lochen des Schmiedeteils erfolgt dabei in einem zusätzlichen Fertigungsschritt. Durch die Integration dieser bisher separat durchgeführten Operation in das Fertigschmieden des Bauteils kann die Prozesskette verkürzt werden. Jedoch gibt es bis dato keine Informationen darüber, wie verschiedene Prozessparameter die qualitätsrelevanten Faktoren beeinflussen. Daher wurde eine kombiniertes Schmiede-/Lochverfahren konzipiert und erprobt. Die Ergebnisse früherer Forschungsprojekte zeigten, dass die Variation der Einsatzmasse und der Schmiedetemperatur einen deutlichen Effekt auf die Maß- und Formgenauigkeit der Werkstücke haben. In diesem Projekt wurden verschiedene Stempel- und Werkstückgeometrien und der Einfluss einer alternativen Stadienfolge auf die Werkzeugbelastung und den Materialfluss untersucht. Dabei konnte kein Einfluss der Stempel- und die Werkstückgeometrie auf die Formgenauigkeit des Lochens festgestellt werden. Die Wahl einer ungünstigen Stadienfolge führt jedoch zum Werkzeugausfall beim Fertigschmieden.
Schmieden, Gratlos Schmieden, Präzisionsschmieden, Lochen
Der Entstehungsprozess von großskaligen Produkten wurde in der Vergangenheit nur vereinzelt wissenschaftlich betrachtet. Im Rahmen des Verbundprojektes „Innovationen für die Herstellung großskaliger Produkte“, gefördert von niedersächsischen Ministerien, will das IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gemeinnützige GmbH wissenschaftlichen Fragestellungen in Bezug auf die Entwicklung, Herstellung und das Recycling großskaliger Produkte nachgehen und diese beantworten.
XXL-Produkte, Entwicklung, Herstellung, Recycling
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
Engere Toleranzen, reduzierte Oberflächenrauheit, kein Zunder und eine reduzierte Randentkohlung können durch Halbwarmumformung realisiert werden. Jedoch ist das geometrische Spektrum der halbwarm geschmiedeten Bauteile aufgrund hoher Fließspannungen begrenzt. Um diese Einschränkung zu überwinden werden innovative, halbwarme Querkeilwalz- und Schmiedeprozesse im Projekt entwickelt und in diesem Paper präsentiert. Um die Wirkung niedriger Temperaturen auf die Prozessparameter, z. B. Kraft, Gesenkverschleiß und Materialeigenschaften im Vergleich zur Warmumformung zu untersuchen wurden Finite-Elemente-Simulationen und experimentelle Tests mit verkleinerten Modellgeometrien durchgeführt. In diesem Beitrag wird der neue halbwarme Querkeilwalzprozess erläutert und die Ergebnisse der Querkeilwalz-Versuche (z. B. Werkstückeigenschaften), FE-Simulationen der Umformkräfte und Materialanalyse gezeigt. Die Ergebnisse dieser Analysen ermöglichen industrielle Anwendung von halbwarmen Querkeilwalzprozessen zum ersten Mal.
Halbwarmumformung, Prozesskette, Querkeilwalzen
Viele Schmiedeteile beinhalten Lochstellen, z. B. für Lager. Das Lochen des Schmiedeteils erfolgt dabei in einem zusätzlichen Fertigungsschritt. Durch die Integration dieser bisher separat durchgeführten Operation in das Fertigschmieden des Bauteils kann die Prozesskette verkürzt werden. Jedoch gibt es bis dato keine Informationen darüber, wie verschiedene Prozessparameter die qualitätsrelevanten Faktoren beeinflussen. Daher wurde eine kombiniertes Schmiede-/Lochverfahren konzipiert und erprobt. Die Ergebnisse früherer Forschungsprojekte zeigten, dass die Variation der Einsatzmasse und der Schmiedetemperatur einen deutlichen Effekt auf die Maß- und Formgenauigkeit der Werkstücke haben. In diesem Projekt wurden verschiedene Stempel- und Werkstückgeometrien und der Einfluss einer alternativen Stadienfolge auf die Werkzeugbelastung und den Materialfluss untersucht. Dabei konnte kein Einfluss der Stempel- und die Werkstückgeometrie auf die Formgenauigkeit des Lochens festgestellt werden. Die Wahl einer ungünstigen Stadienfolge führt jedoch zum Werkzeugausfall beim Fertigschmieden.
