Verfahrensvergleich von Kalibrierprozessen präzisionsgeschmiedeter Bauteile
Final Report Abstract
Im hier beschriebenen Projekt sind erstmals verschiedene Umformverfahren grundlegend und vergleichend auf ihre Eignung für Kaltkalibrieroperationen hin untersucht worden. Dazu wurden die besonderen Merkmale der Verfahren Aufweiten, Querfließpressen und Durchdrücken herausgearbeitet. Anschließend konnte eine Modellgeometrie (Planetenrad) für Praxisversuche ausgewählt werden, welche die Anwendung aller Kalibrierverfahren erlaubt und somit Vergleiche ermöglicht. Zur Schaffung eines breiten und grundlegenden Überblicks über mögliche Einflussfaktoren auf die Kalibrierergebnisse sind Parametervariationen hinsichtlich Umformtemperatur, tribologischer Verhältnisse und Oberflächenvorbehandlungen erfolgt. Diese bilden eine solide Grundlage für zukünftige, aufbauende Untersuchungen mit spezielleren Aufgabenstellungen. Die Auswertung gemessener Prozessgrößen beispielsweise zeigt für das Aufweiten eine deutliche Abhängigkeil der benötigten Umformkräfte von den Parametern Umformtemperatur und Schmierstoff, welche für das Durchdrücken erheblich geringer ausfällt. Die kalibrierten Zahnräder wurden umfassend untersucht. Taktile und optische Vermessungen gaben Aufschluss über das Erreichen der geometrischen Kalibrierziele und mögliche Optimierungen der geschmiedeten Vorfornien. Neben der vorrangigen Charakterisierung der Bauteilgeometrie interessierten die Oberflächenqualität und mögliche prozessbedingte Gefügeveränderungen. Makroskopische Betrachtungen, Messungen der Oberflächenrauheit, der oberflächlich vorliegenden Eigenspannungen sowie der Mikrohärte und metallographische Untersuchungen ergänzten deshalb das Versuchsprogramm. Die minimalen Umformgrade, welche beim Kalibrieren auftraten, beeinflussten die Gefügestruktur nicht. Hohe Druckeigenspannungen sind im Bereich der Zahnflanken ermittelt worden. Sie wirken sich je nach Weiterbearbeitung der kalibrierten Bauteile positiv auf das spätere Einsatzverhalten der Bauteile aus. Eine Steigerung der Mikrohärte unterhalb der kalibrierten Oberflächen ist nachweisbar. Begleitende FE-Simulationen zur Analyse von Materialfluss und Formfüllung sowie zur Ermittlung von Werkzeugbelastungen wurden durchgeführt. Mit den aufgestellten Modellen lassen sich weitergehende Untersuchungen durchführen und künftige Kalibrierprozesse schneller auslegen. Die im Projekt erzielten Ergebnisse sollen in Zukunft genutzt werden, um ausgewählte Kalibrierverfahren für präzisionsgeschmiedete Bauteile weiter zu optimieren und für komplexere Geometrien zu erschließen. Unmittelbar anschließend an die hier erfolgte Untersuchung geradverzahnter Planetenräder ist die Übertragung der gewonnenen Erkenntnisse auf Bauteile mit Schrägverzahnung, insbesondere solche, wie sie im Rahmen des SFB 489 an der Leibniz Universität Hannover gefertigt werden, sinnvoll.
