Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Klarheit für die Industrie: Forscher ermitteln Standzeiten von Schieberwerkzeugen

12.06.2018

Der Wechsel zu neuen Produktionsmethoden ist für die Industrie immer auch mit Risiken verbunden. Beim mehrdirektionalen Schmieden lassen sich beispielsweise die Standzeiten der Schieberwerkzeuge und damit die Kosten bislang kaum abschätzen. Um hier für Klarheit zu sorgen, arbeiten Wissenschaftler am Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbH daran, mithilfe von Simulationen und praktischen Versuchen die Schadensanfälligkeit der Schieberwerkzeuge zu bestimmen und eine Konstruktionsrichtlinie zur Standzeiterhöhung zu erstellen.

Mehrdirektionales Schmieden bietet viele Vorteile für die Industrie: Die Gratbildung wird reduziert und das Produktportfolio kann leicht um geometrisch komplexere Formen erweitert werden. Trotzdem scheuen viele Produzenten noch diese neue Schmiedemethode, denn die möglichen nachgelagerten Kosten durch Verschleiß lassen sich bislang kaum abschätzen.


In der Praxis: Die vertikalen Keile seitlich am Obergesenk werden die Bewegung in die horizontale Richtung umlenken, sobald der Stempel geschlossen ist.

IPH


Modularer Aufbau: Alle relevanten Komponenten sollen austauschbar sein, damit der Verschleiß unter verschiedenen Rahmenbedingungen erforscht werden kann.

IPH

Um die Schadensanfälligkeit von Schieberwerkzeugen besser kalkulieren zu können, forscht das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbH zu diesem Thema. Ziel ist es, eine Konstruktionsrichtlinie zur Standzeiterhöhung bei der Verwendung von Schieberwerkzeugen zu erstellen und damit das Verfahren des mehrdirektionalen Schmiedens für die Industrie attraktiver zu machen.

Beim mehrdirektionalen Schmieden wird die vertikale Bewegung des Pressenstößels oder des Obergesenks meist über Keile, aber auch Kniehebel, in die horizontale Richtung umgelenkt. Die horizontale Umformung wird durch sogenannte Schieber ermöglicht, während meist die vertikale Umformung durch einen im Obergesenk geführten Stempel erfolgt. Dadurch lassen sich komplexere Geometrien aufbringen – zum Beispiel seitliche Gravuren. Die Belastung der Schieber unter verschiedenen Bedingungen wird nun am IPH untersucht.

Zunächst konstruieren die Wissenschaftler ein simples Werkzeug mit drei bis vier Schiebergeometrien. „Wir konzipieren einen modularen Aufbau, bei dem alle relevanten Komponenten austauschbar sind, damit wir den Verschleiß unter diversen Rahmenbedingungen erforschen können“, erklärt Alexander Martini, Projektingenieur am IPH.

Neben dem Einfluss unterschiedlicher Prozessparameter auf den resultierenden Verschleiß werden die Ingenieure am IPH außerdem untersuchen, welche Schließmechanismen sich für eine mehrdirektionale Umformung eignen und ob ein Zusammenhang zwischen Schließmechanismus und Verschleiß besteht. Beim mehrdirektionalen Schmieden muss der Stempel dynamisch von den antreibenden Keilen entkoppelt werden.

Dieses geschieht durch einen Schließmechanismus, der sowohl den Werkstofffluss in vertikale Richtung einschränkt, als auch unabhängige Werkzeugwege von Stempel und antreibenden Keilen ermöglicht. Tellerfedern und Gasdruckfedern kommen dafür infrage, aber auch die Verwendung von Ziehkissen und formschlüssigen Schließmechanismen werden die Wissenschaftler betrachten.

Nach der Konstruktion des Werkzeugs werden die Forscher am IPH den Verschleiß unter verschiedenen Bedingungen ermitteln. Dabei variieren sie die Werkzeug- und Schiebertemperatur, die Umformpresse, das Schiebermaterial und den Winkel der Schieber. Durch die Kombination aller Parameter entsteht eine hohe Anzahl an Versuchsanordnungen. Die Wissenschaftler am IPH werden deshalb nicht in jeder möglichen Konstellation tausende Hübe vornehmen, sondern nach wenigen Hüben einen Verschleißfaktor ermitteln und mittels der analytischen Gleichung nach ARCHARD den Verschleißverlauf bestimmen.

