TR73

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A2 - Fließpressen



Herstellung komplexer fließgepresster Funktionselemente an Blechen

Projektstatus: laufend

Letztes Update: 09.03.2017



Mitglieder


Das Teilprojekt A2 zielt auf die Untersuchung des Fließpressens von Funktionselementen ab. Als übergeordnetes Ziel soll die Herstellung von geometrisch anspruchsvollen Funktionsbauteilen, wie etwa einem Synchronring realisiert werden (Abb. 1a). Hierfür wurde in der ersten Projektphase die grundlegende Ausformung von Verzahnungen an Blechen in einstufigen Fließpressprozessen untersucht (Abb. 1b). Als stoffflussbestimmende Einflussgrößen wurden die Verfestigung des Werkstücks, die Reibung zwischen Werkstück und Werkzeug sowie geometrische Fließbehinderungen im Umformprozess identifiziert. Im Sinne einer weiteren Steigerung der Funktionsintegration wurden in der Projektphase II die Prozesse auf die Ausformung benachbarter, geometrisch ungleichartiger Nebenformelemente, wie zum Beispiel Zahn- oder Mitnehmerelemente, ausgeweitet (Abb. 1c).

Entwicklung des Bauteils über die Phasen des TR73

Es wurde nachgewiesen, dass sich die in der ersten Projektphase ermittelten Einflüsse auch auf die Ausformung artungleicher Funktionselemente auswirken, wobei die Elementgeometrie mittelbar ebenfalls einen Einflussfaktor darstellt. Insbesondere wurde gezeigt, dass der Einsatz „maßgeschneiderter“ Halbzeuge (Tailored Blanks) und Oberflächen (Tailored Surfaces) die Ausformung der Funktionselemente verbessert. Die bei Funktionsbauteilen, wie zum Beispiel dem Synchronring, häufig zur Funktionsintegration notwendige Anordnung von Funktionselementen auf verschiedenen Bauteilradien (Abb. 1d) ist Gegenstand der dritten Phase. Für die fließpresstechnische Herstellung relevante Herausforderungen sind die funktionsgerechte Ausformung der Formelemente sowie die bereits in Phase II identifizierten hohen Werkzeugbeanspruchungen. Im Hinblick auf die Formfüllung wird geprüft, ob die in Phase I und II ermittelten stoffflussbestimmenden Einflüsse zum Tragen kommen und wie diese gegebenenfalls für eine Steuerung des Stoffflusses nutzbar sind. Hierzu werden - wie in Phase II - ein Vorwärts- und ein Querfließpressprozess simulationsbasiert ausgelegt. Variantensimulationen dienen der Analyse der stoffflussrelevanten Einflüsse sowie der Ableitung möglicher Prozessadaptionen. In diesem Zusammenhang erfolgt eine Einbindung und Weiterentwicklung der Tailored Blanks und Tailored Surfaces, um eine funktionsgerechte Formfüllung zu erreichen. Aufgrund der in Phase II identifizierten hohen Werkzeugbeanspruchung bedarf es für eine (werkzeug-) versagensfreie Ausformung der Bauteile - im Hinblick auf praxisrelevanten Standmengen - einer Weiterentwicklung der Werkzeugtechnik. Da in der zweiten Phase sowohl die Druck- als auch die Zugfestigkeit der angewendeten Hochleistungswerkzeugstähle die geometrische Gestaltungsfreiheit der Funktionselemente begrenzten, wird eine an den Prozess angepasste Vorspannung der formgebenden Matrize angestrebt. Dieses geregelte Vorspannen wird durch ein dynamisches Armierungssystem realisiert, das an die spezifischen Bedingungen der Blechmassivumformprozesse adaptiert wird. Aufgrund der Druckbeanspruchungen werden eine hohe Druckfestigkeit und damit Härte der Werkzeugwerkstoffe vorausgesetzt. Der resultierenden Sprö-digkeit soll in besonders ermüdungsgefährdeten Werkzeugkavitäten durch die Integration einer lokalen Wärmebehandlung in den Werkzeugherstellungsprozess entgegengewirkt werden. Durch eine geeignete Parameterwahl wird eine beanspruchungsgerechte Erhöhung der Zähigkeit angestrebt. Die Wirksamkeit der Ansätze wird in Laborversuchen analysiert und die Übertragbarkeit auf praxisnahe Bedingungen in einem Ermüdungsprüfstand ermittelt. Am Ende der dritten Phase werden umfangreiche Erkenntnisse vorliegen, die ein systematisches Vorgehen bei der Auslegung von Fließpressprozessen an Blechen ermöglichen. Darüber hinaus werden die Potentiale und Grenzen bei der Herstellung von Funktionselementen an Blechhalbzeugen durch Vorwärts- und Querfließpressprozesse identifiziert und Maßnahmen zur Erweiterung der Prozess-grenzen erforscht sein.


