Spezielle Verfahren der Kaltmassivumformung

Forschungsthemen im Bereich "Massivumformung"

Die hohen Anforderungen an heutige Produktionsprozesse hinsichtlich Flexibilität der eingesetzten Betriebsmittel und Werkzeuge, Herstellkosten und Zeitspannen der Entwicklung des Bauteils bis zur Serienreife können häufig nur durch den Einsatz spezialisierter Verfahren erfüllt werden. Am Institut für Umformtechnik werden neue Prozessrouten untersucht, um diesen Herausforderungen effizient zu begegnen. Die Forschungsthemen reichen hierbei von der Prozessoptimierung zur Reduktion von Ausschuss und Pressteilfehlern bis hin zu gänzlich neuartigen Verfahrenskombinationen zur Reduktion der Prozessschritte. Die entwickelten Verfahren zur Herstellung von modularen Antriebskomponenten und von hohlen Bauteilen durch Fließpressen bieten neue Möglichkeiten für moderne Mobilitätskonzepte, Leichtbau und Nachhaltigkeit.

Darstellung von konventionellen (2D) und neuartigen 3DFügeflächengeometrien


Umformtechnisch gefügte WNV können erhebliche technische und wirtschaftliche Vorteile gegenüber herkömmlichen WNV aufweisen. Neuere Entwicklungen im Bereich unrunder Profilgeometrien besitzen aufgrund ihrer hohen Anpassungsfähigkeit zusätzlich ein großes Potenzial zur Verbesserung der statischen und dynamischen Übertragungsfähigkeit formschlüssiger WNV. Das neue Verfahren zur Herstellung von WNV durch Quer-Fließpressen - gemeinsam vom IFU und IKTD entwickelt - kombiniert die Vorzüge der neuartigen Profilformen mit der hohen Wirtschaftlichkeit und den festigkeitssteigernden Eigenschaften des umformtechnischen Fügens. In diesem Vorhaben soll die verfahrensbedingte ballige Geometrie einer querfließgepressten Welle zu gegenwärtig zu einer vollständigen Formfüllung und eines homogenen axialen Fugendruckverlaufs in die Nabeninnengeometrie implementiert werden (siehe Bild). Dies führt zu einer geringeren Schlupfbewegung im Betrieb und verursacht folglich eine geringere Reibdauerbeanspruchung, sodass theoretisch erreichbare Dauerfestigkeitskennwerte in der Praxis nachgewiesen werden.


Laufzeit: 07.2018 - 06.2020

Robert Meißner, M. Sc.

Scherfläche unter Variation der Schnittgeschwindigkeit an 15MnCr5


Der Einsatzbereich des Hochgeschwindigkeitsscherschneidens zur Erzeugung volumenkonstanter Stangenabschnitte für die Massivumformung ist zurzeit aufgrund der stark limitierten Kenntnisse technologischer Zusammenhänge noch stark beschränkt. Momentan werden die Prozessparameter der Schereinrichtung mittels empirischer Versuche für konkrete Durchmesser bzw. spezifische Werkstoffe gewonnen und können daher nicht direkt auf andere Werkstoffe oder Durchmesserverhältnisse übertragen werden. Dieses Verfahren besitzt das Potential, die Produktivität und die Qualität des gescherten Halbzeugs signifikant zu steigern und ebenso die Materialausnutzung zu maximieren. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wurde eine breite Datenbasis erzeugt, um die unbekannten Einflüsse bzw. Wechselwirkungen zwischen Werkstoff und Scherflächeneigenschaften zu erfassen. Zunächst wurde von der MPA Stuttgart eine Materialcharakterisierung vorgenommen. Diese bildet die Basis für die Simulation des Trennprozesses, welche vom Fraunhofer IWM in Freiburg durchgeführt wird. Am IFU wurde eine Versuchsanlage aufgebaut, mit welcher die Experimentalversuche zur Validierung der Simulation durchgeführt wurden. Es wurden diverse Schnittparameter untersucht und deren Einfluss auf das Schneidergebnis ausgewertet. Die Ergebnisse wurden in Tabellen und Diagrammen aufbereitet. Zusätzlich wurden Versuche zu Sonderbauformen von Schneidmatrizen durchgeführt. Die Versuche zum Einfluss der Schneidqualität auf einen Folgeumformprozess und das Scheren von großen Durchmessern befindet sich am Institut derzeit in Bearbeitung.


