Net-Shape Verzahnungen aus hochfesten Stählen durch oszillierende Umformung

Net-Shape Verzahnungen aus hochfesten Stählen durch oszillierende Umformung

 

Motivation

Durch oszillierende Umformverfahren können hochpräzise Bauteile wirtschaftlich hergestellt werden. Beim oszillierenden Verzahnungsdrücken wird der Effekt der Wiederbeschmierung genutzt, um die auftretenden Kräfte zu reduzieren und somit die Prozessgrenzen zu erweitern. Typische Bauteile sind im Getriebe vorzufinden, wobei sogenannte Steckverzahnungen durch das Verfahren hergestellt werden. In der derzeitigen Prozesskette sind verschiedene Wärmebehandlungen nötig, um einerseits das Gefüge für die Umformung einzustellen und andererseits die nötige Härte für die spätere Verwendung zu erreichen. Diese Prozessschritte verlängern den Prozess, erhöhen die Bauteilkosten und steigern den Energiebedarf der Fertigung. Aus heutiger Sicht sind diese Schritte jedoch notwendig, um das Gefüge für die Umformung vorzubereiten und die Dauerfestigkeit der Bauteile sicherzustellen.

verzahnungsmatrize
[1] Verzahnungswerkzeug

Zielsetzung

Das Substituieren von Wärmebehandlungsprozessen in der bestehenden Prozesskette durch Nutzen der Kaltverfestigung während der Umformung stellt ein zentrales Ziel des Projektes dar. Durch eine gezielte Einstellung des Halbzeugwerkstoffzustands und der damit einhergehenden Festigkeitssteigerung soll das Härten der Verzahnung nach dem Umformen eingespart werden. Dadurch kann die Bauteilhärte erhöht und eine Kostenreduzierung erzielt werden. Zudem soll durch eine Prozessregelung die Umformung unterstützt werden.

neuartige prozesskette
[2] Derzeitige und verkürzte Prozesskette einer Getriebewelle
 

Lösungsweg

Basierend auf einer numerischen Prozessauslegung, werden unterschiedliche Werkstoffzustände durch thermomechanisches Warmwalzen in Zusammenarbeit mit dem Institut für Metallformung in Freiberg eingestellt und anschließend umgeformt. Zusätzlich werden die tribologischen Eigenschaften der jeweiligen Werkstoffzustände analysiert. Des Weiteren ermöglicht die Implementierung einer Kraftsteuerung in die Versuchspresse die Optimierung der auf das Werkzeug wirkenden Last während der Umformung. Hierzu wird bei Erreichen einer Kraftschranke ein neuer Oszillationszyklus begonnen, wodurch eine Wiederbeschmierung der Umformzone mit Schmierstoff ermöglicht wird. Eine Reduzierung der Werkzeuglasten ermöglicht die Umformung von Bauteilen eines härteren Ausgangszustands, wodurch die bisher benötigten Wärmebehandlungen überflüssig werden.

 

Danksagung

Das IGF-Vorhaben 19557 ZB der GCFG wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Das PtU dankt der German Cold Forging Group (GCFG) und der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF) sowie den beteiligten Unternehmen für Ihre Unterstützung bei der Durchführung des Forschungsprojektes.

  • Advanced Tooling Solutions ApS
  • CARL BECHEM GMBH
  • ConSenses GmbH
  • CPM GmbH
  • Felss Systems GmbH
  • Schondelmaier GmbH Presswerk
  • simufact engineering GmbH
  • Zeller+Gmelin GmbH & Co. KG
  • ZF Friedrichshafen AG
  • Zwez-Chemie GmbH