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Fördermaßnahme: Ressourceneffizienz in der Produktion: Gezielte Gestaltung von Produkteigenschaften mit effizienten Technologien
Forschungsziel: Das Forschungsprojektes untersuchte das hohe Potential der Kaltmassivumformung zur Herstellung beanspruchungsangepasster Hochleistungsbauteile.Im Fokus stand dabei, konventionelle Prozessketten wie Schmieden, Härten und anschließende spanende Nachbearbeitung vollständig durch die äußerst energie- und ressourceneffiziente Fertigungstechnologie der Kaltumformung zu ersetzen und darüber hinaus eine Prozesskettenverkürzung zu erreichen. Im Vergleich zur spanenden Fertigung zeichnet sich die Kaltmassivumformung durch eine hohe Werkstoffausnutzung bis zu 100% aus. Die Vermeidung von Härtevorgängen erspart die äußerst energieintensive Erwärmung der Bauteile auf bis zu 1000°C. Gegenüber anderen Fertigungsverfahren zeichnet sich die Kaltmassivumformung weiterhin durch eine hohe Ausbringung aus, die bis mehrere hundert Teile pro Minute betragen kann, was sich wiederum in einer hohen Ressourceneffizienz von Energie für die Fertigungsanlage bis hin zu Gebäude- und Flächenbedarf auswirkt.
Dipl.-Wi.-Ing. Christel Schwab
+49 721 608-25288
christel.schwab@kit.edu
Problemstellung
Die Kaltmassivumformung ist insbesondere im Hinblick auf den Trend zum Leichtbau und den steigenden Festigkeitsanforderungen ein werkstoff- und energiesparendes Verfahren zur Herstellung mechanisch hochbelastbarer und präziser Bauteile mit hoher Oberflächengüte. Bei typischen Ausbringraten zwischen 20 und 500 Teilen pro Minute ist die Kaltmassivumformung für die Herstellung großer Stückzahlen sehr effizient. Hochleistungsbauteile, beispielsweise im Antriebsstrang, Getriebe-, Lenkungs- und Fahrwerksbereich sowie für individuelle, anwendungsoptimierte Verbindungsteile, werden noch zu einem großen Teil durch spanende Fertigungsverfahren und anschließendes Vergüten hergestellt bzw. nachbearbeitet. Die genannten Vorteile der Kaltmassivumformung konnten deshalb bislang nicht umgesetzt werden.
Projektziele
Das Forschungsprojekt legte deshalb seinen Fokus auf die Gewinnung fundierter wissenschaftlicher Erkenntnisse zur gezielten Nutzung der Vorteile der Kaltumformung, die zwar aus Einzelfällen bekannt sind, wofür jedoch bisher gesicherte und bauteilübergreifende Auslegungsgrundlagen fehlen. Als vorrangig bei der Produktentwicklung und bei der Auslegung der Fertigungsprozesse wurde in den Anwendungsfällen die Bauteilgeometrie betrachtet. Eine Verbesserung im Vergleich zur aktuellen Situation, bei der die genannten positiven fertigungsbedingten Eigenschaften zwangsläufig bzw. prozessabhängig erzeugt und somit lediglich passiv genutzt werden, war möglich, da es gelang, diese in ihrer Entstehungsgeschichte bei der kaltumformtechnischen Herstellung aktiv zu beeinflussen.
Vorgehensweise
Im Rahmen des Projekts wurde die Beeinflussung der Werkstoff- und Bauteileigenschaften in Abhängigkeit der Auslegung der Kaltmassivumformprozesse detailliert untersucht sowie modelliert. Hierzu wurden sowohl exemplarische Modellprozesse am Forschungsinstitut als auch industrielle Fertigungsprozesse betrachtet und optimiert. Die Zusammensetzung der Industriepartner war dabei in hohem Maße repräsentativ für die Kaltumformindustrie in Deutschland. So wurden im Rahmen des Projektes Bauteile aus der der Fahrzeugindustrie (ZF Sachs AG), der Schraubenindustrie (SSF Verbindungsteile GmbH) und dem Geräte- und Anlagenbau (Wezel GmbH Kaltumformtechnik) konkret betrachtet und analysiert.
Ergebnisse und Anwendungspotential
Die allgemeingültigen Ergebnisse wurden über die German Cold Forging Group (GCFG), welche die Unternehmen und Forschungseinrichtungen der Branche nahezu vollständig zusammenfasst, zur Verfügung gestellt.
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