Verfahrensentwicklung für das Kaltpressen

Forschungsthemen im Bereich "Massivumformung"

Die Entwicklung neuer Verfahren und Prozesse bildet den Kern der Forschungslinie Massivumformung. Im Mittelpunkt stehen am Institut für Umformtechnik neue Verfahren zur Herstellung massenoptimierter Leichtbaukomponenten. Die Anwendungsgebiete der Massivumformung reichen von der Anpassung bekannter Verfahren über die Untersuchung von Verfahrenskombinationen bis hin zu neuartigen Hybridprozessen zur umformtechnischen Herstellung von Mehrkomponenten-Verbundbauteilen. Für die Prozessauslegung kommen numerische Methoden zum Einsatz, die durch spezialisierte Optimierungsmodule eine effiziente Analyse des Lösungsraums aus Parameterstudien erlauben. Die Werkstoffdatenerfassung als Basis für präzise numerische Berechnungen wird am Institut für Umformtechnik auf modernen thermomechanischen Prüfeinrichtungen vorgenommen.

a) Vereinfachtes Werkzeugkonzept
b) Axiale Spannungen [N/mm²] für eine Beispielgeometrie


In diesem Projekt soll zunächst ein neuartiges schubumformverfahren zur Herstellung kurbelwellenartiger Bauteile durch eine Kombination aus Kalt-Quer-Fließpressen und Verschieben entwickelt werden. Im Gegensatz zur konventionellen Verfahrenskombination von Verschieben und Stauchen bildet sich die Umformzone mit dem neuartigen Verfahren nur lokal im Übergangsbereich von Rohteilachse und Wange aus. In diesem Bereich wird durch den axialen Materialfluss aus der Matrize eine starke Druckspannungsüberlagerung induziert und sowohl die Prozesskräfte als auch die im Bauteil auftretenden Vergleichsspannungen werden reduziert. Hierbei wird zusätzlich der Kanteneinzug an der Wange in den Übergangsbereichen zum Wellen- bzw. Hubzapfen vermindert. Ein einfaches, modular aufgebautes Werkzeug soll zur Untersuchung der Einflüsse und Wirkzusammenhänge verschiedener Prozessparameter wie Druckspannungen, Verschiebeweg oder Verschiebegeschwindigkeit während des Verschiebens sowohl von Halbzeugen aus Aluminium- als auch von Stahlwerkstoffen dienen. Mit diesem Werkzeugkonzept sollen umgeformte Bauteile hergestellt und später zerstörend geprüft werden. Das Projekt soll Grundlagen und einen wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn zum kombinierten Umformverfahren „Quer-Fließpressen und Verschieben“ liefern und Verfahrensgrenzen aufzeigen.


Laufzeit: 02.2016 - 03.2018

Alexander Felde, Dr.-Ing.

Mehrfach verzahnte, kurze Hohlwelle aus Blech (links);  Mehrfach verzahnte hohle Welle aus einem rohrförmigen Halbzeug und Prinzipdarstellung des Umformwerkzeuges (rechts)


Eines der Probleme bei der umformtechnischen Herstellung von präzisen hohlen Bauteilen stellt die geforderte Lagegenauigkeit der Innen- und Außengeometrie entlang der Bauteilachse dar. Das Projekt befasste sich mit der Verfahrensentwicklung für die Herstellung von geometrisch anspruchsvollen und hochgenauen hohlen Bauteilen mit fertig gepressten Verzahnungen/Profilen. Im ersten Teil dieses Projektes wurde eine Stadienfolge und einzelne Umformstufen der Fertigung eines Versuchsbauteils mit zwei Außenverzahnungen und einem inneren Verzahnungsprofil, ausgehend von einer Ronde aus Blech, ausgelegt. Im Fokus der Untersuchung stand die Überprüfung der Hypothese, ob der Einsatz eines genauen Halbzeugs aus Blechmaterial signifikante Vorteile hinsichtlich der erreichbaren Lagegenauigkeit bei der Herstellung hohler Pressteile bringen kann. Im zweiten Teil des Projektes wurde eine neue Werkzeugtechnik zur Erzeugung von mehrfachverzahnten hohlen Bauteilen aus rohrförmigen, dickwandigen Halbzeugen entwickelt. Der Schwerpukt der entwickelten Werkzeugtechnik liegt in der Minimierung der Konzentrizitätsabweichung der Pressteile durch eine besondere Führungsart des Stempels in der Matrize.


09.2014 - 10.2016

Alexander Felde, Dr.-Ing.

Rohteile und fertig umgeformte Komponente


Dieses Forschungsprojekt beschäftigt sich im Bereich des Fügens durch Umformen mit dem gemeinsamen Quer-Fließpressen zweier zylindrischer Rohteile, von denen eines rohrförmig ausgeführt ist und das andere mit Vollquerschnitt eingesetzt wird. Die separat eingelegten Rohteile werden durch das gemeinsame Quer-Fließpressen unlösbar axial oder axial und radial miteinander verbunden. Bei der mit diesem Verfahren hergestellten gefügten Bauteilgeometrie handelt es sich um eine, je nach Gestaltung der Flanschaußengeometrie, reib- oder formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung, wobei der Übergang von der Welle zur Nabe nicht eindeutig ist. Das Ziel ist die Entwicklung eines Verfahrens, durch das es möglich ist, wellenförmige Komponenten mit einer harten Außenschicht und einem leichteren, innen eingesetzten Werkstoff herzustellen. Das Fernziel ist die Entwicklung eines Verfahrens zum Quer-Fließpressen von zwei rohrförmigen Werkstücken, wodurch sich auch hohle Werkstoffverbunde herstellen ließen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Herstellung einer reibschlüssigen Verbindung, wie in obiger Abbildung dargestellt, mit verschiedenen Werkstoffkombinationen und Durchmesserverhältnissen möglich ist.
Weiterführende Arbeiten beschäftigen sich mit der Herstellung einer Außenkontur am Flansch, wodurch die Verbindung auch tangential gegen Verdrehen gesichert ist. Die Torsionsübertragungsfähigkeit der Komponenten wird anschließend ermittelt.


Laufzeit: 08.2013 - 07.2015

Alexander Felde, Dr.-Ing.

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