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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Bauteilen durch Halbwarm-Umformung von Rohteilen aus Legierungen mit superplastischem Gefüge, insbesondere von UHC-Stählen, Stählen, Al- oder Ti-Legierungen bei hohen Dehnraten, gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Im Maschinenbau aber auch in der Kraftfahrzeugindustrie sind unterschiedlichste Formgebungsverfahren für die Herstellung komplex geformter Bauteile aus Metallen bekannt. Hierzu gehören unter anderem das Fließpressen, das Querwalzen, das Bohrungsdrücken, das Rundkneten, das Verzahnungswalzen, das Stauchkneten oder die Innenhochdruckumformung, sowie das Schmieden.
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Werden diese Formgebungsverfahren bei geringen Temperaturen durchgeführt, so sind teils nur sehr langsame Umformgeschwindigkeiten erreichbar. Wird schneller umgeformt, so müssen die Umformdrücke auf sehr hohe Werte angehoben werden, die zu Lasten des Werkzeugverschleißes und der allgemeinen Werkzeugkosten gehen. Werden die Formgebungsverfahren dagegen im Hochtemperaturbereich, insbesondere bei Schmiedetemperatur durchgeführt, dann steigen die Werkzeugkosten erheblich an, da nur noch teure Hochtemperaturwerkzeuge, unter Umständen aus Keramik, verwendet werden können. Gegebenenfalls sind auch mehrstufige Verfahren erforderlich. Darüber hinaus werden die umzuformenden Rohteile in der Regel ohne besondere Vorkehrungen oxidativ geschädigt. Dies führt beispielsweise zur Verzunderung von Stählen oder zu starker Oxidation von Titanlegierungen. Vor der Weiterverarbeitung der hierdurch hergestellten Bauteile muss zumindest auf der Oberfläche nachbearbeitet werden.
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Von weiterer wichtiger Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit der Formgebungsverfahren ist es, einen möglichst hohen Umformgrad entsprechend einer hohen Dehnung (ε) zu realisieren. Erst hierdurch werden auch komplex geformte Bauteile in einem einzigen Umformschritt verfügbar gemacht.
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Superplastische Metalle bieten im Maschinenbau und der Kraftfahrzeugindustrie ein hohes Potential, um Bauteile mit hohen Umformgraden herzustellen. Superplastische Legierungen sind beispielsweise aus der
FR 274 1360 A1 ,
US 567 2315 ,
EP 1 252 352 A1 , oder der
US 2001 020 502 bekannt. Weiterer Stand der Technik zu superplastischen Legierungen ist aus der Offenlegungsschrift
DE 21 62 533 A bekannt.
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Unter Superplastizität wird die Fähigkeit eines Werkstoffes verstanden, beim Aufbringen nur sehr geringer Fliessspannungen ohne Einschnürung und praktisch keiner Kaltverfestigung Umformgrade zu ertragen, die gegenüber den bei den normalplastischen Werkstoffen üblichen etwa 10 bis 40% um einige 100 bis über 1000% aufweisen. Es tritt eine außerordentlich hohe Gleichmaßdehung auf. Ein wesentliches Merkmal des superplastischen Verhaltens von Werkstoffen ist die starke Abhängigkeit der Fliessspannung von der Dehngeschwindigkeit beziehungsweise Dehnrate (ε').
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Die superplastische Verformung verläuft über zeitlich gesteuerte Diffusionsprozesse, bei denen die sehr feinen und gleichmäßigen, häufig auch rundlichen Kristallite aneinander vorbeigleiten und -rotieren. Daher ist ein nur enges Prozessfenster aus Temperatur und Umformgeschwindigkeit (Dehnrate (ε')) gegeben, um die Dehnwerte der superplastischen Umformung bei einigen 100 bis 1000% zu erreichen. Typisch sind hierbei eine erhöhte Umformtemperatur oberhalb ca. 50% der Schmelztemperatur und eine sehr geringe Umformgeschwindigkeit von etwa 10–2 bis 10–5 s–1 zu nennen.