Schmieden, Gratlos Schmieden, Präzisionsschmieden, Lochen
Am IPH wurde ein neuartiges Werkzeugkonzept entwickelt, um innerhalb eines Prozesschrittes gratlose, endkonturnahe Bauteile zu schmieden und zu lochen. Das Werkzeugkonzept für den kombinierten Schmiede- und Lochprozess wurde für rotationssymmetrische Bauteile entwickelt. Bestehend aus einem Oberstempel (kombinierter Umform- und Lochstempel), Federn, einem Untergesenk, einem Unterstempel und einem Auslösemechanismus, kann das Werkzeug in eine konventionelle Schmiedepresse integriert werden. Der Fertigungsprozess wurde mit Hilfe der FEM ausgelegt. Um die entscheidenden Parameter zu bestimmen, wurden Schmiedeversuche auf einer Müller Weingarten PSH 265 Spindelpresse durchgeführt. Die Machbarkeit eines kombinierten Schmiede- und Lochprozesses zur Herstellung eines endkonturnahen Bauteils konnte erfolgreich demonstriert werden.
Schmieden, Gratlos Schmieden, Präzisionsschmieden, Lochen
Das Einsparen von Ressourcen wird immer wichtiger. Daher versucht die Schmiedeindustrie Stadienfolgen mit reduziertem Gratanteil oder sogar komplett gratlose Stadienfolgen gegenüber den konventionellen Prozessketten auszulegen. Derzeit können lediglich einfache Bauteilgeometrien wie Zahnräder gratlos gefertigt werden. Deshalb wurde in einem Forschungsprojekt am IPH das gratlose Kurbelwellenschmieden entscheidend weiter entwickelt. In diesem Paper wird die Prozessentwicklung des gratlosen Schmiedens geschildert. Das entsprechende Teilprojekt des Sonderforschungsbereichs "SFB 489 - Prozesskette zur Produktion präzisionsgeschmiedeter Hochleistungsbauteile" wurde in den vergangenen Jahren am IPH durchgeführt und von der deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
Präzisionsschmieden, gratlos, Kurbelwelle
Gratloses Präzisionsschmieden ist ein spezieller Prozess des geschlossenen Gesenkschmiedens. Er zeichnet sich durch eine sehr hohe Qualität sowie die Fähigkeit aus, eine endkonturnahe Vorformstufe zu fertigen. Neuste Untersuchungen zeigten, dass es möglich ist, eine Zweizylinderkurbelwelle gratlos zu schmieden. Verwendete Umformverfahren waren unter anderem das mehrdirektionale Schmieden sowie das gratlose Fertigschmieden. Zusätzlich wird der Konstruktionsprozess durch eine neue Methode unterstützt, die die Schrumpfung kompensiert.
gratlos, Präzisionsschmieden, endkonturnah
Großskalige Produkte (XXL-Produkte), wie zum Beispiel Lagerringe für Windenergieanlagen, stellen besondere Herausforderungen an die Produktionstechnik. Dabei ist der stetige Trend einer weiteren Vergrößerung der Produkte zu beobachten. Somit stoßen z. B. umformtechnische Fertigungsanlagen zur Herstellung von XXL-Produkten an ihre technischen Grenzen. Die bei einer Skalierung auftretenden Skalierungseffekte, welche physikalische Grenzen für eine weitere Skalierung beinhalten können, wurden bisher nur für eine Kleinskalierung von Fertigungsverfahren untersucht. Die Berücksichtigung solcher Effekte bei der Großskalierung bietet die Möglichkeit das Potenzial umformtechnischer Fertigungsverfahren besser zu nutzen und die Berechnungsvorhersagen zu verbessern.
