Prozessoptimierung durch oszillierende Werkzeugbewegungen in der Kaltmassivumformung

Prozessoptimierung durch oszillierende Werkzeugbewegungen in der Kaltmassivumformung

 

Motivation

Mit dem Verfahren der oszillierenden Axialumformung werden hochgenaue Pressverzahnungen und dünnwandige Profile auf Rohren hergestellt [Abbildung 1]. Beispiele sind Antriebswellen, Lenkwellen und Getriebewellen. Aufgrund der hohen benötigten Umformkräfte bei konventionellem Verzahnungsdrücken besteht bei geringen Wandstärken die Gefahr des Überschreitens der Knickstabilität. Durch die oszillierende Umformung können die Umformkräfte um bis zu 40 % reduziert werden [Abbildung 2] und somit Prozessgrenzen erweitert und Bauteile mit geringerer Wandstärke umgeformt werden. Die Ursache für die Kraftreduktion ist bisher nicht bekannt. In der Literatur sind zwei Ansätze als Ursache für die Kraftreduktion zu finden. Zum einen ist es die Reibungstheorie, welche eine Kraftreduktion auf das „Wiederauffüllen“ der Schmierstofftaschen beim Rückhub zurückführt. Zum anderen ist es die Entfestigungstheorie, die die Kraftreduktion mit dem Auftreten entfestigender Mechanismen wie dem Bauschinger-Effekt begründet.

Abbildung 1: Verzahnung
Abbildung 1: Verzahnung
Abbildung 2: Kraftreduktion bei Verwendung eines oszillierenden Hubverlaufs im Gegensatz zu einem konventionellen
Abbildung 2: Kraftreduktion bei Verwendung eines oszillierenden Hubverlaufs im Gegensatz zu einem konventionellen

Zielsetzung

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Identifikation der Ursache für die Kraftreduktion beim oszillierenden Verzahnungsdrücken. Ebenfalls soll die numerische Simulation durch die Implementierung der identifizierten Ursache die Abbildbarkeit des Verzahnungsdrückens verbessern.

 

Lösungsweg

Zur Identifikation der Ursache für die Kraftreduktion und deren Abbildung in kommerziellen FE-Systemen wurde der Prozess experimentell und simulativ untersucht. Zur experimentellen Trennung der beiden Theorien wurde ein Werkzeug mit einer Armierung gefertigt, die das Einstellen der radialen Spannung auf die Verzahnungsmatrize ermöglicht. Somit kann der Prozess im Rückhub nahezu lastfrei gefahren und somit entfestigende Mechanismen ausgeschlossen werden. Mit Hilfe dieses Werkzeugs und den numerischen Untersuchungen wurden die Mechanismen der Reibungstheorie als Ursache für die Kraftreduktion identifiziert.

Abbildung 3: Werkzeug
Abbildung 3: Werkzeug