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Umformmaschinen/ Umformprozesse

Vorrichtung zum kontinuierlichen Vorschubrundkneten mit Relativdrehzahl

Studentische Arbeit

Ausgangssituation

Rundkneten ist ein inkrementelles Kaltmassivumformverfahren zur Verarbeitung von stangen- und rohrförmigen Halbzeugen. Die Endgeometrie wird durch viele kleine Umformschritte erreicht, die durch eine radiale oszillierende Bewegung der Werkzeuge bewirkt werden. Diese ihrerseits rotieren mit der Knetwelle um das Bauteil.

Eine Methode zum Erzielen von besonderen Werkstückgeometrien und Werkstoffeigenschaften ist das Rundkneten mit Relativdrehzahl zwischen Werkstück und Knetwelle. Diese Maßnahme kann bei einem Voschubantrieb mit einem rotierenden Spannfutter, bei dem das Werkstück mitrotiert, gut realisiert werden. Die Werkstücklänge ist dabei begrenzt. Für die industrielle Anwendung spielt allerdings die kontinuierliche Produktion eine sehr große Rolle. Zur Realisierung dieses Aspektes ist daher eine Vorrichtung erforderlich, die das Werkstück nicht nur drehen, sondern auch vorschieben kann.

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Exzentrisches Rundkneten von Rohren

Studentische Arbeit

Ausgangssituation

Das Rundkneten im Vorschubverfahren erweist sich als besonders geeignet, die Halbzeugeigenschaften zur Erzeugung der Zielgeometrie zu variieren. Durch experimentelle Untersuchungen wurde festgestellt, dass außer der Formänderung ein Rundknetprozess die Werkstoffeigenschaften, wie z.B. Spannung und Dehnung, beeinflusst und die Mikrostruktur des umgeformten Drahtes verändert. Eine Verkleinerung der Korngrößen bewirkt allgemein eine Verbesserung der Bauteileigenschaften und insbesondere der Umformbarkeit.

Eine angepasste Prozessgestaltung, vor allem eine neuartige Werkzeuggeometrie, ermöglicht eine extreme Gefügeänderung durch das Einbringen massiver Scherdehnungen. Dieser Werkzeugsatz ist derart gestaltet, dass die Werkzeuge beim Schließen im Reduzierbereich kein zentriertes gleichseitiges Dreieck mehr bilden. Ein Beispiel für durch exzentrisches Rundkneten erzielbare typische Gefüge ist in Bild 1 dargestellt.

Hierbei ist von besonderem Interesse, wieweit ein feinkörniges Gefüge beim Rundkneten durch Rohre erreichbar ist und wie sich die Werkstoffeigenschaften des Hohlmaterials nach dem exzentrischen Rundkneten ändern.

Zielsetzung

Ziel dieser Arbeit ist die Fertigung von feinkörnigen Hohlprofilen durch exzentrisches Rundkneten.

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Experimentelle Ermittlung von Werkstoffkennwerten

Studentische Arbeit

Ausgangssituation

Im Hinblick auf eine Effizienzsteigerung und Kostensenkung bei Versuchsdurchführungen wird parallel zu experimentellen Untersuchungen eine Modellierung und Simulation des Rundknetprozesses mit Hilfe der Finiten Elemente Methode durchgeführt. Für eine möglichst naturgetreue Abbildung und Analyse des Materialverhaltens werden Simulationsparameter, wie z.B. Fließkurven und Reibungswerte, benötigt. Die zugängliche Literatur liefert hier nur allgemeine Daten. Um die Simulation jedoch näher an die Realität heranzuführen, bedarf es weiterer Untersuchungen bezogen auf die eingesetzten Legierungen.

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Untersuchung des Vorschubs und dessen Einfluss beim Rundkneten

Studentische Arbeit

Ausgangssituation

Vorschubverfahren ist ein inkrementelles Massivumformverfahren, welches industriell eingesetzt wird, um stangen- oder rohrförmige Bauteile im Durchmesser zu reduzieren. Dabei wird das Werkstück in die Kneteinheit eingeführt, indem das in einer Spannzange gespannte Werkstück von einer Seite zugestellt wird. Beim Schließen der Werkzeuge kommt es zur Umformung, wobei eine radiale Umformkraft FR eingebracht wird. Über den Werkzeugwinkel α im Einlauf der Werkzeuge entsteht abhängig von den Reibungsbedingungen eine axiale Reaktionskraft FA, welche der Vorschubkraft Ff der Werkstückzustellung entgegen wirkt. Dies kann zu einer Verschiebung Δx des Werkstücks entgegen der Vorschubrichtung führen. Dieses Zusammenspiel hat einen Einfluss auf den Werkstofffluss und die damit einhergehende Umformung. Durch die Anpassung des Vorschubsystems -beispielsweise dessen Steifigkeit- und der Vorschubstrategie kann somit Einfluss auf die Umformung genommen werden.

