Verfahrensentwicklung zur Rohr-Massivumformung beim Quer-Fließpressen von Flanschen und Bunden mit und ohne Außenkontur
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel dieses Forschungsvorhabens stellte die Verfahrensentwicklung zum gemeinsamen Quer-Fließpressen zweier zylindrischer Rohteile dar, von denen eines rohrförmig ausgeführt ist und das andere mit Vollquerschnitt darin eingesetzt wird. Die eingelegten Rohteile sollen durch das gemeinsame Quer-Fließpressen unlösbar miteinander verbunden werden, indem in der ersten Variante ein axialer Formschluss und in der zweiten Variante zusätzlich ein tangentialer Formschluss erzeugt wird. Das innenliegende Werkstück verursacht beim Quer-Fließpressen, ähnlich dem Innenhochdruckumformverfahren (IHU), einen Innendruck auf das außenliegende Rohr. Dieses wird durch den Innendruck umgeformt und füllt dabei die außen liegende Werkzeugkavität aus. Im Unterschied zum IHU-Verfahren übernimmt das innere Werkstück nicht nur die Funktion eines IHU-Mediums, sondern bildet zusammen mit dem umgeformten Rohr das gefügte Bauteil. Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurden unter anderem Verfahrensgrenzen hinsichtlich der geometrischen Verhältnisse (Wanddicken, Durchmesserverhältnisse), der erreichbaren Flanschhöhen und -durchmesser, des Einflusses der Bewegungsabläufe unterschiedlicher Stempelausführungen, der Möglichkeiten zur Erzeugung von komplexeren Außenkonturen des Flansches, des elastischen Rückfederungsverhaltens unterschiedlicher Werkstoffpaarungen und Matrizengeometrien sowie der Gestaltung der Trennfuge im Werkzeug und auch des Einflusses des für den Umformvorgang erforderlichen Schmierstoffes ermittelt. Als Werkstoffe für das innenliegende Werkstück wurden zunächst ein gut umformbarer Einsatzstahl 16MnCr5 (1.7131) als Rohrkörper und die Aluminiumlegierung EN AW 6082 als innenliegendes Werkstück eingesetzt. Anschließend wurden auch höherfeste Stähle wie 42CrMo4 (1.7225), 18CrNiMo13-4 (1.6587) oder auch TRIP-Werkstoffe für den Rohrkörper eingesetzt. Die Untersuchungen zeigen, dass die Herstellung einer axial gesicherten, reibschlüssigen Verbindung durch das Quer-Fließpressen zweier Rohteile mit unterschiedlichen Durchmesserverhältnissen und Werkstoffkombinationen möglich ist. Dabei treten je nach Kombination der genannten Parameter unterschiedlich große Spalte im Flanschbereich zwischen den beiden Halbzeugkörpern auf. Als geeignetste Variante erscheint die Kombination mit einem möglichst dickwandigen und festen Rohr bei möglichst kleinem Matrizenradius und geringer Spalthöhe. Die Untersuchungen zur Torsionsfestigkeit solcher Fügeverbindungen zeigten, dass mit diesem Verfahren relativ hohe Verbundfestigkeiten erreicht werden können.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Contribution for the simulation of tube-bulk forming by lateral extrusion of flanges and collars in light weight components. International Conference on Tribology and Manufacturing, Darmstadt 2014
Kannewurf, M.; Liewald, M.
- Untersuchungen zum Umformfügen mittels Quer- Fließpressen. In: Liewald, M. (Hrsg.): Neuere Entwicklungen in der Massivumformung. Bonn: INVENTUM, 2015, S. 355-374, ISBN 978-3-88355-409-9
Dörr, F.; Kannewurf, M.; Liewald, M.
