TY - THES

T1 - FEM-Analyse des Axial-Radial-Umformens als Verfahrenserweiterung des Radialschmiedens

AU - Kuss, Mario

N1 - gesperrt bis 01-02-2017

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Radialschmieden ist ein inkrementelles Verfahren zur Querschnittsreduktion sowohl an Voll- als auch an Hohlprodukten. Die Vorteile des Verfahrens liegen in den günstigen Werkstückeigenschaften, der Formvielfalt und der Maß- und Formgenauigkeit. Als typische Einsatzgebiete können die Automobilindustrie, der Anlagenbau, die Energieerzeugung, sowie die Offshore-Industrie genannt werden. Das Axial-Radial-Umformen zählt zu den Verfahrenserweiterungen des Radialschmiedens. Aufgrund der Spannungsverhältnisse beim inkrementellen Radialschmieden und beim kontinuierlichen Stauchen wird es den Druckumformverfahren zugeordnet. Durch eine örtliche induktive Erwärmung und anschließender Umformung des Werkstückes kann gezielt die Wandstärke eingestellt werden. Aufgrund des zunehmenden geforderten Leichtbaus können so lokale Wandstärken unterschiedlich eingestellt werden, die zu einer optimalen Materialausnützung führen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird der Prozess des Axial-Radial-Umformens mit Hilfe von FEM-Modellen untersucht. Dazu wird im Finite-Elemente-Programm SIMUFACT die Abbildungsgenauigkeit des Prozesses in einer 2-dimensionalen Simulation mit Werten aus der Literatur und von Messungen mit realen Bauteilen verglichen. Anhand von Parameterstudien werden die Einflüsse der Temperatur und der Anstauchgeschwindigkeit auf die entstehende Wandstärke untersucht. Dieser Einfluss wird für das Beispiel einer LKW-Hinterachse in Form eines theoretischen Arbeitsdiagramms dargestellt. Die Werkzeuge werden beim Axial-Radial-Umformen sowie beim Radialschmieden mittels CNC-Steuerung gesteuert. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, den Werkstoff während der Umformung frei fließen zu lassen oder den Werkstofffluss gezielt über ein radiales Gegenstauchen in der Maschine zu beeinflussen. Es wird das „Radiale-Führen“, bei dem die Werkzeuge während des Stauch-Prozesses radial nach außen geführt werden, sowie das „Gegenstauchen“, bei dem das Material nicht nur geführt wird, sondern auch wieder teilweise radial nach innen fließt, untersucht. Die Gegenüberstellung der drei Verfahrensvarianten zeigt, dass durch das Gegenstauchen eine größere Wandstärkenverdickung als beim herkömmlichen Axial-Radial-Umformen möglich ist.

AB - Radialschmieden ist ein inkrementelles Verfahren zur Querschnittsreduktion sowohl an Voll- als auch an Hohlprodukten. Die Vorteile des Verfahrens liegen in den günstigen Werkstückeigenschaften, der Formvielfalt und der Maß- und Formgenauigkeit. Als typische Einsatzgebiete können die Automobilindustrie, der Anlagenbau, die Energieerzeugung, sowie die Offshore-Industrie genannt werden. Das Axial-Radial-Umformen zählt zu den Verfahrenserweiterungen des Radialschmiedens. Aufgrund der Spannungsverhältnisse beim inkrementellen Radialschmieden und beim kontinuierlichen Stauchen wird es den Druckumformverfahren zugeordnet. Durch eine örtliche induktive Erwärmung und anschließender Umformung des Werkstückes kann gezielt die Wandstärke eingestellt werden. Aufgrund des zunehmenden geforderten Leichtbaus können so lokale Wandstärken unterschiedlich eingestellt werden, die zu einer optimalen Materialausnützung führen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird der Prozess des Axial-Radial-Umformens mit Hilfe von FEM-Modellen untersucht. Dazu wird im Finite-Elemente-Programm SIMUFACT die Abbildungsgenauigkeit des Prozesses in einer 2-dimensionalen Simulation mit Werten aus der Literatur und von Messungen mit realen Bauteilen verglichen. Anhand von Parameterstudien werden die Einflüsse der Temperatur und der Anstauchgeschwindigkeit auf die entstehende Wandstärke untersucht. Dieser Einfluss wird für das Beispiel einer LKW-Hinterachse in Form eines theoretischen Arbeitsdiagramms dargestellt. Die Werkzeuge werden beim Axial-Radial-Umformen sowie beim Radialschmieden mittels CNC-Steuerung gesteuert. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, den Werkstoff während der Umformung frei fließen zu lassen oder den Werkstofffluss gezielt über ein radiales Gegenstauchen in der Maschine zu beeinflussen. Es wird das „Radiale-Führen“, bei dem die Werkzeuge während des Stauch-Prozesses radial nach außen geführt werden, sowie das „Gegenstauchen“, bei dem das Material nicht nur geführt wird, sondern auch wieder teilweise radial nach innen fließt, untersucht. Die Gegenüberstellung der drei Verfahrensvarianten zeigt, dass durch das Gegenstauchen eine größere Wandstärkenverdickung als beim herkömmlichen Axial-Radial-Umformen möglich ist.

KW - Radialschmieden

KW - Axial-Radial-Umformen

KW - Axial-Radial-Schmieden

KW - Prozessoptimierung

KW - axial-radial-forming

M3 - Diplomarbeit

ER -