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Für den Luft- und Raumfahrtbereich sind superplastische Titan-Legierungen von besonderem Interesse. So werden die Titan-Legierungen TiAl6V4 bei ca. 925°C und die Legierung TiAl5Fe2,5 bei 870°C umgeformt. Hierbei werden Drücke von etwa 10 bar, beziehungsweise 1 N/mm2 eingesetzt. Die für die superplastische Umformung erforderlichen Temperaturen bedingen Umformwerkzeuge mit einer guten Kriechbeständigkeit bei hohen Umformtemperaturen. Aufgrund der sehr großen Reaktivität von Titanlegierungen bei hohen Temperaturen muss die Umformung im Vakuum oder unter Schutzgas erfolgen. Da die Gefahr der Verschweißung des Werkstückes mit dem Werkzeug sehr groß ist, müssen die Werkzeuge geschützt werden.
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Im Unterschied zur Luft- und Raumfahrtindustrie sind beim Maschinenbau und der Kraftfahrzeugindustrie massengefertigte Bauteile, insbesondere aus Stählen von großem Interesse. In der Massenfertigung spielt eine hohe Prozessgeschwindigkeit eine wesentliche Rolle, um die Kosten für die Massenfertigung gering zu halten. Die Umformgeschwindigkeiten der superplastischen Umformung sind für die Serienfertigung von Bauteilen in aller Regel aber nicht akzeptabel.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, kostengünstige Verfahren für die Massenfertigung von hoch umgeformten metallischen Bauteilen aufzuzeigen.
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Die Aufgabe wird gelöst, durch ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Bauteilen durch Halbwarm-Umformung von Rohteilen aus Legierungen mit superplastischem Gefüge, wobei der Umformdruck im Umformwerkzeug mindestens 20% unterhalb des zum Schmieden benötigten Umformdrucks der entsprechenden Legierung gehalten wird und die Dehnrate (ε') der Halbwarm-Umformung auf Werte oberhalb 0,1/s eingestellt wird, sowie erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Bauteilen durch Halbwarm-Umformung von Rohlingen aus Legierungen mit superplastischem Gefüge, wobei die Dehnung (ε) des Rohlings bei der Halbwarm-Umformung unterhalb von 50% der durch eine superplastische Umformung erreichbaren Dehnungswerte und bei Dehnraten (ε') durchgeführt wird, die mindestens das 100 fache derjenigen für die superplastische Umformung betragen. Der Umformdruck wird häufig auch als entsprechende Fließspannung bezeichnet.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit das superplastische Gefüge von metallischen Legierungen dazu genutzt, bei gegenüber den maximalen Werten der superplastischen Umformung vergleichsweise geringen Dehnungen hohe Umformgeschwindigkeiten zu nutzen. Auf die hohen Dehnungen, die bei Umformung im superplastischen Gebiet möglich wären wird erfindungsgemäß zugunsten einer hohen Prozessgeschwindigkeit verzichtet.
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In aller Regel sind die metallischen Legierungen nach ihrer metallurgischen Herstellung nicht in einem Gefügezustand, der superplastische Eigenschaften aufweisen würde. Erst durch eine besondere thermo-mechanische Behandlung wird ein Gefüge ausgebildet, das superplastische Eigenschaften aufweist, im folgenden als superplastisches Gefüge bezeichnet. Um beispielsweise die ultrafeinen Kristallite, bzw. Körner zu erreichen, die für die Superplastizität von UHC-Stählen erforderlich sind, müssen zwei Phasen ausgebildet werden, die ein Kornwachstum verhindern. Die entsprechenden Phasen sind Ferrit und Cementit oder weitere kohlenstoffreiche Phasen. Um dieses Gefüge einzustellen wird zunächst relativ homogenes Material aus Perlit hergestellt, das eine lamellare Mischung aus Ferrit und Cementit ist. In einem zweiten Schritt wird diese Perlit-Struktur in die superplastische Mikrostruktur umgewandelt, bei welcher die Carbide überwiegend shäroidisch (kugelförmig) und der Ferrit ultrafeinkörnig vorliegt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet somit den Vorteil, dass sich für eine Vielzahl von Legierungen, insbesondere von hochfesten Stählen, eine erhebliche Reduzierung der Umformschritte erreichen lässt.