XXL-Produkte, Schmieden, Fließverhalten, Skalierungsfaktor, Skalierungseffekte, Ringstauchversuch
Infolge der zunehmenden Globalisierung im Beschaffungswesen ergibt sich ein verschärfter Wettbewerb für produzierende Unternehmen. Im Bereich der Blechumformung werden Betriebe daher auch in Zukunft gefordert sein, qualitativ einwandfreie Produkte mit kurzer Lieferzeit bei hoher Termintreue und möglichst geringen Herstellkosten zu produzieren. Vor diesem Hintergrund ist es erforderlich, dass blechumformende Unternehmen ihre Produktionsabläufe sowohl technisch als auch organisatorisch auf einem qualitativ hohen Niveau beherrschen. Ob bestimmte Zielgrößen erreicht werden, wird signifikant durch Technologieentscheidungen beeinflusst, da der Unternehmens-erfolg von diesen Unternehmen maßgeblich durch die Leistungsfähigkeit und Art der Nutzung der eingesetzten Anlagen bestimmt wird. Diese Anlagen stellen komplexe Systeme dar: Das Wissen über Störungen und die dazu passenden Abhilfemaßnahmen erreicht einen hohen Komplexitätsgrad, so dass eine effiziente Verwaltung und Aufnahme dieses Wissens Rechnerunterstützung erfordert.
Blechumformung, Erfahrungsrückgewinnung, Anlageneffektivität
In einem aktuellen Forschungsvorhaben wird derzeit am Institut für Integrierte Produktion Hannover gemeinnützige GmbH und dem Laser Zentrum Hannover e. V. das Verschleißverhalten beim Aluminiumschmieden untersucht. Im Fokus der Untersuchungen steht Minimierung, Quantifikation und Prognostizierung der Adhäsion. Des Weiteren wird analysiert, inwiefern mit Aluminiumnitrid laserdispergierte Werkzeuge die Adhäsion mindern können.
Aluminiumschmieden, Verschleiß, Verschleißschutzschichten
Schweißtechnisches Fügen von Standardelementen erfolgt in konventionellen Prozessketten zur Blechteilefertigung nach der Umformung am Blechteil außerhalb der Presswerkzeuge. Diese räumliche Trennung der Bearbeitungsschritte erfordert aufwendige Handhabungsoperationen und wirkt sich nachteilig auf die Positioniergenauigkeit des Fügeteils aus. Die Herausforderungen einer Integration des Fügeprozesses in das Umformwerkzeug bestehen im Umgang mit den Schweißemissionen und einer zuverlässigen Schweißüberwachung. In einem Forschungsprojekt wurde eine prozesssichere Werkzeugtechnologie zur Funktionsintegration des Bolzenschweißens mit Spitzenzündung entwickelt. Diese Technik ist aufgrund hoher Fügegeschwindigkeit, geringer Energieeinbringung und hoher Prozesssicherheit besonders gut für die Integration in Blechumformwerkzeuge geeignet. In Dauerversuchen lassen sich mit Hilfe dieser neuen Technologie qualitativ hochwertige Bolzenschweißungen bei hoher Robustheit gegen Störgrößen erstellen.
Blechverarbeitung, Lichtbogenbolzenschweißen, Spitzenzündung, Folgeverbundwerkzeug, Prozessintegrati
Während hauptsächlich Lösungen für integriertes Widerstandsschweißen bekannt sind, wurde im vorliegenden Forschungsprojekt eine prozesssichere Werkzeugtechnologie zur Funktionsintegration des Bolzenschweißens mit Spitzenzündung entwickelt. Diese Technik ist aufgrund hoher Fügegeschwindigkeit, geringer Energieeinbringung und hoher Prozesssicherheit besonders gut für die Integration in Blechumformwerkzeuge geeignet. In Dauerversuchen lassen sich mit Hilfe dieser neuen Technologie qualitativ hochwertige Bolzenschweißungen bei hoher Robustheit gegenüber Störeinflüssen erstellen.
