Untersuchungen zum gratlosen Gesenkschmieden von Kurbelwellen

Das gratlose near-net-shape-Gesenkschmieden mit anschließender Kaltkalibrierung - das so genannte Präzisionsschmieden - bietet für bestimmte Formenklassen eine Möglichkeit, den Materialeinsatz beim Gesenkschmieden bei einer gleichzeitigen Prozesskettenverkürzung zu verringern. Durch den Wegfall des Gratanteils, der bis zu 35 Prozent der Einsatzmasse betragen kann, birgt das Verfahren das Potenzial, die Wettbewerbsfähigkeit umformender Produktionsverfahren zu steigern. Das Präzisionsschmieden eignet sich insbesondere für große Stückzahlen und zeichnet sich durch geringe Bauteiltoleranzen, durch die Endkonturnähe des Schmiedeteils sowie durch eine Reduzierung des Energieeinsatzes aus. Bisher hat sich das Verfahren für rotationssymmetrische Bauteile industriell etabliert. Für die Bauteilklasse der Langteile wie zum Beispiel Pleuel oder Gabelschlüssel wurde das Verfahren des gratlosen Gesenkschmiedens in Forschungsvorhaben untersucht; Kleinserien konnten erfolgreich geschmiedet werden. Für schmiedetechnisch anspruchsvollere PKW-Kurbelwellen sind Grundlagenuntersuchungen zur technischen Gestaltung der Schmiedeprozesskette durchgeführt worden. Hierbei waren insbesondere die eingesetzten mehrdirektionalen Vorformverfahren Gegenstand der Untersuchungen. Bei der Werkzeug- und Prozessentwicklung dieser innovativen Vorformtechnologie ist eine Vielzahl technologischer und geometrischer Einstellparameter zu berücksichtigen, deren Wechselwirkungen bisher nicht untersucht wurden. Um die wirtschaftlichen und technologischen Vorteile des mehrdirektionalen Vorformens auch für andere Kurbelwellengeometrien nutzbar zu machen, wird in dieser Arbeit eine Verfahrenscharakterisierung dieser Technologie mithilfe der Finite- -Elemente-Methode durchgeführt. Basis der Untersuchungen sind Forschungen zur Entwicklung einer Werkzeug- und Stadienfolge zum gratlosen Gesenkschmieden einer Einzylinderkurbelwelle und deren Erprobung in praktischen Versuchen. Bezüglich der Stadienfolge ist die Prozessfähigkeit vor allem von der geometrischen Genauigkeit der Vorformen abhängig, da sie wesentlichen Einfluss auf die Qualität des Fertigformteils haben. Die entwickelte Prozesskette zum gratlosen Gesenkschmieden einer Einzylinderkurbelwelle besteht aus drei Umformschritten: • Massenverteilung durch Voll-Quer-Fließpressen, • Querschnittsvorbildung durch mehrdirektionales Vorformen und • Fertigschmieden durch gratloses Gesenkschmieden. Die FEM-gestützte Parameterstudie dient der Verfahrenscharakterisierung des mehrdirektionalen Vorformverfahrens und ermöglicht eine Übertragung der Methode auf mehrhübige Kurbelwellen.