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Die Umformung kann bereits bei den mittleren Temperaturen der Halbwarm-Umformung durchgeführt werden. Dies sind Temperaturen deutlich unterhalb der Schmiedetemperatur der jeweiligen Legierung, was beispielsweise bei Stählen den Unterschied zwischen ca. 600–900°C und ca. 1200–1400°C ausmacht. Diese geringeren Temperaturen haben einen bedeutenden Vorteil für die Umformwerkzeuge, da nun in der Regel mit einfacheren Stahlwerkzeugen und nicht nur mit hochtemperaturfesten Stählen oder gar Keramikwerkzeugen gearbeitet werden kann.
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Die geringeren Temperaturen bewirken zudem auch noch eine geringere Verzunderung, bzw. Oxidation der metallischen Oberflächen bei den herzustellenden Bauteilen. Dies kann je nach Legierung ein ganz erheblicher Vorteil sein.
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In der Regel sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch für komplexe Bauteile keine oder zumindest wesentlich reduzierte spanabhebende weitere Verfahrensschritte erforderlich, womit sich auch eine bessere Werkstoffausnutzung ergibt. Ebenso lassen sich gegebenenfalls als mehrere gesonderte hintereinender gelagerte Umformprozesse zu einem einzigen erfindungsgemäßen Umformprozess zusammenlegen. Die Prozesskette zur Erzeugung der fertigen Bauteile ist in vorteilhafter Weise verkürzt.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in dem vergleichsweise geringen Umform-Druck im Umformwerkzeug. Dies führt zu wesentlich verbesserten Standzeiten der Werkzeuge. Ebenso wird der Platzbedarf der Umformapparate verringert.
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Es ist vorgesehen, den Umform-Druck deutlich unterhalb des zum Schmieden benötigten Umform-Drucks der entsprechenden Legierung zu halten, wobei explizit außerhalb des superplastischen Bereiches gearbeitet wird. Die Temperatur der Halbwarm-Umformung entspricht zwar in der Regel dem Temperaturbereich in welchem Superplastizität beobachtet wird, dagegen ist die gewählte Dehnrate deutlich außerhalb dem superplastischen Gebiet. Es wird die Dehnrate (ε') der Halbwarm-Umformung auf Werte oberhalb 0,1/s eingestellt und der Umform-Druck im Umformwerkzeug mindestens 20% unterhalb des zum Schmieden benötigten Umform-Drucks eingestellt. Der Druck zum Schmieden bezieht sich dabei auf die entsprechende Legierungszusammensetzung, die kein superplastisches Gefüge aufweist. Die Temperatur- und Druckbedingungen des Schmiedens entsprechen in der Regel denjenigen der Warmumformung.
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Überraschenderweise lässt sich das superplastische Gefüge der Legierungen auch bei hohen Geschwindigkeiten der Umformung bei vergleichsweise geringem Prozessdruck umformen. Dabei ist der zur Umformung erforderliche Prozessdruck abhängig von der jeweiligen Legierung, der exakten Gefügeeinstellung und insbesondere auch von der Umformgeschwindigkeit. Prozessdruck und Umformgeschwindigkeit sind dabei gegenläufig.
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Für UHC-Stähle mit superplastischem Gefüge wird bevorzugt bei einem Prozessdruck unterhalb von 150 bis 180 MPa und einer Umformgeschwindigkeit (Dehnrate (ε')) oberhalb von 0,1/s gearbeitet. Besonders bevorzugt wird ein Prozessdruck der Umformung unterhalb 100 bis 150 MPa gewählt. Die Auslegung des Prozesses kann auf geringen Prozessdruck oder auf hohe Umformgeschwindigkeiten optimiert werden. Besonders bevorzugte Umformungsgeschwindigkeiten liegen oberhalb 0,5/s. Für Al-Legierungen mit superplastischem Gefüge liegt die Dehnrate bei niedrigeren Drücken erheblich höher. Bevorzugt wird hier bei Drücken unterhalb 80 MPa und Dehnraten oberhalb 1/s gearbeitet.
