Die Blechmassivumformung als Anwendung von Massivumformverfahren auf Blech vereint die Vorteile der Blech- und Massivumformung. Aus flächigen Halbzeugen werden dünnwandige und folglich leichte Bauteile mit integrierten Funktionselementen, wie Verzahnungen oder Zapfen, durch einen dreidimensionalen Stofffluss ausgeformt. Hierdurch werden dem Ziel des Leichtbaus entsprochen und Systeme mit nachhaltigem Einsatzverhalten realisiert.
Um die Effizienz der Blechmassivumformung weiter zu steigern, wird im Rahmen der Arbeit das Fertigen von Funktionsbauteilen aus Bandmaterial erforscht. Durch die Umformung vom Band wird die Ausbringungsmenge im Vergleich zu einer Fertigung aus vorbeschnittenen Ronden gesteigert. Zielsetzung der Arbeit ist es, ein grundlegendes Prozessverständnis für die Blechmassivumformung von Funktionsbauteilen aus Bandmaterial zu erarbeiten. Hierbei werden die bandspezifischen Herausforderungen und deren Ursachen bezüglich des Werkstoffflusses und den Werkzeugbeanspruchungen identifiziert. Aufbauend hierauf werden zur Erweiterung der Prozessgrenzen werkstück-, prozess- sowie werkzeugseitige Maßnahmen zur Stoffflusssteuerung bei der Umformung von Bandmaterial erforscht. Bei verschleißkritischen Maßnahmen wird deren Einsatzverhalten in Standmengenversuchen analysiert und die Eignung der Maßnahmen für die Fertigung einer hohen Stückzahl an Bauteilen nachgewiesen. Aus den Ergebnissen der Arbeit werden abschließend anwendungsbezogene Hinweise für die Blechmassivumformung von Funktionsbauteilen aus Bandmaterial abgeleitet.
Aktualisiert: 2023-03-30
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Bei der Herstellung von Verbindungselementen kommen meist Drahtwerkstoffe als Ausgangsmaterial zum Einsatz. Aufgrund des in einem globalisierten Absatzmarkt starken Kostendrucks rückt das Vormaterial vermehrt in den Fokus als potentieller Hebel zur Reduzierung der Herstellungskosten. Eine falsche Wahl des Vormaterials birgt jedoch die Gefahr einer Beeinträchtigung der Prozessfähigkeit, wie anhand des im Rahmen der Arbeit untersuchten Modellprozesses hervorgeht. Durch eine eingehende Analyse eines Bor-Mangan-Stahls konnte die Beeinflussung der plastischen Werkstoffeigenschaften durch die Drahtherstellung ermittelt werden. Die erarbeiteten Modellierungsansätze zur Berücksichtigung der Eigenschaften aus Vorprozessen in numerischen Modellen lassen nun eine Quantifizierung der unterschiedlichen Eigenschaften von verschiedenen Herstellungsvarianten eines Drahtwerkstoffes zu. Zudem wird anhand einer Untersuchung wichtiger Grundumformoperationen deutlich, dass der gezielte Einsatz von Vormaterialzustände auch zur Erweiterung von Prozessgrenzen genutzt werden kann.
Aktualisiert: 2022-05-05
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Der Einsatz von faserverstärkten Hybridbauteilen in der Automobilindustrie ermöglicht die Realisierung von Gewichtseinsparungen und somit die Minimierung des CO2-Austoßes. In dieser Arbeit wird ein Modellierungsansatz entwickelt, der die Abbildung von kombinierten Drapier- und Fließpressprozessen innerhalb der Simulationssoftware LSDyna ermöglicht. Der Ansatz wird zur numerischen Abbildung zweier experimenteller Demonstratorprozesse angewendet. Die wesentlichen Herausforderungen der Prozesssimulation bestehen in der Abbildung des komplexen Werkstoffflusses des Organobleches sowie der Fließpressmasse und der Interaktion beider Komponenten. Zur Abbildung des GMT wird die Smoothed-Particle-Hydrodynamics-Methode (SPH) eingesetzt. Die numerischen Ergebnisse werden mithilfe von experimentellen Ergebnissen validiert.
Aktualisiert: 2022-03-03
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Der Einsatz von faserverstärkten Hybridbauteilen in der Automobilindustrie ermöglicht die Realisierung von Gewichtseinsparungen und somit die Minimierung des CO2-Austoßes. In dieser Arbeit wird ein Modellierungsansatz entwickelt, der die Abbildung von kombinierten Drapier- und Fließpressprozessen innerhalb der Simulationssoftware LSDyna ermöglicht. Der Ansatz wird zur numerischen Abbildung zweier experimenteller Demonstratorprozesse angewendet. Die wesentlichen Herausforderungen der Prozesssimulation bestehen in der Abbildung des komplexen Werkstoffflusses des Organobleches sowie der Fließpressmasse und der Interaktion beider Komponenten. Zur Abbildung des GMT wird die Smoothed-Particle-Hydrodynamics-Methode (SPH) eingesetzt. Die numerischen Ergebnisse werden mithilfe von experimentellen Ergebnissen validiert.
