Erweiterung des Geometriespektrums beim Freiformschmieden durch überlagerte Spannungszustände

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256896401

Das Freiformschmieden ist ein inkrementelles Umformverfahren, welches in erster Linie zur Herstellung langer und gerader Bauteile mit einem einfachen Querschnitt genutzt wird. Beim herkömmlichen Freiformschmieden ist die Herstellung komplexer Bauteile, die z.B. eine gekrümmte oder verdrehte Geometrie aufweisen, nur durch zusätzliche Verfahrensschritte oder großen Zerspanungsaufwand realisierbar. Dennoch gibt es einen Bedarf an komplexen, freiformgeschmiedeten Bauteilen, u.a. in der Luftfahrt für geschmiedete Aluminiumteile, für sicherheitsrelevante Bauteile z.B. für Reaktoren sowie im Schwermaschinenbau z.B. für Bahnen in Großkugellagern.In anderen Fertigungsverfahren wie bei der Herstellung gerundeter Strangpressprofile sowie dem Biegen von Rohren besteht ein Ansatz zur Erweiterung des Formenspektrums darin, durch überlagerte Spannungszustände komplexe Geometrien zu erzeugen. Der Ansatzpunkt dieses Forschungsvorhabens besteht darin, dieses Konzept auf das Freiformschmieden zu übertragen, um unter Aufwendung geringer Umformkräfte die erzielbare Formenkomplexität signifikant zu erhöhen.Im Rahmen der ersten Förderperiode bestand der Hauptfokus darin, die Machbarkeit und das technologische Potential nachzuweisen. Dazu wurde nach einer Untersuchung der grundlegenden Zusammenhänge am Einzelhub ein kinematisches Konzept für die Krümmung in einer Überschmiedung entwickelt und erfolgreich auf die Freiform-Schmiedeanlage am IBF übertragen. Dadurch war es möglich, Bauteile mit unterschiedlichen Krümmungseigenschaften hinsichtlich der Radien und erreichten Winkel zu fertigen, die mit dem konventionellen Freiformschmieden nicht hergestellt werden können. Zusätzlich konnte ebenfalls die Torsion von Bauteilen realisiert werden.Das Ziel der zweiten Förderperiode soll nun darin bestehen, auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse das Verfahren auch im Hinblick auf die Geometrievielfalt weiter zu flexibilisieren und andererseits die Prozessgrenzen zu analysieren. Dazu soll in einem ersten Schritt die Biegung in der vertikalen Ebene untersucht werden, da diese einerseits das aufgetretene Verrutschen der Bauteile verhindert und andererseits auf industriellen Freiformschmiedemanipulatoren besser umgesetzt werden kann. Eine weitere Flexibilisierung des Verfahrens soll durch die Verwendung von Biegeachsen, die beliebig im Raum liegen, untersucht werden. Hierdurch kann das Geometriespektrum weiter erhöht werden. Abschließend soll betrachtet werden, wie die aufgetretenen Prozessgrenzen im Hinblick auf eine industrielle Nutzung erweitert werden können, z.B. durch die Anwendung von Doppelstichen oder die Verwendung unterschiedlicher Schmiedewerkzeuge.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen