Verschleiß-Vorhersage in Kaltumform-Werkzeugen

Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches Transregio 73 „Blechmassivumformung“ konnte im Teilprojekt A7 am Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen ein neuartiger Blechmassivumformprozess entwickelt sowie seine Prozessgrenzen durch die Einbringung einer Schwingungsüberlagerung im Krafthauptfluss der Maschine erweitert werden. Die bei der Blechmassivumformung (BMU) auftretenden hohen Kontaktnormalspannungen führen zu einem verstärkten Werkzeugverschleiß, welche anhand von Produktionsversuchen weitergehend erforscht werden. Bei Kaltumformprozessen der fischerwerke GmbH & Co. KG kommt es, wie auch bei den Verfahren der Blechmassivumformung, aufgrund dieser sehr hohen Kontaktspannungen zu starkem Werkzeugverschleiß und somit auch zu hohen Stillstandzeiten der Anlagen in der Produktion. Da der Werkzeugverschleiß aktuell nicht realitätsnah vorhergesagt werden kann, soll im Rahmen dieses Projektes die numerische Verschleißberechnung sowohl für die Prozesse des Voll-Vorwärts-Fließpressens als auch für die BMU weiterentwickelt werden. Anstelle der Kontaktnormalspannung soll die numerische Verschleißmodellierung mittels des Reibgesetzes nach Shaw und somit auf Basis der Reibschubspannung durchgeführt werden. Ferner soll der Einfluss der Umformtemperatur auf die Härte der Werkzeuge bei der Verschleißberechnung Berücksichtigung finden. Durch die Integration der Schwingungsüberlagerung in das Verfahren Voll-Vorwärts-Fließpressen soll die Oberflächenqualität der Bauteile verbessert sowie die Reibung minimiert werden. Hierfür sollen sowohl numerische als auch experimentelle Untersuchungen an einem Modellprozess, welcher von einem komplexen mehrstufigen Umformprozess der Firma fischer abgeleitet wird, realisiert werden.

Um die Ziele des Transferprojektes zu erreichen, wird ein Arbeitsprogramm bestehend aus insgesamt sechs Arbeitspaketen aufgestellt. Zu Beginn des Forschungsvorhabens wird der eingesetzte Werkstückwerkstoff anhand von schwingungsfreien und -überlagerten Zylinderstauchversuchen charakterisiert, um die Eingangsparameter für das numerische Simulationsmodell zu ermitteln. Im nächsten Schritt soll das numerische Verschleißmodell für den Umformprozess entwickelt und in Zusammen­arbeit mit der Firma simufact engineering GmbH in die Simulationssoftware implementiert werden. Parallel hierzu wird der Modellprozess ausgelegt und in das bestehende Werkzeugsystem mit Schwingeinrichtung integriert. Anschließend werden die experimentellen Untersuchungen mit und ohne Schwingungsüberlagerung durchgeführt, um die Vorteile der Schwingungsüberlagerung auf den Industrieprozess zu übertragen und zu analysieren. Anhand der somit gewonnenen experimentellen Daten wird das entwickelte Verschleißmodell validiert. Nach der Modellvalidierung werden mithilfe einer Parameteridentifikation optimale Prozessparameter für die Verschleißreduzierung bestimmt, welche sowohl für Prozesse mit hohen Kontaktnormalspannungen, wie der Blechmassiv- als auch der Kaltmassivumformung, verwendet werden können.

Das Projekt wird im Rahmen der Transferphase des Sonderforschungsbereiches Transregio 73 „Blechmassivumformung“ von der Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Das Projekt startet am 01. Januar 2019 und läuft bis zum 31.12.2020.