Arbeitskreise


Veröffentlichungen

    2018

    • Pilz, F.; Gröbel, D.; Merklein, M.: Investigation of Fatigue Strength of Tool Steels in Sheet-Bulk Metal Forming. In: AIP Conference Proceedings 1960:1 (Hrsg.): The 21st International ESAFORM Conference on Material Forming, (2018), veröffentlicht

    2017

    • Merklein, M.; Andreas, K.; Kraus, M.; Löffler, M.; Pilz, F.: Development and launching of an application-oriented test rig for wear investigations in sheet-bulk metal forming. In: THE"A" Coatings, (2017), veröffentlicht

    2016

    • Merklein, M.; Lechner, M.; Gröbel, D.; Löffler, M.; Schneider, T.; Schulte, R.; Hildenbrand, P.: Innovative approaches for controlling the material flow in sheet-bulk metal forming processes. In: Manufacturing Review, 3(2016)2, S. 1-17
    • Löffler, M.; Engel, U.; Schulte, R.; Gröbel, D.; Krebs, E.; Freiburg, D.; Biermann, D.; Stangier, D.; Tillmann, W.; Weikert, T.; Wartzack, S.; Tremmel, S.; Lucas, H.; Denkena, B.; Merklein, M.: Tribological measures for controlling material flow in sheet-bulk metal forming. In: Production Engineering, (2016), veröffentlicht

    2015

    • Merklein, M.; Gröbel, D.; Löffler, M.; Schneider, T.; Hildenbrand, P.: Sheet-bulk metal forming – forming of functional components from sheet metals. In: Y. Qin, T.A. Dean, J. Lin, S.J. Yuan, F. Vollertsen (Hrsg.): Proceedings of the 4th International Conference on New Forming Technology, (2015), MATEC Web of Conferences, S. 01001 1-12
    • Gröbel, D.; Schneider, T.; Merklein, M.: Sheet-Bulk Metal Forming. In: Tekkaya, A.E.; Homberg, W.; Brosius, A. (Hrsg.): 60 Excellent Inventions in Metal Forming, (2015), Springer, S. 101-106
    • Gröbel, D.; Hildenbrand, P.; Engel, U.; Merklein, M.: Influence of tailored blanks on forming of cold forged functional elements in a sheet bulk metal forming process. In: Metec, Stahl-Institut VDEh (Hrsg.): Proceedings METEC & 2nd ESTAT, (2015), auf CD veröffentlicht

    2014

    • Merklein, M.; Andreas, K.; Gröbel, D.; Hildenbrand, P.; Müller, M.; Noneder, J.; Reiß, A.; Schneider, T.; Vierzigmann, U.: Potenziale und Grenzen der Simulation in der Fertigungstechnik. In: Simufact Engineering (Hrsg.): Tagungsband 15. RoundTable - Simulating Manufacturing, (2014), Marburg: ISBN: 978-3-9813814-3-6, veröffentlicht
    • Gröbel, D.; Koch, J.; Vierzigmann, U.; Engel, U.; Merklein, M.: Investigations and approaches on material flow of non-uniform arranged cavities in sheet bulk metal forming processes. In: Procedia Engineering, 81(2014), S. 401-406

    Vorträge

      2018

      • 24.04.2018: Pilz, F.: Investigation of Fatigue Strength of Tool Steels in Sheet-Bulk Metal Forming, ESAFORM, Palermo, IT
      • 23.10.2018: Pilz, F.: Numerical Research of Sheet-Bulk Metal Forming Using a Forward and a Lateral Extrusion Process, ICFG Plenary Meeting 2018, Ohio, USA

      2017

      • 05.04.2017: Löffler, M.; Andreas, K.: Untersuchung des Werkzeugverschleißes in der Blechmassivumformung, GCFG Sitzung Stuttgart
      • 05.10.2017: Pilz, F.: Development and launching of an application-oriented test rig for wear investigations in sheet-bulk metal forming., Thessaloniki, GR