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In der erfindungsgemäßen Ausführung ist vorgesehen, die Dehnung des Rohteils bei der Halbwarm-Umformung unterhalb von 50% der durch eine superplastische Umformung erreichbaren Dehnungswerte und bei Dehnraten (ε) durchzuführen, die mindestens das 100 fache derjenigen für die superplastische Umformung betragen. Hierbei wird explizit auf die hohen erreichbaren superplastischen Dehnungen verzichtet, zu Gunsten einer hohen Dehnrate. Dies entspricht den sehr vorteilhaften kurzen Prozesszeiten. Überraschenderweise kann mit den sehr hohen Dehnraten ein Umformgrad erreicht werden, mit dem sich auch komplexe Bauteilgeometrien erreichen lassen. Bei Stählen mit superplastischem Gefüge wird bevorzugt bei Dehnungen (Umformgraden) oberhalb 100% gearbeitet und besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 500%. Unter den angegebenen Werten sind dabei über die Bauteilgeometrie gemittelte Werte zu verstehen. Die bevorzugten Dehnraten liegen in einem Bereich des 100 bis 1000fachen der für die superplastische Umformung erforderlichen geringen Dehnraten.
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In einer besonders bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens findet die Halbwarm-Umformung in einem Temperaturbereich statt, der dem Prozessfenster für die superplastische Umformung entspricht. Das Prozessfenster ist im Wesentlichen durch die Parameter Temperatur, Dehnung und Dehnungsrate gegeben. Für Stähle, insbesondere UHC-Stähle liegt der bevorzugte Temperaturbereich bei 600–900°C, besonders bevorzugt bei 750 bis 850°C. UHC-Stähle mit Al-Gehalt oberhalb 2% werden besonders bevorzugt bei 800–950°C umgeformt. Die Al-Legierungen werden bevorzugt in einem Temperaturbereich von 300–400°C umgeformt.
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Bevorzugt werden Legierungen verwendet, die für die entsprechende superplastische Umformung eine Dehnratensensitivität (m) oberhalb 0,4 aufweisen. Besonders bevorzugt werden Legierungen mit m > 0,7.
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Zu den bevorzugten Legierungen gehören diejenigen, deren maximale superplastische Dehnung oberhalb 500% liegt. Besonders bevorzugt werden Legierungen eingesetzt mit Dehnungen oberhalb 800%. Hierdurch wird sichergestellt, dass bei der Umformung des Rohlings ohne Probleme Dehnungen im Bereich von 100 bis 400% erreicht werden können. Mit diesen Umformgraden lässt sich bereits ein sehr großer Bereich an technisch relevanten Bauteilen abdecken.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird die Prozesszeit der Umformung auf Werte unterhalb 10 s eingestellt. Je nach gewähltem Umformverfahren liegt der bevorzugte Bereich zwischen 1 und 5 s. dabei sind die Prozessparameter wie Umformtemperatur und Prozessdruck entsprechend anzupassen. Niedrigere Umformzeiten sind ebenso möglich, sind aber nicht unbedingt erforderlich, da die Rüstzeiten für das Umformwerkzeug zu den geschwindigkkeitsbestimmenden Größen der Gesamtprozesszeit werden.
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Bei den erfindungsgemäß bevorzugten Legierungen handelt es sich um Stähle, Al- und Ti-Legierungen.
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Besonders bevorzugt sind die Stähle ausgewählt aus den UHC-Stählen (Ultra High Carbon Stähle). Der C-Gehalt der Stähle liegt dabei oberhalb 0,9 Gew.-% und besonders bevorzugt im Bereich von 1,2 bi 2%.