Blechverarbeitung, Lichtbogenbolzenschweißen, Spitzenzündung, Folgeverbundwerkzeug, Prozessintegrati
Ein neues modulares Werkzeugkonzept ermöglicht die Integration von Blechumform- und Bolzenschweißprozess in einem Schritt. Ein zentrales Problem bei der Auslegung des neuen Prozesses sind die Prozessemissionen beim Schweißen, wie z. B. Spritzer. Eine neue Werkzeugtechnologie zum vollautomatisierten Bolzenschweißen in Blechumformwerkzeugen erhöht erstmals nicht nur die Wirtschaftlichkeit der Herstellung von Blechbauteilen. Im Fokus dieses Forschungsprojekts lag der Nachweis der Prozessrobustheit und der erreichbaren Hubanzahl. Vorab durchgeführte Schweißversuche im Schmiedegesenk offenbarten gute Fügeergebnisse und eine hohe Prozessstabilität. Die Schweißverbindungen wurden in Biegeversuchen getestet und bestätigten sehr gute Festigkeitswerte, die im Bereich der Festigkeit des Grundmaterials lagen. Durch eine Messung der Schweißspannung und –stromstärke, sowie der Bolzenverkippung, konnten Störgrößeneinflüsse verlässlich aufgedeckt werden. Die Schweißemissionen wurden effektiv begrenzt durch ein Absaugsystem im abgetrennten Schweißbereich, ohne dass die Fügequalität beeinträchtigt wurde.
Blechverarbeitung, Lichtbogenbolzenschweißen, Spitzenzündung, Folgeverbundwerkzeug, Prozessintegrati
Halbwarm geschmiedete Teile haben Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Warmschmiedeteilen: Engere Toleranzen, reduzierte Oberflächenrauheit, kein Zunder und eine reduzierte Randentkohlung. Jedoch ist das geometrische Spektrum der Halbwarmschmiedeteile durch hohe Fließspannungen beschränkt. Um diese geometrischen Begrenzung zu überwinden werden neue Walz- und Schmiedeverfahren in dem europäischen Forschungsprojekt "DeVaPro - Entwicklung einer variablen Halbwarm-Schmiede- Prozesskette" entwickelt. Im Mittelpunkt steht die Gestaltung einer halbwarmen Vorformoperation durch Querkeilwalzen, gefolgt von einer Zwischenerwärmung und einem halbwarmen Fertigformen in herkömmlichen Gesenken. Um eine Vorstellung von der Wirkung der niedrigeren Temperaturen auf die Prozessparameter, z. B. Kraft, Gesenkverschleiß und Mikrostruktur im Gegensatz zu Warmschmiedeverfahren zu erhalten, werden FE-Simulationen und experimentelle Tests mit einem Modell durchgeführt. In diesem Beitrag werden der neue halbwarme Querkeilwalzprozess vorgestellt und die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen z. B. die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur dargestellt.
Halbwarmumformung, Prozesskette, Querkeilwalzen
Halbwarm geschmiedete Bauteile zeichnen sich durch gute Oberflächeneigenschaften und hohe Maßhaltigkeit aus. Nachteilig ist der im Vergleich zur Warmumformung hohe Verschleiß der Umformwerkzeuge aufgrund einer höheren mechanischen Belastung. Diamond-Like Carbon Schichten (DLC-Schichten) sind antiadhäsiv und extrem hart (bis zu 3.500 HV) und eignen sich somit als Verschleißschutzschichten. Diese Eignung wird am IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gemeinnützige GmbH simulativ und experimentell untersucht. Hierzu wurde ein modularer Versuchsstand entwickelt, der die Erfassung relevanter Prozessparameter, z. B. der Werkzeugtemperatur, ermöglicht. Ziele des Projekts sind die Verschleißreduzierung und die Darstellung des Verschleißprozesses in Abhängigkeit der Prozessparameter.
