Gezielte Fertigung längsorientierter Formteile im Freiformschmieden durch überlagerte Spannungszustände

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Martin Wolfgarten

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Das Freiformschmieden wird als inkrementelles Fertigungsverfahren der Massivumformung in der Regel für die Herstellung großer Halbzeuge genutzt, die ein Gewicht von bis zu mehreren Tonnen Aufweisen können. Aufgrund der ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften werden freiformgeschmiedete Bauteile insbesondere für Einsatzfälle verwendet, in denen hohe dynamische Belastungen vorliegen und große Anforderungen an die Sicherheit der Bauteile gestellt werden, wie z.B. für Turbinenwellen oder Reaktorbestandteile. Neben der Beseitigung gussbedingter Fehler des Ausgangsmaterials, die z.B. durch Lunker, Porositäten oder Seigerungen gegeben sein können, sowie der Einstellung eines feinkörnigen und homogenen Umformgefüges, steht beim Freiformschmieden das Erreichen einer bestimmten Zielgeometrie im Fokus. Durch eine nachfolgende Wärmebehandlung sowie mechanische Bearbeitung wird die gewünschte Zielgeometrie mit den korrespondierenden mechanischen Eigenschaften eingestellt. Obwohl sich das Schmieden als inkrementelles Umformverfahren grundsätzlich durch eine sehr große Flexibilität auszeichnet, ist das durch industrielles Freiformschneiden erzielbare Geometriespektrum eingeschränkt. So werden unter Verwendung moderner Anlagentechnik überwiegend längsorientierte Bauteile mit einer einfachen Querschnittsgeometrie wie rund oder quadratisch hergestellt. Die Fertigung komplexer Endgeometrien wird bis heute nahezu ausschließlich durch eine Zerspannung aus dem Vollbaueil oder zusätzliche, nachgeschaltete Verfahrensschritte erzeugt. Ein alternativer Verfahrensansatz zur Flexibilisierung des Geometriespektrums in der Umformtechnik besteht darin, während des eigentlichen Umformprozesses eine Spannung zu überlagern und so den Materialfluss hin zu einer gewünschten Zielgeometrie zu lenken. Da sich das Material durch den primären Umformprozess bereits in einem plastischen Spannungszustand befindet,sind relativ geringe Spannungen ausreichend, um die gewünschte Zielgeometrie einzustellen. Die Zielsetzung dieser Arbeit bestand darin, den Verfahrensansatz der Spannungsüberlagerung zur Erweiterung des herstellbaren Geometriespektrums im Freiformschmieden zu nutzen, um die gezielte Fertigung gekrümmter und tordierter längsorientierter Formteile zu realisieren. Das neue Schmiedeverfahren soll dazu in der Lage sein, prozessintegriert unter Wahl geeigneter Schmiedeparameter definierte komplexen Bauteile mit einer Geometrie zu erzeugen.