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Besonders geeignete UHC-Stähle weisen die folgenden Zusammensetzungen auf, wobei die Angaben in Gew.-% sind:
- – C: 0,9–2,2; Al: 1,5–10; Cr: 0,5–7; Mn 1–10;
Rest Fe und Verunreinigungen
- – C: 0,9–2,2; Al: 1,5–10; Cr: 1–16; Mn 0–2,2;
Rest Fe und Verunreinigungen
- – C: 0,9–2,2; Al: 1,5–10; Cr: 0,25–5; 0,5–5 Mo;
Mn: 0–2; Rest Fe und Verunreinigungen
- – C: 0,9–2,2; Al: 1,5–3; Cr: 1–7; Si: 0,5–5%;
Mn 0–2,2; Rest Fe und Verunreinigungen
- – C: 0,9–2,2; Al: 1,5–10; Cr: 1–7; Ni: 0,25–5;
Mn 0–2,2; Rest Fe und Verunreinigungen
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Typische Vertreter der entsprechenden Gruppe sind:
1,3 C, 1.5 Al, 7 Cr, 0.5 Mn, Rest Fe,
1,3 C, 1.5 Al, 1 Cr, 2 Mo, 0.5 Mn, Rest Fe;
1,3 C, 1 Al, 3 Cr, 2 Si, 0.5 Mn, Rest Fe;
1,3 C, 1.5 Al, 4 Cr, 1 Ni, 0.5 Mn, Rest Fe;
1,3 C, 3 Al, 1.5 Cr, 2 Mn, Rest Fe;
1,3 C, 7 Al, 3 Cr, 3 Mn, Rest Fe.
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Ein weiterer gut geeigneter UHC-Stahl weist, neben Eisen und üblichen stahlbegleitenden Verunreinigungen die folgenden Legierungsbestandteile in Gew.-% auf:
0,8 bis 2,5% C,
0,1 bis 0,85 Sn,
3,5 bis 15% Al,
0,5 bis 4% Cr,
0,01 bis 4% Si,
bis zu 4% Ni, Mn, Mo, Nb, Ta, V, und/oder W, und
bis zu 3% an Ti, Be und/oder Ga.
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Bevorzugt wird ein Al/C-Verhältnis oberhalb 2/1 gewählt. Besonders bevorzugt liegt dieses Verhältnis oberhalb 3/1.
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Einen weiteren Vorteil weisen die UHC-Stähle mit hohem Al-Gehalt auf. Dabei sind Al-Gehalte oberhalb ca. 3% zu verstehen. Durch das Al wird die Verzunderung des Stahls weiter zurückgedrängt. Beim Halbwarm-Umformen findet bei diesen Stählen in der Regel so wenig Oberflächenoxidation beziehungsweise Verzunderung statt, dass auf eine Oberflächennachbehandlung zur Entfernung der Zunderschicht verzichtet werden kann. Die nach dem Umformen erhältliche Oberfläche entspricht im wesentlichen dem gebrauchsfertigen Zustand.
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Aufgrund ihres Al-Gehaltes sind die aufgeführten UHC-Stähle nicht auf eine besondere Schutzgasatmosphäre angewiesen. Die Halbwarm-Umformung findet daher bevorzugt unter Luftzutritt statt.
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Die Umformung der Ti-Legierungen wird dagegen typischerweise unter Schutzgas, insbesondere unter Ar durchgeführt.
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Als weiterer Stahl mit geringem Kohlenstoffgehalt und ohne Al kann für das erfindungsgemäße Verfahren die folgende Zusammensetzung gewählt werden (Angaben in Gew.-%): C < 0,05%, Si < 1,2%, Mn < 2,8%, Cr: 15–23%, Ni: 3–9%, Mo: 1–1,9%, N: 0,09–0,25%, Rest Fe und Verunreinigungen.
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Zu den besonders geeigneten Al- oder Ti-Legierungen zählen die folgenden in Gew.-% angegebenen Zusammensetzungen:
- – 70–79 Zn, Rest Al;
- – 6–8 Al, 4–6 V, Rest Ti;
- – 4–6 Al, 2–3 Fe, Rest Ti.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird in bevorzugter Weise als near-net-shape Verfahren geführt, so dass das Bauteil nach der Umformung in möglichst gebrauchsfertigem Zustand anfällt und nur noch gegebenenfalls an besonderen Funktionsflächen nachbearbeitet werden muss. Des weiteren ist es zweckmäßig die Prozesswärme der Halbwarm-Umformung zu nutzen, um das geeignete Gefüge des Bauteils einzustellen. Dabei wird das Bauteil nach der Umformung geregelt abgekühlt. Stähle und Al-Legierungen werden dabei in bekannter Weise beim Abkühlen gehärtet. Da sich an die Halbwarm-Umformung kein weiterer formgebender Prozessschritt mehr anschließt, wird diese Vorgehensweise erst möglich. Im Vergleich hierzu ist beim konventionellen Vorgehen diese Vorgehensweise ungeeignet, da formgebende Schritte, beispielsweise durch Drehen oder Bohren, zweckmäßigerweise nur am ungehärteten Bauteil durchgeführt werden; die Härtung wird nach der abschließenden Formgebung durch einen weiteren thermischen Prozessschritt durchgeführt.
