Einbringen von Hinterschnitten in hochbelastete Bauteile durch mehrdirektionales Schmieden am Beispiel von Stahlkolben

Thema
Werkzeug- und Formenbau
Projekttitel Einbringen von Hinterschnitten in hochbelastete Bauteile durch mehrdirektionales Schmieden am Beispiel von Stahlkolben (Hinterschnittschmieden Stahlkolben)
Laufzeit 01.04.2014 – 30.09.2016
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Pressemitteilung

Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines mehrdirektionalen Umformprozesses zur Einbringung von Hinterschnitten in Form von Bohrungen in einen Stahlkolben. Die Erzeugung von Hinterschnitten durch Schmieden ist bislang nur wissenschaftlich erprobt. Durch die Untersuchungen sollen die Anwendungsgrenzen für die Einbringung von Hinterschnitten durch Schmieden bestimmt werden. Daraus soll ein Prozessfenster zum Schmieden von Formen mit Hinterschnitt für eine industrielle Fertigung abgeleitet werden. Im konkreten Anwendungsfall sollen der Zerspanungs- sowie der Materialaufwand bei der Fertigung von Stahlkolben reduziert werden.

Weitere Informationen

Bei der Auslegung und Erprobung von Umformprozessen bietet das IPH Unterstützung an. Klicken Sie auf den Link, um weitere Informationen zu erhalten.

  • Keine aktuellen Termine vorhanden.
  • 06.07.2017
  • IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH, Hannover
  • 24.04.2017 - 28.04.2017
  • Messegelände, 30521 Hannover
  • www.hannovermesse.de
  • Die weltweit wichtigste Industriemesse.
  • 08.02.2017
  • IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH, Hannover
  • 17.11.2016
  • IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH, Hannover
  • 25.11.2014
  • Hirschvogel Holding GmbH, Dr.-Manfred-Hirschvogel-Straße 6, 86920 Denklingen
  • 06.05.2014
  • IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH, Hollerithallee 6, 30419 Hannover

Veröffentlichungen zum Projekt

Im Gesenkschmiedeprozess können Bauteile von hervorragender Qualität und technischen Eigenschaften hergestellt werden. Es ist jedoch nicht möglich Hinterschnittgeometrien, wie z. B. Kolbenbolzenbohrungen, zu schmieden. Diese werden normalerweise in nachfolgenden Prozessen eingebracht. Daher wurde ein Hinterschnittschmiedeprozess neu entwickelt. Dazu wurde ein mehrdirektionales Schmiedewerkzeug entwickelt, das hohe Schließkräfte aufbringen muss. Mit den Forschungsergebnissen können die Anforderungen an das zentrale Bauteil, schwerer Spezial-Tellerfedern, reduziert werden und stattdessen normale Tellerfedern verwendet werden. Das Ziel dieser Untersuchung ist es, die Schließkraft hinsichtlich ihrer Entstehung und ihrer Einflussgrößen zu untersuchen, um den Werkzeugbau vereinfachen zu können. Daher werden in Schmiedesimulationen die Eingangsgrößen Pressengeschwindigkeit, Werkstückanfangstemperatur und die Stempelform untersucht. Der Effekt der Parameter auf die Schließkraft wurde statistisch ausgewertet. Dabei stellte sich die Pressengeschwindigkeit als wichtigste Einflussgröße heraus. Die Werkstückanfangstemperatur und die Stempelform zeigten einen geringeren, aber ebenfalls signifikanten Einfluss auf die Kraft. Eine günstige Kombination der Parameter wird ermittelt, sodass die Presskraft und die Belastung für das Werkzeug minimiert werden, sodass der Prozess auf kleineren, wirtschaftlicheren Pressen durchgeführt werden kann. Die Simulationen werden zuletzt durch experimentelle Versuche validiert.

Schmieden, Hinterschnitte, FEM, multidirektional, Spannkraft, Werkzeugkonstruktion

Um ein hinterschnittenes Bauteil durch Schmieden herstellen zu können, wird ein geeignetes mehrdirektionales Werkzeug benötigt. Insbesondere um die hohen benötigten Schließkräfte beim Hinterschnittschmieden aufzubringen, wird eine Variante mit einem form- und eine mit einem kraftgepaarten Gesenkverschluss untersucht. Die Analyse zeigt, dass die Vorteile der Variante mit kraftgepaartem Verschluss überwiegen.

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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.

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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.

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Förderer

Das IGF-Vorhaben 18162 N der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. (FOSTA) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Partner

Ihr Ansprechpartner

Dr.-Ing.

Jan Langner

Abteilungsleiter Prozesstechnik