Kombiniertes Halbwarm-Hohl-Querfließpressen von hochfesten Stählen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Rahmen dieses Projektes wurden simulative und experimentelle Untersuchungen zum Quer-Fließpressen der Stahllegierungen C45, 42CrMo4 und 100Cr6 im Temperaturbereich der Halbwarmumformung zwischen 600 °C und 900 °C durchgeführt. Als Versuchsteile wurden typische Quer-Fließpressteile mit rundem Hauptformelement und ebenfalls runden, teilweise hohl ausgeführten Nebenformelementen herangezogen. Nach Ermittlung der mechanischen Eigenschaften oben genanter Werkstoffe wurden zunächst mit Verfahren der FEM und Methoden der statistischen Versuchsplanung Gleichungen zur einfachen Berechnung der während des Halbwarm-Napf-Quer-Fließpressens auftretenden Umformkräfte bestimmt. Durch Bezug auf die minimalen Stempelquerschnitte können die zu erwartenden Druckspannungen bereits in einem frühen Stadium der Prozess- und Werkzeugauslegung abgeschätzt werden. Bei Verwendung heute üblicherweise eingesetzter Warmarbeitsstähle ergab sich für das parallel dazu entwickelte modulare Versuchswerkzeug zur Durchführung experimenteller Untersuchungen ein relativ enges Prozessfenster. Als problematisch stellte sich beim eigentlich zu untersuchenden Verfahren des Halbwarm-Napf-Quer-Fließpressens die Führung der lateralen Napfstempel dar. Aufgrund zu hoher Biegebeanspruchung versagten mehrere Fließpressstempel auch bei Anwendung verschiedener Stempelführungskonzepte. Ein Abgleich zwischen Experiment und Simulation konnte für dieses Verfahren nicht durchgeführt werden und somit auch keine Verifkation bzw. Verbesserung des Simulationsmodells sowie der analytischen Formeln zur Stempelkraftberechnung. Anstelle dessen wurde im Anschluss daran die Herstellung kreuzförmiger Quer-Fließpressteile mit hohlen Zapfen durch eine Kombination aus Halbwarm-Voll-Quer-Fließpressen und unmittelbar angeschlossenem Napf-Rückwärts-Fließpressen untersucht. Die Führung der Napfstempel war hier nicht so problematisch. Höhere Umformtemperaturen, große Vergleichsformänderungen beim Voll-Quer-Fließpressen und eine hinsichtlich der Stempeldruckspannung vorteilhafte Vergleichsformänderung beim Napf-Rückwärts-Fließpressen begünstigen die Machbarkeit. Zur Untersuchung des Einflusses von Werkstoff, Umformstarttemperatur sowie Werkstückgeometrie auf Umformkraft und Gebrauchseigenschaften der gefertigten Werkstücke wurden Versuche zum Voll-Quer-Fließpressen durchgeführt. Die maximale Stempelkraft und der maximale Innendruck nehmen mit kleiner werdender Vergleichsformänderung ab. Je geringer die Umformtemperatur ist desto höher sind die Kräfte und Spannungen, mit Ausnahme von ähnlichen Werten bei der Umformung von 100Cr6 im Bereich um 700 °C, verglichen mit der Umformung im oberen Temperaturbereich der Halbwarmumformung. In den gefertigten Pressteilen dieser Versuchsreihe wurde die Härte an verschiedenen Stellen gemessen, die Festigkeit der Werkstücke in den ausgepressten Zapfen ermittelt und das Gefüge untersucht. Unabhängig von Werkstoff, Umformtemperatur und Abkühlung der Werkstücke nach der Umformung können Härte und Festigkeit gegenüber dem Ausgangszustand in geringem Maße gesteigert werden, durch Abkühlung der Werkstücke in Wasser und Umformung bei möglichst hohen Temperaturen im Bereich der Halbwarmumformung sogar in beachtlichem Maße.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Basic research on semi-hot lateral cup extrusion of high-strength steel materials. 20th International Forging Congress 2011, 13.-17. November 2011, Hyderabad (Indien)
Mletzko, C.; Liewald, M.; Rudolf, S.; Felde, A.
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Die Produktanforderungen bestimmen die zukünftigen Kompetenzen in der Massivumformung - ein Situationsbericht des Instituts für Umformtechnik. Internationale Konferenz Neuere Entwicklungen in der Massivumformung, 17.-18. Mai 2011, Fellbach, S. 207-244
Liewald, M.; Felde, A.
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Producing cross-shaped lightweight parts by lateral extrusion techniques. International Forging Congress 2011, 13.-17. November 2011, Hyderabad (Indien), Seite 456-467
Mletzko, C.; Liewald, M.; Rudolf, S.; Felde, A.
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Halbwarm-Napf-Quer-Fließpressen von hochfesten Stählen : Semi-hot lateral cup extrusion of high-strength steel materials. Internationale VDI-Fachkonferenz Getriebeproduktion in der Automobilindustrie, 19.-20. Juni 2012, Friedrichshafen
Mletzko, C.
