Untersuchungen zum gratlosen Gesenkschmieden von Kurbelwellen

Das gratlose near-net-shape-Gesenkschmieden mit anschließender Kaltkalibrierung –
das so genannte Präzisionsschmieden – bietet für bestimmte Formenklassen eine
Möglichkeit, den Materialeinsatz beim Gesenkschmieden bei einer gleichzeitigen
Prozesskettenverkürzung zu verringern. Durch den Wegfall des Gratanteils, der bis
zu 35 Prozent der Einsatzmasse betragen kann, birgt das Verfahren das Potenzial,
die Wettbewerbsfähigkeit umformender Produktionsverfahren zu steigern. Das Präzisionsschmieden
eignet sich insbesondere für große Stückzahlen und zeichnet sich
durch geringe Bauteiltoleranzen, durch die Endkonturnähe des Schmiedeteils sowie
durch eine Reduzierung des Energieeinsatzes aus. Bisher hat sich das Verfahren für
rotationssymmetrische Bauteile industriell etabliert.
Für die Bauteilklasse der Langteile wie zum Beispiel Pleuel oder Gabelschlüssel
wurde das Verfahren des gratlosen Gesenkschmiedens in Forschungsvorhaben
untersucht; Kleinserien konnten erfolgreich geschmiedet werden. Für schmiedetechnisch
anspruchsvollere PKW-Kurbelwellen sind Grundlagenuntersuchungen zur
technischen Gestaltung der Schmiedeprozesskette durchgeführt worden. Hierbei
waren insbesondere die eingesetzten mehrdirektionalen Vorformverfahren Gegenstand
der Untersuchungen. Bei der Werkzeug- und Prozessentwicklung dieser innovativen
Vorformtechnologie ist eine Vielzahl technologischer und geometrischer
Einstellparameter zu berücksichtigen, deren Wechselwirkungen bisher nicht untersucht
wurden.
Um die wirtschaftlichen und technologischen Vorteile des mehrdirektionalen Vorformens
auch für andere Kurbelwellengeometrien nutzbar zu machen, wird in dieser
Arbeit eine Verfahrenscharakterisierung dieser Technologie mithilfe der Finite-
-Elemente-Methode durchgeführt. Basis der Untersuchungen sind Forschungen zur
Entwicklung einer Werkzeug- und Stadienfolge zum gratlosen Gesenkschmieden
einer Einzylinderkurbelwelle und deren Erprobung in praktischen Versuchen. Bezüglich
der Stadienfolge ist die Prozessfähigkeit vor allem von der geometrischen Genauigkeit
der Vorformen abhängig, da sie wesentlichen Einfluss auf die Qualität des
Fertigformteils haben.
Die entwickelte Prozesskette zum gratlosen Gesenkschmieden einer Einzylinderkurbelwelle
besteht aus drei Umformschritten:

• Massenverteilung durch Voll-Quer-Fließpressen,
• Querschnittsvorbildung durch mehrdirektionales Vorformen und
• Fertigschmieden durch gratloses Gesenkschmieden.
Die FEM-gestützte Parameterstudie dient der Verfahrenscharakterisierung des mehrdirektionalen
Vorformverfahrens und ermöglicht eine Übertragung der Methode auf
mehrhübige Kurbelwellen.