Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Hochgeschwindigkeitsscherschneiden von Stangenmaterial

Rohlinge für das Kaltfließpressen oder Präzisionsschmieden können u.a. mittels Hochgeschwindigkeitsscherschneiden (HGSS) hergestellt werden. Hierdurch wird im Vergleich zum Scheren oder Sägen die Produktivität und Qualität deutlich gesteigert und ein Materialverlust verhindert. Um das HGSS-Verfahren in der praktischen Anwendung weitreichend zu etablieren, sind jedoch die aktuellen Prozesseinsatzgrenzen bezüglich schwer trennbarer Werkstoffe oder des maximalen Halbzeugdurchmessers noch deutlich zu verbessern.

Hieraus leitet sich das Forschungsziel der Erweiterung der Prozesseinsatzgrenzen und Steigerung der Energie- und Rohstoffeffizienz beim HGSS ab. In dem Projekt wird ein ganzheitlicher Lösungsweg verfolgt, bei dem eine enge Wechselwirkung zwischen den Werkstoffuntersuchungen im Labor, den Prozessanalysen an der HGSS-Anlage und den

numerischen Simulationen besteht. Hierdurch ist es möglich, den Trennvorgang bei hohen Formänderungsgeschwindigkeiten experimentell durchzuführen, numerisch abzubilden bzw. zu untersuchen sowie anschließend zu optimieren.

Die angestrebten Ergebnisse in Form der Arbeitsdiagramme, die u.a. bezüglich der Prozesskräfte oder Rohteilqualität mittels Einflussanalysen zu Prozess- und Bauteilparametern bestimmt werden, liefern zurzeit noch fehlendes Wissen zum HGSS. Hierdurch können zukünftig aufwendige Erprobungszyklen zur Dimensionierung und Auslegung von HGSS-Prozessen oder -Werkzeugen entfallen und die Serienreife HGSS-gefertigter Halbzeuge preisgünstiger und schneller erreicht werden.

Der Nutzen der KMU folgt nach Umsetzung der Projektergebnisse aus der verbesserten Prozessbeherrschung, der Datenbasis zur Werkzeug- und Maschinenauslegung insbesondere für größere Durchmesser und schwer trennbare Materialien, der Erhöhung der Ausbringungsmenge, der Steigerung der Scherqualität, der Erweiterung des Anwendungspotentials und der Werkstoffauswahl, der Einsparung von prozessspezifischen Zwischenschritten sowie der Verringerung des Energiebedarfs.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wurde eine breite Datenbasis erzeugt, um die unbekannten Einflüsse bzw. Wechselwirkungen des HGSS zu erfassen. Zunächst wurde an der MPA Stuttgart eine Materialcharakterisierung vorgenommen. Diese bildete die Basis für die numerische Simulation des Trennprozesses, welche am Fraunhofer IWM durchgeführt wurde. Am IFU Stuttgart wurde eine Versuchsanlage aufgebaut, mit welcher die experimentellen Trennversuche zur Validierung der Simulation erfolgten. Dabei wurden diverse Prozessparameter variiert und deren Einfluss auf das Trennergebnis ausgewertet. Die durchgeführte Parameterstudie ermöglicht es, durch eine gezielte Einstellung von Prozessparametern beim HGSS die Qualitätskennwerte der Scherfläche für die untersuchten Werkstoffe vorherzusagen. Weitergehend können die beim HGSS aufgetretenen Scherfehler mittels der Untersuchungsergebnisse identifiziert und durch die Einstellung der Haupteinflussgrößen beseitigt werden. Abschließend wurden Versuche zum Scheren von Stangen mit relativ großen Durchmessern und zum Einfluss unterschiedlicher Trennverfahren auf die Eigenschaften der Trennflächen durchgeführt. Anhand eines sich anschließenden Napf-Rückwärts-Fließpressprozesses konnte ein deutlicher Zusammenhang zwischen Trennverfahren und Qualitätsmerkmalen der erzeugten Pressteile nachgewiesen werden. Aus den durch HGSS und Drehen abgetrennten Halbzeugen wurden Pressteile mit einer vergleichbar guten Lagegenauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit gepresst. Unter Zuhilfenahme der im Projekt gewonnenen Erkenntnisse werden insbesondere KMU der Massivumformbranche in der Lage sein, die Entwicklung neuer Bauteile und Umformprozesse zu erleichtern, die Qualität der gescherten Halbzeuge zu erhöhen und damit eine korrigierende Umformstufe bei der Fertigung von Fließpressteilen zu vermeiden.