DLC, Verschleißschutz, Warmumformung
Die Reklamationsbearbeitung in der Kunden-Zulieferer-Beziehung ist zeit- und kostenintensiv sowie häufig fehlerhaft. Am Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) wird gemeinsam mit dem IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH ein Mess- und Bewertungssystem zur Verbesserung der Qualität und Senkung der Kosten in der Reklamationsbearbeitung unter Einbeziehung der 8D-Methode entwickelt.
Reklamationsbearbeitung, Bewertungsmethode, Kostensenkung, 8D-Bericht
Die Reklamationsbearbeitung unter Einbeziehung der 8D-Methode ist teilweise sehr zeit- und kostenintensiv sowie häufig fehleranfällig. Vor diesem Hintergrund wird in dem Beitrag 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. Das Metriksystem wurde in einer Software implementiert und soll Unternehmen verschiedener Branchen in die Lage versetzen, den Aufwand für ein effektives Fehlermanagement deutlich zu reduzieren, Reaktionszeiten im Reklamationsfall zu verkürzen und von einer langfristigen Fehlervermeidung zu profitieren.
Qualitätsmanagement, Reklamationsmanagement, 8D-Bericht, Metrikssystem, Data Mining, Text Mining
Mit dem gratlosen Präzisionsschmieden kann Material gegenüber dem gratbehaftetem, konventionellen Schmiedeverfahren sowie der Prozessschritt des Abgratens eingespart werden. Des Weiteren können mit dem gratlosen Schmiedeverfahren Funktionsflächen ohne aufwendige Nacharbeit realisiert werden. Im diesem Paper wird die Auslegung der dreistufigen Stadienfolge zum gratlosen Präzisionsschmieden der Zweizylinderkurbelwelle mit Nebenformelementen als Ergebnis der Forschungsarbeit des IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH beschrieben. Die Stadienfolge wird mit einer zuvor entwickelten vierstufigen Stadienfolge verglichen. Vorteile sind nicht nur der eingesparte Schritt sondern auch die verringerte Kraft durch das angepasste Werkzeugkonzept. Des Weiteren ermöglicht der neue mehrdirektionale Umformschritt eine sehr gute Massenverteilung, als Voraussetzung für eine endkonturnahe Formgebung.
Querkeilwalzen, mehrdirektionales Schmieden, Kurbelwelle, gratlos Schmieden
Blechbauteile geringer Abmessung und hoher Stückzahl werden meist sehr wirtschaftlich im Folgeverbund gefertigt. Wenn diese Teile angeschweißte Fügeelemente erfordern, werden diese anschließend auf separaten Schweißstationen gefügt. Das Handling der vereinzelten Bauteile verursacht dabei relativ hohe Kosten. Eine Integration thermischer Fügeverfahren vereinfacht die Fertigung derartiger Bauteile wesentlich. Im Rahmen eines EFB-Forschungsprojektes wurde am IPH eine Schweißstufe bestehend aus Schweißkopf und Fügeteilezuführung zum werkzeugintegrierten Bolzenschweißen mit Spitzenzündung (Kontaktverfahren) entwickelt. Emissionen werden dabei mit Hilfe einer Absaugung bei geschlossenem Werkzeug aus dem eng abgeschirmten Schweißbereich entfernt. Das Werkzeug wird so vor Verschmutzung geschützt. Zur Sicherstellung der Schweißqualität werden die Prozessparameter Strom-, Spannungs- und Wegverlauf permanent überwacht. Untersuchungen der Schweißergebnisse aus Dauerversuchen u. a. mit eingebrachten Störgrößen zeigten eine hohe Prozesssicherheit und Tragfähigkeit der Verbindungen sowie eine stabile und gut reproduzierbare Prozessführung. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass sich mit dem Bolzenschweißen ein thermischer Fügeprozess sicher in Blechumformwerkzeuge integrieren lässt und potentiell auftretende Störeffekte beherrschbar sind.
Blechverarbeitung, Lichtbogenbolzenschweißen, Spitzenzündung, Folgeverbundwerkzeug, Prozessintegrati