Laufzeit: 01.2017 - 06.2019

André Weiß, M. Sc.

Simulation zur Erzeugung von Vorform und Endkontur


Die stetig steigenden Anforderungen an mittels Massivumformung hergestellte Bauteile erfordern neue innovative und wirtschaftliche Fertigungverfahren. An einem rohrförmingen Bauteil aus dem Fahrwerkbereich von PKW soll eine spezielle stirnseitige Verzahnung aufgeprägt werden. Für eine vollständige Ausformung der Zähne bei der Prägeoperation ist der Kraftbedarf bei Raumtemperatur relativ hoch, was wiederum in eine hohe Flächenpressung zwischen Werkstück und Werkzeug resultiert. Infolgedessen kann unter Berücksichtigung einer maximal zulässigen Werkzeugbelastung nur eine unvollständig ausgeformte Verzahnung erzeugt werden. Die umformtechnische Herstellung einer derartigen Stirnverzahnung ist folglich aktuell nicht ohne weiteres möglich, weshalb heute eine spanende Nachbearbeitung der Teile erforderlich ist. Im Rahmen des Forschungsprojektes wird nun untersucht, ob mit einer Rohteilerwärmung in den Lauwarmtemperaturbereich eine bessere Ausformung der Formelemente erzielt werden kann. Weiterhin wird im Zuge des Projektes ein alternatives Verfahren untersucht, mit welchem die Verzahnung bei Raumtemperatur in zwei Umformschritten erzeugt werden kann. In der ersten Stufe werden mittels Kaltfließpressen bestimmte Anhebungen erzeugt, die in der nachfolgenden Stufe unter geringer Werkzeugbelastung zu Zähnen umgeformt werden. Basierend auf den simulativen Erkenntnisse wurde ein zweistufiges Werkzeug konstruiert und gefertigt. Aktuell werden Experimentallversuche zur Umformung in zwei Stufen und Ausformen im Lauwarmtemperaturbereich durchgeführt.


Laufzeit: 10.2016 - 01.2019

André Weiß, M. Sc.

Werkzeugaufbau und Pressteil zur Herstellung von rohrförmigen Halbzeugen


Die primären Forschungsziele umfassen die Erarbeitung und Bewertung technologischer Maßnahmen zur Herstellung rohrförmiger Halbzeuge durch das kombinierte Umformverfahrene Napf-Rückwärts-Fließpressen und Lochen sowie die Erweiterung der Verfahrensgrenzen. Durch das kombinierte Fließpressverfahren können die Stempelkräfte, als auch der Bruchflächenanteil reduziert und so eine Verfahrensgrenzenerweiterung erzielt werden. Koaxialitätsfehler, die bei der Herstellung rohrförmiger Halbzeuge mittels einer konventionellen Verfahrensfolge entstehen, lassen sich durch diese Verfahrenskombination reduzieren. Durch die einstufige Verfahrenskombination besteht gegenüber einer konventionellen Verfahrensfolge die Möglichkeit, dünnwandige, rohrförmige Ausgangsgeometrien mit hohen Genauigkeiten und geringem Bruchflächenanteil in einer einzigen Umformstufe herzustellen. Somit ergeben sich wirtschaftliche Vorteile und darüber hinaus eine Verbesserung der technologischen und funktionellen Eigenschaften der fertigen Bauteile gegenüber dem heutigen Stand der Technik.


´Laufzeit: 06.2015 - 03.2018

Alexander Felde, Dr.-Ing.

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