Precision Forging of Cast Preforms

• Applicants: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens; Professor Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier
• Subject Area: Primary Shaping and Reshaping Technology, Additive Manufacturing
• Term: from 2017 to 2021
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 351032371

• Final Report Year: 2021

Final Report Abstract

Im Projekt konnte ein Lösungsansatz zur Verkürzung der Prozesskette zur schmiedetechnischen Herstellung eines Demonstratorbauteils durch die gießtechnische Herstellung von Schmiedevorformen aufgezeigt werden. Das Gießen von zylindrischen Vorformen im Sandgussverfahren lieferte die ersten Erkenntnisse bezüglich der Auslegung eines geeigneten Gusssystems, welche anschließend auf die Herstellung von Vorformen mit komplizierten Geometrien übertragen werden konnten. Dank gekoppelter Gieß- und Schmiedesimulationen konnten unterschiedliche Prozessparameter erprobt und ausgewählt werden. Die praktischen Gießversuche haben gezeigt, dass durch die angepasste Speisertechnik porositätsfreie Demonstratoren erfolgreich abgegossen werden konnten. Die anschließende Umformung im geschlossenen Gesenk konnte wie geplant durchgeführt und somit auch die gewünschte Bauteilgeometrie eingestellt werden. Auf Basis der Zylinderstauchversuche konnten keine starken Effekte der Prozessparameter auf die mechanischen Eigenschaften gießgeschmiedeter Bauteile ermittelt werden. Die Festigkeit war für Umformtemperaturen von 1200 °C und Umformgrade über 0,7 vergleichbar mit dem gewalzten Referenzmaterial. Zur abschließenden Übertragung auf das Demonstratorbauteil konnte die verknüpfte Simulation von Gieß- und Umformprozess zielführend eingesetzt werden. So konnte die Geometrie iterativ festgelegt und schließlich auch die praktischen Versuche erfolgreich durchgeführt werden. Die mechanische Materialprüfung des Demonstrators bestätigt die guten Eigenschaften gießgeschmiedeter Stahlbauteile.

Publications

• Hot Forming of Cast Steel Cylinders. In: METAL 2019 Conference Proceedings 2019, p. 501–506
  Ursinus J, Bonhage M, Büdenbender C, Nürnberger F, Demler E, Behrens B-A
  
• Casting Manufacturing of Cylindrical Preforms Made of Low Alloy Steels. Procedia Manufacturing 2020, p. 445-449
  Demler E, Götze S, Herbst S, Nürnberger F, Maier HJ, Ursinus J et al.
  
• Porosity in Hot Formed Cast Steel. In: METAL 2020 Conference Proceedings 2020, p. 283–288
  Behrens B-A, Ursinus J, Büdenbender C, Brunotte K, Nürnberger F, Demler E et al.
  
• Design of a Steel Cast-Forging Process Chain, Springer
  Behrens B.-A., H.-J. Maier, Herbst S., Götze, S., Wackenrohr, S., Ursinus J., Büdenbender, C.