Größere Umformgrade sowie geringere Werkzeugbeanspruchungen durch Umformung im voll- statt teilplastischen Zustand
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Trennung von formgebender und zur Plastifizierung des Werkstoffes erforderlicher Umformung ist ein Ansatz zur Lösung mancher, bei herkömmlichen Umformverfahren auftretenden, Schwierigkeiten. So kann durch eine geschickte Prozesssteuerung erreicht werden, dass der für den Rücksprung und somit für Qualitätsfragen bezüglich der erreichbaren Formgenauigkeit relevante elastische Anteil der Werkstoffformgebung in einen für das Ergebnis weniger wichtigen Bereich verlagert wird. Darüber hinaus wird durch die Plastifizierung vor der Formgebung das Auftreten von hohen Schubspannungen zwischen Bereichen geringer und großer Formänderung vermindert und so ein frühzeitiges Werkstoffversagen vermieden. Lokal hohe Flächenpressungen in Werkzeugen treten bei einer Umformung im vollplastischen Werkstoffzustand weniger stark auf und somit hat dies positiven Einfluss auf den Verschleiß der formgebenden Werkzeugteile. Die Untersuchungen zum freien Biegen bzw. zum Biegen im Gesenk mit überlagerten Plastifizierungsbewegungen in Längs- und Querrichtung zeigen großes Potenzial bezogen auf die Reduzierung des Rücksprungs nach Entlastung. So konnten die Rücksprungfaktoren in manchen Versuchen um mehr als 70% gesteigert werden. Neben den Untersuchungen zum Biegen wurde auch das vollplastische Vorwärtsfließpressen bzw. Querfließpressen untersucht. Hier wurden gute Ergebnisse bezüglich des Füllungsgrades und der lokalen Spannungsverteilung im Werkstoff erzielt. Darüber hinaus wurden die notwendigen Umformkräfte bestimmt. Passt man die Werkzeuggeometrie so an, dass das plastifizierte Material weiter am Fließen gehalten wird, erreicht man eine bessere Ausformung bei gleichzeitig stark reduziertem Kraftbedarf. So können z.B. durch die Substitution von Querfließpressprozessen mit sehr hohem Kraftbedarf durch Vollvorwärtsfließprozesse mit geringerem Kraftaufwand eine Reduzierung der zur Armierung von Werkzeugen notwendigen Anstrengungen erreicht werden. Dies kann zu Kosteneinsparungen und Effektivitätssteigerungen genutzt werden. In Zukunft gilt es nun, die gewonnenen Erkenntnisse zur Umformung im vollplastischen Werkstoffzustand auf geeignete herkömmliche Umformverfahren zu übertragen und somit die Vorteile in die Praxis umzusetzen. Als Beispiele einer industriellen Anwendung können allgemein die Verfahren Fließpressen und Biegen im Allgemeinen genannt werden. Deren industrielle Umsetzung z.B. beim Fließpressen von Zahnrädern beziehungsweise beim Gesenkbiegen von Lagerschalen sind Anwendungen, bei denen die Umformung im vollplastischen Werkstoffzustand erfolgsversprechend sein könnte. Damit die Formgebung bei der Herstellung von Zahnrädern durch z.B. Vorwärtsfließpressen im rein plastischen Zustand der Werkstoffes erfolgt, kann der Rohling bereits vor der eigentlichen Formgebung durch Gegendruck in einen plastischen Zustand übergeführt und erst dann den formgebenden Werkzeugteilen zugeführt werden. Beim Biegen - frei oder im Gesenk - ist es nicht ohne weiteres möglich, zu überbiegen, wenn ein Winkel von 90° gefordert wird. Es gibt zwar mehrere, technisch oftmals sehr aufwendige Lösungen zu dieser Problematik, aber ein rücksprungfreies bzw. rücksprungreduziertes Biegen bringt ganz neue Möglichkeiten mit sich. Das Gesenkbiegen von Halblagerschalen mit überlagerter Druck- bzw. Zugspannung in Querrichtung könnte ein vielversprechender Ansatz sein, um die Form-/Maßgenauigkeit und somit die Qualität dieser Teile weiter zu steigern. Generell ist die Anwendung der vollplastischen Umformung jedoch in der Umformtechnik vielschichtig denkbar. Im Allgemeinen werden die Vorteile jedoch bei Umformprozessen mit hohen Querschnittsänderungen, bei Umformungen mit hohen Biegeanteilen und bei der Verarbeitung von Werkstoffen mit einem hohen elastischen Anteil im Spannungs-Dehnungs-Diagramm am größten sein.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Erweiterung der Formgebungsgrenzen bei Umformprozessen. Abschlussbericht zum DFG-Schwerpunktprogramm 1074, ISBN 3-86130-416-3, 2005
- Beitrag zum Tagungsband des Münchener Kolloquium 2006, S 347-348, ISBN 3-8316-0575-0
- Reduction of Springback using Simultaneous Stretch-Bending Processes. Advances in Materials and Processing Technologies (AMPT), 2009
