GFB - Green Factory BAVARIA

Ressourceneffiziente Herstellung einsatzfertiger Zahnräder durch Kaltmassivumformung

Zielsetzung

Das Forschungsvorhaben zielt auf die energie- und ressourceneffiziente Herstellung von einsatzfertigen Zahnrädern durch Kaltmassivumformung ab. Umformtechnisch hergestellte Bauteile bieten bezüglich der Eigenschaften und damit dem Einsatzverhalten Vorteile gegenüber spanend hergestellten Bauteilen. Die Kaltmassivumformung ist insbesondere im Hinblick auf den Trend zum Leichtbau und die steigenden Festigkeitsanforderungen ein werkstoff- und energiesparendes Fertigungsverfahren für mechanisch hochbelastbare und präzise Bauteile. Im Rahmen des Projektes wird ein grundlegendes Verständnis über die Einflussgrößen auf die Genauigkeit der hergestellten Bauteile beim Samanta-Verfahren angestrebt. Eine besondere Herausforderung stellt hierbei die halb-kontinuierliche Charakteristik des Prozesses dar.





Lösungsansätze

Angestrebt wird, ein grundlegendes Verständnis für den Stofffluss und damit die Füllung der Zahnkavität in Abhängigkeit der Zahnradgeometrie, der eingesetzten Halbzeuge und dem Stahlwerkstoff beim Samanta-Verfahren zu erhalten. Hierzu sollen Untersuchungen durch FE-Modelle mit Variation der Geometrie durchgeführt werden und die resultierenden Bauteileigenschaften, wie Gestaltabweichung, Umformgradverteilung und Eigenspannungen bestimmt werden. Außerdem sind Praxisversuche zur Validierung der Simulationen und zur Abdeckung nicht simulierbarer Parameter geplant. Erfahrungsgemäß ist bisher die Füllung der Kavität besonders in zwei Bereichen der Bauteile nicht ausreichend. Diese sind der untere Bereich der Zahnräder, da sich hier beim Pressen noch kein gleichmäßiger Druckzustand eingestellt hat, und der Bereich, welcher sich beim Zurückfahren des Stempels und dem Einlegen des nächsten Bauteils noch in der Fließpressschulter befindet. Somit ist besonders für diese Bereiche der Einfluss der Zahngeometrie auf die Füllung der Kavität interessant. Für einen Einsatz der Zahnräder ohne spanende Nachbearbeitung der Zahnflanken ist es jedoch notwendig, dass die Zahnflanke über die komplette Zahnbreite eine ausreichende, gleichmäßige Qualität aufweist und die Füllung der Kavität beim Pressen über die komplette Breite konstant ist. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, dass alle Einflussgrößen auf die Füllung der Kavität bekannt sind, so dass diese bestmöglich gewählt werden können. Eine besondere Herausforderung stellt hierbei die halb-kontinuierliche Charakteristik des Prozesses dar. Für die grundlegenden Untersuchungen sollen neben dem Fertigungsprozess auch das Tribosystem und der Stahlwerkstoff als wichtige Einflussgrößen auf das resultierende Bauteil variiert werden. Mit Hilfe der statistischen Versuchsplanung werden somit die Einflüsse der verschiedenen Geometriekenngrößen auf den Prozess und die Gestaltabweichung bestimmt und quantifiziert, um Auslegungsgrundlagen für den Samanta-Prozess, realisiert durch Hohl- und Voll-Vorwärts-Fließpressen, zu erhalten. Außerdem kann mithilfe der validierten Simulation und den Variantenrechnungen ein Prozessfenster für den Fließpressprozess, in Abhängigkeit mehrerer Einflussgrößen, bestimmt werden. Hierdurch wird die Prozessauslegung für eine gewünschte Zahnradgeometrie erleichtert und iterative Versuche in der Industrie können reduziert beziehungsweise komplett vermieden werden.



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  Kontakt 
  Dipl.-Ing. Andrea Reiß

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  andrea.reiss@fau.de

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  Lehrstuhl für
  Fertigungstechnologie
  Friedrich-Alexander-Universität
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  91058 Erlangen