Aktualisiert: 2022-05-12
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Die europaweiten Bestrebungen zur Senkung von Treibhausgasemissionen werden zu einem erhöhten Bedarf an Verbundbauteilen im Bereich der Mobilität und Energiedistribution führen. Das Tiefzieh-Verbundfließpressen hat das Potential, die Nachfrage nach der Herstellung dieser Verbundbauteile in Massen zu bedienen.
Das Verfahren Tiefzieh-Verbundfließpressen ermöglicht die Herstellung von Verbundwellen aus einem Kern- und einem Blechhalbzeug an der Oberfläche durch eine Kombination aus Tiefziehen und Fließpressen. Der Fokus der vorliegenden Dissertation liegt auf der Herstellung von hybriden stahlummantelten Aluminiumwellen.
Aktualisiert: 2021-04-22
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Die Umformtechnik ist eine vielversprechende Produktionstechnologie, da sie durch kurze Fertigungszeiten und hohe Materialeffizienz ökologische und ökonomische Vorteile bietet. Gerade durch das Kaltfließpressen wird eine energie- und materialeffiziente Herstellung hochbeanspruchbarer, präziser Stahlbauteile erreicht. Steigende Anforderungen an Bauteile hinsichtlich Festigkeit, Gewicht und Funktionsintegration bringen etablierte umformtechnische Verfahren der Blech- und Massivumformung an ihre Grenzen. Eine Kombination der Verfahrensklassen Blech- und Massivumformung vereint deren spezifische Vorteile, erweitert die Grenzen etablierter Umformverfahren und ermöglicht die Herstellung geometrisch komplexer Bauteile. So sind gewichtsoptimierte (Blech-) Grundkörper mit lokaler Funktionalisierung durch filigrane Nebenformelemente wie Verzahnungen herstellbar. In der Wissenschaft und Technik wird diese Verfahrenskombination als Blechmassivumformung bezeichnet. Im Fokus dieser Arbeit steht die Herstellung blechmassivumgeformter Bauteile durch einen Vorwärts- und Querfließpressprozess. Bislang gelten die erreichbare Bauteilgenauigkeit und die versagenskritische Werkzeugbeanspruchung als maßgebliche Herausforderungen und erschweren eine industrielle Anwendung. Vor diesem Hintergrund zielt diese Arbeit auf die Schaffung eines grundlegenden Prozessverständnisses zum Fließpressen filigraner Verzahnungselemente am Beispiel von Lauf- und Sperrverzahnungen an Blechen ab. Das Prozesswissen bildet die Basis zur Erforschung von Maßnahmen zur Erweiterung aktueller Formgebungsgrenzen.
Aktualisiert: 2020-10-15
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Im Bereich der Umformtechnik wird die Leistungsfähigkeit unter anderem durch die Mikrostruktur, die Kaltverfestigung, die Textur, den Faserverlauf sowie die Eigenspannungen verändert. Schädigung, als Eigenschaft von produzierten Bauteilen, wird bei der Auslegung nicht berücksichtigt, da weder genau bekannt ist, welche Lastpfade zu Schädigung führen, noch wie Schädigung die Leistungsfähigkeit beeinflusst.
In dieser Arbeit werden die beim Voll-Vorwärts-Fließpressen auftretenden Lastpfade numerisch ermittelt und mittels Triaxialität und Lode-Winkel-Parameter beschrieben. Das Voll-Vorwärts-Fließpressen wurde als ein ideales Verfahren zur Ermittlung von Wirkzusammenhängen zwischen Lastpfad, Schädigung und Leistungsfähigkeit identifiziert, da entlang der Mittelachse der fließgepressten Bauteile eine starke Abhängigkeit des hydrostatischen Drucks in der Umformzone von den Prozessparametern sowie bekannte homogene Umformgrade und vernachlässigbare Eigenspannungen nach Bauteilauswurf und Probenentnahme vorliegen.
Der Einfluss der unterschiedlichen Lastpfade auf die Entwicklung von duktiler Schädigung wird mittels Rasterelektronenmikroskopie und Dichtemessungen untersucht. Letztendlich wird der Einfluss der Schädigung auf die resultierende Leistungsfähigkeit ermittelt. Dazu werden Kerbschlagbiegeversuche, Ermüdungsversuche und Messungen des Elastizitätsmoduls sowie der statischen Festigkeit durchgeführt.
Eine positive maximale Triaxialität führt während der plastischen Formänderung zu einer Neubildung von Poren, wodurch die Porenfläche ansteigt. Mit Ausnahme der statischen Festigkeit führt eine erhöhte Schädigung zu einer Verringerung der Leistungsfähigkeit.
Aktualisiert: 2021-01-07
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Zahnräder zählen in der Antriebs- sowie Getriebetechnik zu den am häufigsten verwendeten Maschinenelementen im Fahrzeug- und Maschinenbau. Hergestellt werden Zahnräder konventionell durch spanende Fertigungsverfahren, da hierdurch hohe geometrische Qualitätsstandards erzielbar sind. Kaltfließpressprozesse bieten aufgrund von kürzeren Fertigungszyklen und einer gesteigerten Materialeffizienz eine vielversprechende Verfahrensalternative. Ein fließpresstechnischer Prozess zur Herstellung von Zahnrädern ist das sogenannte „Samanta“-Verfahren. Bei diesem auch als „Fließpressen im Paket“ bezeichneten Verfahren, werden mehrere Rohlinge sequentiell durch die formgebende Matrize gepresst, indem die Umformung eines Rohlings unterbrochen und ein weiterer Rohling in das Werkzeugsystem eingelegt wird. Die Etablierung des „Samanta“-Verfahrens im industriellen Umfeld ist jedoch aufgrund bauteil- sowie prozessseitiger Faktoren vor Herausforderungen gestellt. Ziele im Projekt umfassen daher die Erhöhung der Bauteilgenauigkeit und die Reduzierung der Werkzeugbeanspruchung. Hierfür wird ein grundlegendes Prozessverständnis über den Einfluss von Zahnradparametern auf das Prozessergebnis erarbeitet. In diesem Kontext wird die Herstellbarkeit von unterschiedlichen Zahnradgeometrien und Verzahnungstypen für gängige Stahlsorten 16MnCr5 und C15C nachgewiesen. Aufbauend hierauf werden praxisrelevante Methoden erforscht, um die Bauteil- und Prozesseigenschaften vorteilhaft beeinflussen zu können. Die Untersuchungen erfolgen anhand experimenteller und numerischer Analysen. Die erlangten Erkenntnisse werden abschließend zusammengefasst und im Sinne eines praktischen Nutzens bewertet, um Empfehlungen für die Zahnradherstellung im „Samanta“-Verfahren bereitzustellen.
Aktualisiert: 2020-09-10
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Aktualisiert: 2022-03-09
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Aktualisiert: 2023-04-02
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Aktualisiert: 2022-06-03
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Die Umformtechnik setzt sich in der industriellen Fertigung immer mehr durch, da viele Formteile wirtschaftlicher hergestellt werden können.
Dieses Fachbuch stellt in neuer Auflage die wichtigsten Umformverfahren sowie die dazugehörigen Maschinen und Werkzeuge in konzentrierter Form vor. Verfahren werden definiert, typische Anwendungen aufgezeigt, Maschinen und Werkzeuge klassifiziert und Einsatzgebiete vorgestellt. Beispiele und Testfragen beschließen zur eigenen Kontrolle die Beschreibung der einzelnen Verfahren bzw. Maschinen. Eine aktuelle Übersicht der Werkstoffe und Normen vervollständigt das Buch.
Neu in der 8. Auflage ist ein Beitrag zur inkrementellen Blechumformung. Animationen und Video-Clips auf der CD zeigen verschiedene Umformverfahren in sehr anschaulicher Art.
Aktualisiert: 2023-04-06
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Aktualisiert: 2023-04-01
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Gesellschaftliche und politische Forderungen nach einer Reduktion der Umweltbelastung durch effiziente Herstellungsverfahren und gewichtsoptimierte Bauteile führen konventionelle Fertigungstechnologien der Umformtechnik an die Grenzen ihrer Möglichkeiten. Ein Ansatz dieser Herausforderung zu begegnen, ist die Nutzung sogenannter Blechmassivumformverfahren, die eine energie- und kostenoptimierte Herstellung hoch integrierter, dünnwandiger Funktionsbauteile ermöglichen. Vor diesem Hintergrund wird die Zielsetzung verfolgt, notwendiges Wissen zu schaffen,
um die gewünschten Formelemente verschiedenster Geometrie prozesssicher durch Fließpressen an Blechen herstellen zu können. Hierfür werden ein Vorwärts- und ein Querfließpressprozess zur Ausformung von Zahn- und Mitnehmergeometrien
ausgelegt. Beide Prozesse werden numerisch sowie experimentell untersucht, um Einflussgrößen auf das Prozessergebnis zu identifizieren und zu analysieren. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse werden abschließend Maßnahmen erforscht
und bewertet, um Herausforderungen bei der Bauteilausformung zu lösen.