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Untersuchung der plastischen Vergleichsdehnung beim Mikrorundkneten

Studentische Arbeit

Ausgangssituation

Rundkneten ist ein inkrementelles Kaltmassivumformverfahren zur Verarbeitung von stangen- oder rohrförmigen Halbzeugen. Rundgeknetete Bauteile werden als Großserienprodukte in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt, z.B. in Lenkgetrieben von Kraftfahrzeugen.

Das Rundkneten verändert das ursprüngliche Werkstoffgefüge und damit die Festigkeit und Duktilität des Bauteils. Es wurde festgstellt, dass sich die Körner in radialer Richtung verkleinern und in axialer Richtung verlängern, wodurch ein anisotropes Gefüge entsteht. Durch den Einsatz von neu entwickelten Werkzeugen mit flachem Kalibrierbereich und einer Anpassung der Prozesskinematik konnten Scherebenen in den Umformprozess eingebracht werden, die zu einer Verkürzung der Körner auch in axialer Richtung führen.

Eine planare 2D-Simulation mithilfe der Finite Elemente Methode bestätigte, dass die Scherebenen im Querschnitt der untersuchten Proben durch die tangentiale Komponente der plastischen Vergleichsdehnung abgebildet werden und stark von der Geometrie der Werkzeuge und der Prozesskinematik abhängen. Der axiale Werkstofffluss konnte allerdings aufgrund der fehlenden Dimension weder berücksichtigt noch untersucht werden.

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Designstudie von Rundknetwerkzeugen

Studentische Arbeit

Ausgangssituation

Rundkneten ist ein Massivumformverfahren, welches seit 50 Jahren erforscht wird. Das Vorschubverfahren wird industriell eingesetzt, um stangen- oder rohrförmige Bauteile im Durchmesser zu reduzieren. Dabei werden in der Industrie und auch in der Forschung konventionelle Werkzeuge eingesetzt, welche einen Einlaufwinkel zwischen 5° und 15° im Reduzierbereich haben. In den nachfolgenden Kalibrierbereich wird über einen Übergangsradius in einen ebenen Bereich übergeleitet. Dieser Bereich bestimmt die finale Geometrie und ist standardmäßig poliert. Am Ende des Kalibrierbereichs wird dann auch über einen Radius in den Auslaufbereich übergeleitet, welcher mit 3° abgewinkelt ist. Diese Geometrie wird üblicherweise für verschiedene Werkzeuge für unterschiedliche Zieldurchmesser genutzt. Eine Betrachtung der Werkzeuge zur gezielten Beeinflussung des Werkstoffflusses wurde bisher nur bedingt durchgeführt.

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Einfluss der Hubhöhe beim Rundkneten

Studentische Arbeit

Rundkneten ist ein inkrementelles Massivumformverfahren und eignet sich in erster Linie zur Herstellung von stangen- oder rohrförmigen Bauteilen. Rundgeknetete Teile werden als Großserienprodukte in unterschiedlichen Anwendungen eingesetzt. Außer der Formänderung beeinflusst ein Rundknetprozess die Werkstoffeigenschaften, wie z.B. Fließspannung und Bruchdehnung, und verändert die Mikrostruktur des umgeformten Bauteils.

Bei Umformversuchen wurde festgestellt, dass die Prozessgestaltung sowie die Nockenhöhe der Grundbacke, die die Hubhöhe hT festlegt, einen starken Einfluss auf den Prozessverlauf und die Eigenschaften des Bauteils hat.

Zielsetzung

Ziel dieser Arbeit ist es, die Auswirkungen der Hubhöhenänderung systematisch zu untersuchen und die beobachteten Phänomene anhand der Prozessparameter zu erklären.

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Ermittlung der Umformkräfte beim Mikrorundkneten

Masterarbeit

Rundkneten ist ein Kaltumformverfahren für stangen- oder rohrförmige Bauteile. Dieses leistungsfähige Umformverfahren für die Großserienproduktion wird jedoch bislang vorwiegend im Makrobereich eingesetzt. Dies ist im Wesentlichen durch das Verfahrensprinzip (Werkzeugeingriff) bedingt. Im Teilprojekt A4 (Stoffverdrängen) des SFB 747 soll die Eignung des Verfahrens für die Herstellung von Mikrobauteilen (d<1mm) erforscht werden. Neben den experimentellen Untersuchungen soll eine Modellierung und Simulation des Prozesses durchgeführt werden. Dennoch fehlen einige relevante Eingangsdaten für die Simulation, wie z.B. der Reibungskoeffizient und die Materialkennwerte, und Daten zum Vergleich der Simulation mit den Experimenten. Diese Daten können nur bedingt aus der Literatur gewonnen werden.

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