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Zu den bevorzugten Verfahrensvarianten der Halbwarm-Umformung gehören das Fließpressen, das Querwalzen, das Bohrungsdrücken, das Rundkneten, das Verzahnungswalzen, das Stauchkneten, das Schmieden oder die Innenhochdruckumformung, die im wesentlichen hinsichtlich der Prozesstemperatur und des Prozessdrucks auf das erfindungsgemäße Verfahren angepasst werden.
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Durch die Kombination des erfindungsgemäßen Halbwarm-Umformens mit den bekannten Formgebungsverfahren lassen sich Getriebewellen, Fließpressteile, Schmiedeteile oder Gesenkschmiedeteile herstellen, wie sie sonst nur in mehreren Prozessschritten, mit höheren Anlage- oder Betriebskosten zugänglich sind.
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Durch das erfindungsgemäße Halbwarm-Fließpressen werden bevorzugt unterschiedlichste Massenbauteile des Maschinenbaus gefertigt. Hierzu gehören beispielsweise Zahnräder, Ritzel, kurze Profilteile und so weiter.
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Im Folgenden sollen die unterschiedlichen Verfahren der Halbwarm-Umformung am Beispiel von Getriebehohlwellen beispielhaft erläutert werden.
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Zu den besonders geeigneten Verfahren gehört das Querwalzen. Die bekannten Verfahren sind dabei lediglich an die Verfahrensparameter des erfindungsgemäßen Halbwarm-Verfahrens anzupassen. Beispielsweise wird in der
DE 199 05038 A1 ein Querwalzprozess beschrieben, bei dem in Richtung einer Werkstückdrehachse ein bewegbarer profilierter Dorn angeordnet ist, der eine definierte Geometrie aufweist. Dieser wird durch eine mit dem Dorn gekoppelte Dornvorschubeinrichtung zur geführten Bewegung des Dorns entlang der Werkstückdrehachse mit einer Axialkraft beaufschlagt. Die Relativbewegung des Dorns ist auf die Bewegung des Querwalzwerkzeuges abgestimmt. Weitere Querwalzverfahren sind beispielsweise aus der
DE 100 66 177 A1 bekannt, bei denen ein rotationssymmetrischer Rohling, beispielsweise ein runder Stab, zwischen zwei oder mehreren Werkzeugen so lange unidirektional oder hin und her gerollt wird, bis die auf den Werkzeugen ausgebildete Zahnstruktur auf die Mantelfläche des Rohlings übertragen worden ist.
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Durch das erfindungsgemäße Halbwarm-Fließpressen lassen sich Vollwellen mit gebrauchsfertigen Oberflächen anspruchsvoller Oberflächengeometrie herstellen. So ist es auch möglich bereits Zahnräder auf der Oberfläche vorzusehen. Insbesondere können in diesem Verfahrensschritt auch mehrere Zahnradkränze unabhängig voneinander eingebracht werden. In einem anschließenden Prozessschritt ist das Ausbohren der Vollwelle zur Hohlwelle erforderlich.