Anschließend werden jene Varianten der Versuchsanordnung, deren Faktoren in der Simulation den größten Einfluss aufwiesen, tatsächlich konstruiert und bei einem Projektpartner praktisch untersucht. Dort sollen Langteile in großer Stückzahl gefertigt werden. Den Verschleiß an den Schiebern nach 3.000 beziehungsweise 6.000 Hüben messen die Wissenschaftler am IPH und vergleichen die tatsächlichen Ergebnisse mit ihren vorherigen Berechnungen.

Anhand der Analyse der Simulationsdaten und der Versuchsdurchführung entwickeln die Wissenschaftler dann eine Konstruktionsrichtlinie. Darin wird der Zusammenhang zwischen den Prozessparametern und dem Verschleiß dargestellt. So kann beispielsweise ermittelt werden, ob die Schieber bei einem Winkel von 30 oder 60 Grad am geringsten verschleißen, oder ob vielleicht doch eine elliptische Geometrie am Schieber die höchste Standzeit aufweist.

„Wir wollen der Industrie Fakten liefern, um das mehrdirektionale Schmieden schmackhaft zu machen“, sagt Martini. In der letzten Phase des Forschungsprojektes nehmen die Wissenschaftler deshalb eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung vor. Dabei werden sie die Einsparpotenziale des neuen Schmiedeverfahrens den Mehrkosten durch den Verschleiß gegenüberstellen. Mit diesen Ergebnissen rechnen die Forscher im Frühjahr 2020.

Weitere Informationen:

https://www.iph-hannover.de/de/forschung/forschungsprojekte/?we_objectID=5081

Niklas Kleinwächter | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Industrie 4.0 - Esperanto für Maschinenkomponenten
01.08.2018 | fortiss - Forschungsinstitut des Freistaats Bayern für softwareintensive Systeme und Services

nachricht Innovativ: FH-Professor entwickelt neue Methode für die Raumfahrt
30.07.2018 | FH Aachen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Die Mischung macht‘s: Jülicher Forscher entwickeln schnellladefähige Festkörperbatterie

Mit Festkörperbatterien sind aktuell große Hoffnungen verbunden. Sie enthalten keine flüssigen Teile, die auslaufen oder in Brand geraten könnten. Aus diesem Grund sind sie unempfindlich gegenüber Hitze und gelten als noch deutlich sicherer, zuverlässiger und langlebiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Jülicher Wissenschaftler haben nun ein neues Konzept vorgestellt, das zehnmal größere Ströme beim Laden und Entladen erlaubt als in der Fachliteratur bislang beschrieben. Die Verbesserung erzielten sie durch eine „clevere“ Materialwahl. Alle Komponenten wurden aus Phosphatverbindungen gefertigt, die chemisch und mechanisch sehr gut zusammenpassen.

Die geringe Stromstärke gilt als einer der Knackpunkte bei der Entwicklung von Festkörperbatterien. Sie führt dazu, dass die Batterien relativ viel Zeit zum...

Im Focus: It’s All in the Mix: Jülich Researchers are Developing Fast-Charging Solid-State Batteries

There are currently great hopes for solid-state batteries. They contain no liquid parts that could leak or catch fire. For this reason, they do not require cooling and are considered to be much safer, more reliable, and longer lasting than traditional lithium-ion batteries. Jülich scientists have now introduced a new concept that allows currents up to ten times greater during charging and discharging than previously described in the literature. The improvement was achieved by a “clever” choice of materials with a focus on consistently good compatibility. All components were made from phosphate compounds, which are well matched both chemically and mechanically.

The low current is considered one of the biggest hurdles in the development of solid-state batteries. It is the reason why the batteries take a relatively long...

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Quantenverschränkung erstmals mit Licht von Quasaren bestätigt

20.08.2018 | Physik Astronomie

1,6 Millionen Euro für den Aufbau einer Forschungsgruppe zu Quantentechnologien

20.08.2018 | Förderungen Preise

IHP-Technologie darf in den Weltraum fliegen

20.08.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics