Untersuchung von Blechmasken zur Verbesserung der Werkzeugstandzeit beim Schmieden

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerhard Hirt
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262370983

Das Forschungsprojekt in der deutsch-brasilianischen Forschungskooperation BRAGECRIM beschäftigt sich mit einer neuen Methode zur Standzeiterhöhung beim Gesenkschmieden durch Anwendung von günstigen und einfach austauschbaren Blechmasken, welche die thermische und mechanische Belastung des Gesenks reduzieren und so die Standzeit erhöhen. In der ersten Förderperiode konnte grundsätzlich nachgewiesen werden, dass das Konzept dazu geeignet ist, um den Werkzeugverschleiß im Gesenkschmieden zu reduzieren und die erwartete Lebensdauer zu erhöhen. So konnte für eine Beispielgeometrie der maximale Thermoschock um 140 K und die Hauptnormalspannung durch eine Reduzierung der Kerbwirkung in den Radien des Gesenks um 20% reduziert werden. Auf Grundlage einer Lebensdauerberechnung für Gesenke kann mit einer Erhöhung der Lebensdauer um 200% gerechnet werden. Weiterhin wurde in der ersten Förderperiode ein Simulationsmodell entwickelt, welches eine realistische Vorhersage des Materialflusses und des Verhaltens der Gesenkmaske ermöglicht. Das Modell wurde für verschiedene Gesenkgeometrien mit realen Schmiedeversuchen validiert. Andererseits traten Probleme wie Blechausdünnung, Faltenbildung und starke plastische Deformationen auf, die zu einer Zerstörung der Gesenkmaske nach einer geringen Anzahl von Schmiedezyklen führte. Die numerischen und experimentellen Untersuchungen ermöglichten es die Mechanismen für die aufgetretenen Phänomene zu untersuchen. Demnach wird die Faltenbildung und Ausdünnung des Blechs in erster Linie durch Zugspannungen im Blech verursacht, die aus den unterschiedlichen Reibungskoeffizienten an den Kontaktflächen zwischen Werkstück und Gesenkmaske sowie Gesenkmaske und Gesenk resultieren. Weiterhin beschränkte sich die erste Förderperiode auf einfache Gesenkgeometrien mit Gesenkmasken aus Blechstreifen, die keine versteifte 3D-Struktur aufweisen. In enger Zusammenarbeit mit dem brasilianischen Partnerinstitut LdTM ist der Hauptfokus der zweiten Förderperiode die Ermittlung von Randbedingungen, Gesenkgeometrien und Prozessketten, bei welchen die in der ersten Förderperiode ermittelten Beschränkungen die erfolgreiche Anwendung des Konzepts nicht verhindern. Um die Zugspannungen im Blech zu reduzieren, wird der Einfluss von verschiedenen Reibungskoeffizienten an beiden Kontaktflächen untersucht. Weiterhin wird eine verbesserte Fixierung der Gesenkmaske untersucht, um eine Relativbewegung zwischen Gesenkmaske und Schmiedegesenk zu verhindern. Neben dieser Variation der grundsätzlichen Randbedingungen wird ein weiteres Hauptziel in der Untersuchung von 3D Gesenkmasken bestehen, die eine größere Steifigkeit aufweisen, um so die beobachteten negativen Effekte deutlich zu reduzieren. Nach der zweiten Förderperiode soll das Konzept so weit fortgeschritten sein, dass eine Übertragung auf eine industrielle Anwendung realistisch erscheint. Hierzu ist eine Kooperation mit ThyssenKrupp Metalúrgica Campo Limpo Ltda. geplant.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen