Entwicklung prozessoptimierter Werkzeugtechnologien anhand eines seriennahen Zielbauteiles beim Thixoschmieden von Stahl

Beyer, Christophe Jean Daniel; Kopp, Reiner

doi:1500

Entwicklung prozessoptimierter Werkzeugtechnologien anhand eines seriennahen Zielbauteiles beim Thixoschmieden von Stahl

Beyer, Christophe Jean Daniel (Author)

2006

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Christophe Jean Daniel Beyer

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2006

UmfangXI, 134 S, : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2006

Zsfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Kopp, Reiner (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2006-02-15

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-15008
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/61578/files/Beyer_Christophe.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Thixogießen (Genormte SW) ; Thixoforming (Genormte SW) ; Thixoschmieden (Genormte SW) ; Thixotropie (Genormte SW) ; Schmieden (Genormte SW) ; Umformwerkzeug (Genormte SW) ; Umformen (Genormte SW) ; Massivumformen (Genormte SW) ; Matrize <Umformen> (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Bolzenabkühlung (frei) ; Si3N4-Keramik (frei) ; Armierungsauslegung (frei) ; Dauerbetrieb (frei) ; billet cooling (frei) ; Si3N4-ceramic (frei) ; semi-solid forming (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Durch das Thixoschmieden können die Verfahrensvorteile von Schmieden und Gießen genutzt werden. So können beispielsweise komplexe Geometrie, die bislang in 4 bis 5 Arbeitsgängen hergestellt werden, in ein bis zwei Arbeitgängen dargestellt werden. Im Gegensatz zur Formgebung von Aluminiumlegierungen im teilerstarrten Zustand bestanden beim Thixoschmieden von Stählen bei den derzeit verfügbaren Formwerkzeugen noch beträchtliche Probleme bezüglich der mechanischen, tribologischen, chemischen und thermischen Leistungsfähigkeit aufgrund der erheblich höheren Verarbeitungstemperaturen. Die herkömmlichen Stahlwerkzeuge weisen durch Benetzung, Klebeneigung und Schmelzreaktionen einen hohen Verschleiß auf, woraus sehr geringe Werkzeugstandzeiten resultieren. Zielsetzung dieser Arbeit war die Entwicklung von prozessgerechten Werkzeugen zum Thixoschmieden von Stahl. Um geeignete Werkzeugtechnologien zu entwickeln, musste die gesamte Prozesskette des Verfahrens „Thixoschmieden von Stahl“ analysiert und optimiert werden. Grundsatzuntersuchungen, Formgebungsversuche und FEM- Simulationen zeigen, dass die Keramik Si3N4 sehr gut als Werkzeugwerkstoff geeignet ist. Durch Verwendung von vorgewärmten keramischen Werkzeugen, Optimierung der Bolzenerwärmung mit Schutzgas und vor allem durch die Entwicklung der Methode der gezielten Bolzenabkühlung können thixogeschmiedete Bauteile auf dem Qualitätsniveau von geschmiedeten Bauteilen hergestellt werden. Das Verfahren Thixoschmieden von Stahl bietet sehr große Einsparpotentiale, da der Zerspanungsaufwand stark reduziert werden kann und die Prozesskette durch zum Beispiel eine Umformung mit integrierter Fügung [KAL-02] oder Oberflächenvergütung [BEY-05] reduziert werden kann.

In the process Thixoforging (forging in the semi-solid state) the advantages of the processes forging and casting can be combined. For example, complex geometries, which are normally produced in 4 or 5 steps, can be realised in one or two steps. In contrast to the forming of aluminium alloys in the semi-solid state, the forming of steel in the semi-solid state is much more difficult, because of the higher forming temperature. Common tools out of steel show a very important wear due to wetting, bonding and melting processes, which result in a very short tool life. The aim of this work was the development of appropriate tools for the thixoforming of steel. To develop appropriate tool technologies the entire process chain had to be analysed and optimised. Principle studies, forming tests and FEM-simulations show that the ceramic Si3N4 is very suitable as a material tool. The use of preheated tools of ceramic, the optimisation of the heating of billets with inert gas and particularly the development of the method of the aimed cooling before forming made possible the thixoforming of components with the same quality as forged ones. The process of thixoforming of steel offers very large potentials of cost savings, since the amount of machining work can be reduced and the process chain can be shortened for example by forming with an integrated joining process [KAL-02] or surface hardening.

OpenAccess:
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