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EFB-Forschungsbericht Nr. 307

Flexibler Materialfluss im IHU-Prozess mit Hilfe beweglicher Werkzeugsegmente

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Reimund Neugebauer, Dipl.-Ing. Petr Kurka Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU Chemnitz

66 Seiten (sw, 38 teils farbige Abb., 16 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-342-4

Preis (Digital) EUR 52,00

Preis (Print) EUR 59,00

Zusammenfassung

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Innenhochdruck-Umformwerkzeug mit verschiebbaren Aktivteilen konstruiert und getestet. Dabei wurde durch FEM-Simulation bewiesen, dass eine Herstellung von langen, rohrförmigen Bauteilen mit mehreren aufeinander folgenden  Ausformungen ohne signifikante Reduzierung der Wanddicke möglich ist. Mit der praktischen Erprobung des Werkzeugkonzepts wurden die Simulationsergebnisse auf ihre Aussagegenauigkeit hin überprüft. Abhängig von der Qualität der Halbzeuge und der Einhaltung der Symmetrie der Ausformung konnten die Ergebnisse der Simulation bestätigt werden.

Das Ziel der Arbeit, einen konstanten Wanddickenverlauf über die gesamte Länge der Ausformung zu erreichen, wurde mit dem gewählten Werkzeugkonzept erreicht. Durch die Veränderung der Prozessparameter während der Erprobungsphase konnten weitere Verbesserungen der Umformergebnisse erzielt werden. Durch die Optimierung der Gravurgeometrie konnte das Prozessfenster dieser Technologie erweitert werden.

Die erreichten Ergebnisse bestätigen den gewählten Ansatz der Arbeit, mit Hilfe von verschiebbaren Aktivteilen ausreichend Werkstoff in die Umformzone zu führen. Dabei erfolgte kein Nachschieben von Material durch die Dichtstempel. Bei der entwickelten Technologie mit nachschiebbaren Werkzeugsegmenten ist gegenüber konventioneller Technik zum vollständigen Ausformen ein deutlich geringerer Innendruck notwendig. Dadurch können die Prozess- und Investitionskosten reduziert werden.

Die Ergebnisse dieser Arbeit können derzeit an realen Bauteilen, wie z.B. Nocken einer Nockenwelle, angewendet werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass auch nichtrotationssymmetrische Ausformungen mit dieser Technologie ausgeformt werden können. Hierbei ist allerdings mit Ausdünnungen bzw. Aufdickungen in Teilbereichen der Ausformungen zu rechnen.

Hinsichtlich des Werkzeugkonzeptes stellt die Größe der notwendigen Rollenschienenführungen ein Problem dar, um die Ausformung eng aneinander liegender Umformzonen oder größerer Halbzeuge und Wanddicken realisieren zu können. In diesen Fällen ist es notwendig, eine Unterstützung oder Entkoppelung der Rollenschienenführungen während des Kalibriervorgangs anzustreben. Eine Behinderung der Bewegung sollte dabei vermieden werden. 

Das IGF-Vorhaben „Flexibler Materialfluss im IHU-Prozess mit Hilfe beweglicher Werkzeugsegmente“ wurde unter der Fördernummer AiF 15339BR von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 307 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

1 Vorwort
1.1 Zielsetzung des Antrages
1.2 Auswirkungen auf den wissenschaftlich-technischen und wirtschaftlichen Fortschritt
1.3 Nutzen für kleine und mittelständische Unternehmen
1.4 Innovativer Beitrag und industrielle Anwendungsmöglichkeiten
1.5 Gewerbliche Schutzrechte
1.6 Hinweis auf die Förderung
2 Einleitung
2.1 Ausgangssituation
2.2 Stand der Forschung
2.3 Bekannte Untersuchungen zur Verbesserung der Grenzen beim IHU
2.3.1 Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Nockenwellen
2.3.2 Verfahren und Einrichtung zum Ausbauchen von länglichen Hohlprofilen
2.3.3 Verfahren zur Herstellung eines hohlprofilförmigen Bauteils
2.4 Lösungsweg zum Erreichen des Forschungsziels
3 Konstruktion
3.1 Das Werkzeugkonzept
3.2 Aufweiten mit anschließendem Nachschieben
3.3 Nachschieben mit anschließendem Aufweiten
3.4 Referenzermittlung mittels Finite-Elemente-Methode am starren Werkzeug
3.5 Gravurgeometrie
3.5.1 Idealisierte Form und Referenz-Nachschiebeweg
3.5.2 Symmetrische Teilung der Gravur
3.5.3 Asymmetrische Teilung der Gravur
3.5.4 Doppelte Teilung der Gravur
3.5.5 „Spaltlose“ zweifache Teilung der Gravur
3.5.6 Auswahl des Werkzeugkonzeptes
3.5.7 Simulation der Aufbiegung
3.5.8 Reale Gravurgeometrie und Nachschiebeweg
3.6 Auslegung und Dimensionierung
3.6.1 Berstdruck- und Schließkraftberechnung
3.6.2 Führung der Segmente
3.6.3 Axialkraftberechnung und Auswahl der Federn sowie Axialzylinder
3.6.4 Dimensionierung der Segmente
3.6.5 Der Grundkörper und Andocksystem
4 Experimentelle Versuchsdurchführung
4.1 Versuchswerkzeug
4.2 Versuchsdurchführung
4.3 Versuchsplan
4.4 Versuche mit S235JR und Wanddicke 1,5 mm
4.5 Versuche mit S235JR und Wanddicke 2,5 mm
4.6 Versuche mit X5CrNi18-10 und Wanddicke 1,5 mm
4.7 Versuche mit X5CrNi18-10 und Wanddicke 2,5 mm
4.8 Wanddickenverlauf
5 Zusammenfassung und Ausblick
6 Quellenverzeichnis
7 Anhang