Aktualisiert: 2020-09-10
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Aktualisiert: 2023-04-01
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Im Rahmen dieser Arbeit wird die Herstellung von Verbundwellen mittels Voll-Vorwärts-Fließpressen von hybriden Halbzeugen in konventionellen Fließpresswerkzeugen untersucht. Die Untersuchungen fokussieren sich dabei vornehmlich auf die Werkstoffkombination Stahl-Aluminium. Die verwendeten Halbzeuge bestehen jeweils aus einem rückwärts-fließgepressten Napf mit einem eingelegten Leichtmetallkern. Aufgrund der umformtechnischen Herstellbarkeit ergibt sich hierbei eine sehr hohe Werkstoffeffizienz. Durch die gemeinsame Umformung der beiden Komponenten entsteht ein Verbund zwischen der äußeren Hülle und dem inneren Kern. Die Verbundeigenschaften werden analytisch, numerisch und experimentell auf die Schlussarten Kraft-, Stoff- und Formschluss untersucht. Ein entwickeltes analytisches Modell erlaubt die Abschätzung des Kraftschlusses in Abhängigkeit der Werkstoffkennwerte sowie der Prozessgrößen. Das entwickelte Modell konnte mittels Push-Out-Tests validiert werden.
Zur Erzeugung eines stoffschlüssigen Verbundes beim Verbundfließpressen bedarf es während der Umformung einer hinreichend großen Oberflächenvergrößerung sowie eines hohen Kontaktdrucks zwischen den beiden Komponenten. Durch den Einsatz numerischer Simulationen kann geprüft werden, unter welchen fertigungstechnischen Bedingungen die genannten Voraussetzungen erreicht werden können.
In die Verbundwellen eingebrachte Hinterschnitte auf Mikro- oder Makroebene erlauben die formschlüssige Fixierung des Kerns zur schlupffreien Übertragung von Drehmomenten. Die erreichbaren Verbundfestigkeiten werden hierbei ebenfalls mittels Push-Out-Tests bestimmt. Abschließende Untersuchungen zeigen die Übertragbarkeit der entwickelten Technologien auf alternative Werkstoffpaarungen.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Aktualisiert: 2023-04-04
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Die kombinierte Erzeugung der Bauteilgeometrie durch Fließpressen und das stoffschlüssige Fügen der Halbzeuge durch Pressschweißen wird als Fließpressschweißen bezeichnet. Nach derzeitigem Stand steht einer Einführung des Fließpressschweißens wesentliche Erkenntnislücken im Hinblick auf die Vorhersagbarkeit einer Verbindung sowie der metallphysikalischen Ausprägung der Verbundzone entgegen.
Fließpressschweißexperimente bilden ein zentrales Element zur Bestimmung der tribologischen Kontaktbedingungen sowie der erreichbaren Verbundfestigkeiten. Die numerische Modellierung ermöglicht die Identifikation der Kontaktzustände. Mikroskopische Analysen gestatten die Identifikation der wirkenden Schweißmechanismen.
Der Abgleich von numerischen und experimentellen Untersuchungen ermöglicht die Identifikation wesentlicher Faktoren, die zum Aufbau einer metallurgischen Verbindung führen. Die Ergebnisse werden in einem Prozessfenster für das Kaltpressschweißen festgehalten.
Für den Aufbau einer Verschweißung ist die Kombination weicher Materialpaarungen vorteilhaft. Die Fließeigenschaften werden über die chemische Komposition, der Formgebungstemperatur sowie einer Wärmebehandlung eingestellt. Aufgrund von Kaltverfestigung und niedrigen Druckeigenspannungen fördern gebürstet Oberflächen den Kontakt kontaminationsfreien Materials und führen ebenso wie elektrochemisch präpariert Oberflächen zu hohen Verbundfestigkeiten. Des Weiteren tragen die Bildung ultrafeinkörnigen Gefüges, die Adhäsion auf Deckschichtfragmenten sowie eine Reaktionsschicht zwischen beiden Metallen zu einer hohen Verbundfestigkeit bei. Das hergeleitete Prozessfenster gestattet die Auslegung von neuartigen Anwendungen des Fließpressschweißens, welche an der Entwicklung einer Welle-Nabe-Anbindung demonstriert wird.
Aktualisiert: 2020-12-08
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Aktualisiert: 2023-04-04
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Aktualisiert: 2021-12-30
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