Die Verfahren der Kaltmassivumformung zeichnen sich durch eine effiziente Herstellung hochbelastbarer Bauteile mit einer endkonturnahen Geometrie aus. Die Erweiterung des Werkstoffspektrums von un- und niedriglegierten Stählen hin zu höherfesten, korrosionsbeständigen Stählen ermöglicht die Erweiterung des Einsatzspektrums.
Das aktuell in der Kaltmassivumformung rostfreier Stähle eingesetzte Schmierstoffsystem ist mit ökologischen und ökonomischen Problemen behaftet, wodurch der Einsatz in der industriellen Praxis erschwert wird. Die Einschichtschmierstoffe als mögliche Alternativen sind bisher für die Umformung rostfreier Stähle noch unzureichend untersucht. Zusätzlich ist der Einsatz aufgrund der temperaturabhängigen Leistungsfähigkeit und der prozessbedingten Schmierstoffausdünnung herausfordernd. Die numerische Temperaturbestimmung ist aufgrund der theoretischen Abbildung der Wärmeübertragung mit Fehlern behaftet. Die Methoden zur quantitativen Schichtdickenbestimmung, die in der Blechumformung schon verbreitet sind, sind auf die Kaltmassivumformung bisher nicht übertragbar.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die Leistungsfähigkeit von Einschichtschmierstoffsystemen unter tribologischen Lasten von Kaltmassivumformprozessen rostfreier Stähle bestimmt. Zur Verbesserung der Temperaturbestimmung in numerischen Simulationen wurden Wärmeübergangskoeffizienten unter Berücksichtigung des in der Kaltmassivumformung herrschenden Lastkollektivs bestimmt. Die Bestimmung der quantitativen Schmierstoffschichtdickenverteilung bietet die Möglichkeit zur Bewertung der vorliegenden Schmierstoffausdünnung. Hierfür wurde eine Methodik zur Validierung von Fluoreszenzfarbstoffen zur Schmierstoffschichtdickenmessung mittels Fluoreszenzspektroskopie entwickelt.
Aktualisiert: 2023-02-09
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In der derzeitigen Prozesskette der Getriebewellenherstellung kommt eine festigkeitsmindernde Wärmebehandlung vor und eine härtesteigernde Wärmebehandlung nach der Umformung zum Einsatz. Das Umformen von thermomechanisch behandelten Halbzeugen soll diese Schritte subsituieren und eine alternative Prozessroute ermöglichen. Hierbei kommt als Beispielverfahren das oszillierende Verzahnungsdrücken zur Anwendung.
Zur Zielerreichung wird im ersten Schritt die prinzipielle Umformbarkeit von Werkstoffen mit höheren Ausgangsfestigkeiten überprüft. Die mit der Umformung einhergehende Kaltverfestigung trägt zur Gesamtfestigkeit des Bauteils bei, was sich auch in einer höheren Härte niederschlägt. Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass diese Steigerung nicht unbegrenzt möglich ist. Erst durch die Verwendung von thermomechanisch behandelten Werkstoffen wird es möglich Härten von über 400 HV zu erreichen.
Eine tribologisch motivierte Prozessanalyse resultiert zudem in einer Möglichkeit die Robustheit des Umformprozesses selbst zu steigern. Ein geregelter Fertigungsprozess kommt hierfür zum Einsatz. Dadurch sollen potenzielle Schwankungen in der Fertigungskette adressiert werden. Darüber hinaus besteht auf Basis der Prozessregelung die Möglichkeit die Prozessgrenzen zu erweitern, um auch den Anforderungen an die Umformung höherfester Bauteile gerecht werden zu können.
Aktualisiert: 2022-12-16
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Das Prinzip der Vorspannung wird in Blechstrukturen des Mobilitätssektors bisher kaum genutzt. Hier könnten jedoch Komponenten wie Aufprall- und Längsträger vom festigkeitssteigernden Effekt einer den Nutzlasten entgegenwirkenden Vorspannung profitieren, um den Materialeinsatz und das Strukturgewicht zu verringern. Derzeit fehlen dazu jedoch leistungsfähige Spannglieder, Möglichkeiten zu deren Anbindung, industrietaugliche Auslegungs- sowie serientaugliche Fertigungsprozesse.
Ziel der Arbeit ist es daher, dieses Potential für Blechstrukturen zu erschließen, indem Prozessansätze zum Fügen und Vorspannen von Spanngliedern aus leichten Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) entwickelt, ein tiefgreifendes Prozessverständnis zu Einflussgrößen und Grenzen erarbeitet und Auslegungshilfen für eine zielgerichtete Anwendung geschaffen werden. Hierbei dienen Umformprozesse als Grundlage, um prozessinhärente Rückfederungsdifferenzen zwischen Spannglied und Blech nach einer gemeinsamen Umformung für die Verbund- und Spannungserzeugung zu nutzen.
Im Rahmen der Arbeit werden Füge- und Vorspannkonzepte entwickelt, die auch die mangelnde Dehnbarkeit von FKV mit einer Umformung in Einklang bringen. Um das Prozessverständnis zu erweitern, Einflussgrößen zu identifizieren und die industrielle Anwendbarkeit zu steigern, wird der genutzte Füge- und Vorspannmechanismus in mathematisch-analytischen Prozessmodellen abgebildet. Experimentelle und numerische Untersuchungen dienen neben der Validierung auch der Ermittlung der in Spannglied und Blech auftretenden Beanspruchungen sowie der Identifikation der Prozessgrenzen und Fehlerbilder. In Modellversuchen und einer praxisnahen Anwendungsdemonstration wird abschließend das Potential der erarbeiteten Technologie für den Leichtbau nachgewiesen.
Aktualisiert: 2023-04-13
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