AUTOREN
Dipl.-Ing.
Philipp Kramer
ist Abteilungsleiter
Tribologie am Institut für
Produktionstechnik und
Umformmaschinen (PtU)
der TU Darmstadt
TECHNOLOGIE UND WISSENSCHAFT
Prof. Dr.-Ing.
Dipl.-Wirtsch.-Ing.
Peter Groche
leitet das Institut für
Produktionstechnik und
Umformmaschinen (PtU)
der TU Darmstadt
In der Massenproduktion
von Schrauben
und Bolzen
wird aufgrund
technologischer
und wirtschaftlicher
Vorteile
maßgeblich
auf das Walzen
zum Aufbringen
der Profile
und Gewinde
zurückgegriffen
1. Steigende
Komplexität
der Bauteile
und damit auch
der Umformwerkzeuge,
sinkende
Losgrößen
und schnelllebigere
Produktionszyklen
stellen
Unternehmen
vor die Herausforderung,
die Planung
der Produktionsprozesse
effizienter
und effektiver
zu gestalten.
In vielen
Bereichen
hat sich hierbei
die Finite-
Elemente
Methode
(FEM) als wertvolles
Werkzeug
zur Simulation
und Optimierung
von Umformprozessen
bewiesen.
Zahlreiche
Veröffentlichungen
belegen
die Leistungsfähigkeit
dieser
Methoden
zur Vorhersage
des Prozessergebnisses
mit hoher
Güte, sodass
Werkzeuge
noch vor dem Produktionsstart
hinsichtlich
ihrer
Eignung
evaluiert
werden
können.
Jedoch
wird diese Methode
derzeit
hauptsächlich
für abbildende
Prozesse,
wie zum Beispiel
das Fließpressen
oder Stauchen,
verwendet.
Profil
und Gewindewalzprozesse
sind im Vergleich
zu den erstgenannten
Verfahren
nur in geringem
Maße untersucht
und beschrieben
worden.
Dies
ist unter anderen
auch in den hohen
Anforderungen
an die zur
Verfügung
stehenden
Rechenkapazitäten
begründet,
die noch
vor wenigen Jahren
nicht breit etabliert
waren 2. Auf der anderen
Seite sind diese Walzprozesse
von hoher
Bedeutung,
da diese
häufig
den Abschluss
der Prozesskette
darstellen.
Eine fehlerhafte
Auslegung
dieses
finalen
Prozessschritts
ist mit zeit- und
kostenintensiven
Änderungen
verbunden.
Studien
zeigen,
dass eine numerische
Prozessmodellierung,
zum
Beispiel
von Schaftschrauben,
prinzipiell
möglich
ist 3. Jedoch
ist unklar,
inwiefern
die erreichbare
Genauigkeit
dieser
numerischen
Modelle
ausreicht,
um Walzprozesse
für eine Prozessauslegung
ausreichend
genau
vorherzusagen.
Aufgrund
der engen
Tolerierung
der Geometrie
der produzierten
Teile ist zum Beispiel
eine hohe
Wiedergabegüte
der Geometrie
unerlässlich.
Zum Schließen
dieser Lücken wurde im Rahmen
eines durch die
AiF geförderten
Forschungsprojekts
das Profilwalzen
numerisch
modelliert,
validiert
und unter
industriellen
Bedingungen
experimentell
untersucht.
Bild 1: Prozessschema und verwendete Walzbacken (oben links),
Profilgeometrien (mittig) und resultierendes, gewalztes Werkstück (unten)
EXPERIMENTELLER
UND NUMERISCHER
AUFBAU
Im hier vorgestellten
Projekt
wurde
aufgrund
der großen
Bedeutung
für die industrielle
Produktion
das Querwalzen
mit
Flachbacken
betrachtet.
Schematisch
ist dieses
in Bild 1, oben
links dargestellt.
Nach dem Einstoßen
des Walzrohlings
in den
Walzspalt
wird dieser
durch die Translation
der beweglichen
Walzbacke
zwischen
beiden
Walzbacken
in Rotation
versetzt.
Voraussetzung
ist, dass die Reibung
zwischen den Werkzeugen
und dem Walzrohling
ausreichend
hoch ist. Basierend
auf einer
Zusammenstellung
typischer
Walzgeometrien
entstand
eine
Walzbackengeometrie
mit zwei Nuten
ohne Steigung,
die einen
Abstand
von 10 mm voneinander
aufweisen.
Die verwendete
Profilgeometrie
ist in Bild 1, mitte
dargestellt.
Die ortsfeste
Walzbacke
weist dabei jeweils
eine Einlauf
(ELZ), Kalibrier
(KLZ)
und Auslaufzone
(ALZ) auf, die bewegte
Walzbacke
weist
hingegen
keine Auslaufzone
auf.
Numerische
Vorabstudien
des Walzprozesses
ergaben,
dass
eine Modellierung
im dreidimensionalen
Raum erforderlich
ist,
da zweidimensionale
Modelle
den tangentialen
Werkstofffluss
massivUMFORMUNG | MÄRZ 2018 65