A124

Vergleichende Untersuchungen des Kraftbedarfs beim Kaltrundkneten mit unterschiedlichen Maschinenkonzepten

(A124 S 24/06/97)

Laufzeit der Forschungsarbeiten: 1. Oktober 1997 – 30. September 1999

In der Fertigungstechnik werden seit einigen Jahren zunehmend konventionelle zerspanende Fertigungsprozesse durch umformtechnische Verfahren substituiert. Grund hierfür ist der aus der Fahrzeugtechnik stammende Anspruch des Leichtbaus, das Ziel kürzerer Prozeßketten durch fertigteilnahes Umformen und der Einsatz ressourcenschonender Fertigungsverfahren.

Ein Fertigungsverfahren, das diesen Ansprüchen genügt, ist das Rundkneten. Die Hauptanwendung findet es in der Herstellung rotationssymmetrischer Werkstücke mit ausgeprägter Längsachse und abgesetzter Mantelgeometrie. Das Formenspektrum ist vielfältig. Da auch komplexe Formen mit reproduzierbarer hoher Fertigungsgenauigkeit hergestellt werden, ist eine spanende Nachbearbeitung nicht oder nur in geringem Maße notwendig. Durch den Einsatz von Rohrmaterial als Halbzeug können Bauteile mit einer deutlichen Gewichtseinsparung, gegenüber solchen aus Vollmaterial, hergestellt werden.

Zum Kaltrundkneten werden fast ausschließlich Gegenhubpressen mit Schubkurvengetrieben in den Bauformen Außen-, Innen- und Gegenläufer eingesetzt. Wegen der unterschiedlichen Kinematik ist eine Übertragbarkeit der Verfahrensparameter von einem Maschinentyp auf andere zur Zeit nicht möglich.

Ziel des Forschungsvorhabens war es deshalb, in vergleichenden Untersuchungen des Kraftbedarfs an zwei unterschiedlichen Bauformen von Rundknetmaschinen, die bisher maschinentypspezifischen Verfahrenserkenntnisse zu verallgemeinern.

Hierzu wurden Versuche mit Rohr- und Stabmaterial an einer Außenläufermaschine und einer Gegenläufermaschine durchgeführt. Dabei wurden praxisrelevante Fertigungsparameter gezielt variiert. Die vergleichenden experimentellen Ergebnisse waren anschließend in eine bestehende Technologiedatenbank zu integrieren.

Sowohl für Anwender als auch Maschinenhersteller dienen die Forschungsergebnisse zum besseren Verständnis des Kaltrundknetens und zu einem effizienteren Einsatz dieses Fertigungsverfahrens.

Zu Beginn der Untersuchungen wurden an beiden Versuchsanlagen vergleichbare Messeinrichtungen zur Ermittlung der Umformkraft appliziert. Bei der Auswertung der maximalen Umformkräfte an der Außenläufermaschine führten die starken Schwankungen sowie die schlechte Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse zu erheblichen Problemen. Nach Glättung der Meßergebnisse und Darstellung des Streubandes der ermittelten Umformkräfte konnten die Versuchsergebnisse der institutseigenen Außenläufermaschine und der Gegenläufermaschine eines Projektpartners verglichen werden. Hierbei zeigte sich eine gute Übereinstimmung des Kraftbedarfs beider Versuchsanlagen. Die Meßergebnisse der Gegenläufermaschine lagen innerhalb des Streubandes der Außenläufermaschine.

Des weiteren wurden ergänzende Untersuchungen des Kraftbedarfs an der Gegenläufermaschine durchgeführt. Dabei wurden die Prozeßparameter - wie Schmierzustand, Knetfrequenz, Drehvorschub - untersucht. Die Variation des Schmierzustandes führte zu einer deutlichen Veränderung der Kraftkomponenten. Bei Versuchen ohne Schmierstoff stiegen die Radialkräfte an; der Axialkraftbedarf hingegen reduzierte sich auf ein niedriges Niveau. Eine Erhöhung der Knetfrequenz oder eine Reduzierung des Drehvorschubs führten ebenfalls zum Ansteigen der Radialkraft.

Die Software des Datenbankprogramms "WBS" wurde erweitert und modifiziert. Dazu wurde das Programm von "Visual Basic" auf das leistungsfähige "Visual C++" umgestellt. Hinzu kamen Anwendungen wie das integrierte Berechnungsmodul zur Abschätzung des Kraftbedarfs für Daten, die nicht exakt in der Datenbank verfügbar sind. Hierdurch konnten die Anwendungsmöglichkeiten deutlich erweitert werden. Des weiteren wurden Parameter wie Drehzahlen der Antriebswellen, Schmierzustand und Maschinenbezeichnungen in den Suchalgorithmus integriert. Zur Optimierung der Benutzeroberfläche wurde den Anwendern eine Online-Hilfe zur Verfügung gestellt. Ergänzend ist zur besseren Darstellung des Suchergebnisses eine Druckfunktion in das Datenbankprogramm implementiert worden. Abschließend wurden die ermittelten Ergebnisse in die Datenbank eingebunden, die den Industriepartnern zur Verfügung steht.

Zur Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten sind weitere umfangreiche Untersuchungen unabdingbar. Zum besseren Verständnis des Kaltrundknetens wären Untersuchungen mittels 3D-FE-Simulation hilfreich. Mit den ermittelten Ergebnissen könnte ein Simulationsmodell entwickelt und verifiziert werden. Anschließend bestünde die Möglichkeit, den Einfluß verschiedener Prozeßparameter auf den Kraftbedarf und den Materialfluß näher zu untersuchen. Des weiteren könnten Prozeßparameter und Werkzeuggestaltung für das Kaltrundkneten optimiert werden.

Forschungsstelle 1:
Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen der TU Darmstadt (PtU)
www.ptu.tu-darmstadt.de
 
Forschungsleiter 1:
Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. P. Groche
(vorgelegt vom Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V., VDMA für FKM)

Das Forschungsvorhaben wurde gefördert von der Stiftung Stahlanwendungsforschung im Stifterverband der Deutschen Wissenschaft e.V.

Bezugsquelle Schlussbericht:
bitte wenden Sie sich an die AVIF