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Das Querwalzen von Getriebewellen aus Stahl kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit sehr produktiven Taktzeiten von 1 bis 5 s erfolgen. Die Temperatur der Halbwarm-Umformung ermöglicht es, die Stahlwellen mittels Stahlwerkzeugen umzuformen. Bevorzugt werden hohle Getriebewellen hergestellt; entweder aus Vollwellen mit nachträglichem Ausbohren oder aus Rohren. Dabei ist es erforderlich, dass die Innenkontur des Rohres beim Querwalzen gestützt wird. Dies kann durch Dorne, insbesondere bewegliche Dorne erfolgen. Aufgrund der geringen Prozesstemperatur können auch die Dorne aus preisgünstigen Stählen hergestellt werden. Im Vergleich zum gängigen Querwalzen können erheblich dickwandigere Rohre als Vormaterial eingesetzt werden. Besonders bevorzugt wird beim erfindungsgemäßen Querwalzen die gesamte Außenkontur der Getriebewelle in gebrauchsfertigem Zustand eingebracht. Die Außenkontur kann beispielsweise Zahnräder tragen, die während dem Halbwarm-Querwalzen eingebracht werden. Gegebenenfalls wird beim Querwalzen noch nicht die fertige Oberflächenstruktur der Rohraußenseite eingebracht, sondern erst in einem danach folgenden Prozessschritt des Halbwarm-Radialschmiedens. Hierdurch lassen sich größere geometrische Freiheitsgrade insbesondere auch in der Wellen-Innenkontur realisieren.
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Für die Herstellung von Getriebewellen mit Wandstärkenvergrößerung im Bereich der Flansche wird konventionell ein Kombinationsverfahren aus Rundkneten und Stauchkneten bei Raumtemperatur verwendet. Beim erfindungsgemäßen Halbwarm-Stauchkneten (oder axial-radial-Umformen) kann die Getriebewelle in einem einzigen Verfahrensschritt mit hoher Präzision und mit komplexer geometrischer Ausgestaltung hergestellt werden. Während beim konventionellen Verfahren mehrfach erwärmt und zum Flansch gestaucht werden muss, beziehungsweise mehrmaliges Aufspannen zum Reduzieren des langen und des kurzen Wellenschaftes erforderlich ist, kann beim erfindungsgemäßen Halbwarm-Rundkneten/Stauchkneten in einem Prozessschritt die gesamte Umformung erfolgen. Gegebenenfalls können in demselben oder einem darauf folgenden Halbwarm-Umformschritt durch geeignete Werkzeuge noch Zahnräder eingebracht werden. Die Umformgrade des erfindungsgemäßen Verfahrens reichen in aller Regel dazu aus, auf den Getriebewellen bereits Zähne der üblichen Geometrie und Tiefe einzubringen.
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Bei höchsten geometrischen Ansprüchen kann es aber auch zweckmäßig sein, Zahnräder oder andere Oberflächenstrukturen durch spanabhebende Verfahren, wie Drehen oder Fräsen oder durch elektrochemische Verfahren, wie beispielsweise das PECM-Verfahren aufzubringen. Eine Grob-Kontur kann in jedem Falle mittels des Halbwarm-Umformens schon vorgesehen werden und den Arbeitsaufwand der Feinbearbeitung erheblich erleichtern.
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Eine weitere Verfahrensvariante stellt die Halbwarm-Innenhochdruckumformung dar. Zur Herstellung einer Hohlwelle wird an das Ausgangsrohr ein Innendruck angelegt und der Werkstoff in Richtung der Rohrlänge nachgeführt. Beim konventionellen Verfahren für typische Getriebewellen sind Druckverhältnisse von bis zu 10000 bar erforderlich, was eine kostengünstige Massenfertigung nicht möglich macht. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren reichen dagegen für Getriebewellen bereits Prozessdrücke um 1000 bis 3000 bar aus. In der Regel müssen Zahnräder in einem weiteren Prozessschritt eingebracht werden.
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Für das erfindungsgemäße Halbwarm-Umformen können die bekannten Grundverfahren auch in geeigneter Weise kombiniert beziehungsweise nacheinander ausgeführt werden. Insbesondere weisen die bereits umgeformten Bauteile noch erhebliche Dehnungsreserven auf, da in jedem der erfindungsgemäßen Umformschritte nur ein Bruchteil der maximal möglichen Dehnung durchgeführt wird. Erst nach mehreren Umformschritten wird die maximale superplastische Dehnung erreicht. Je nach verwendeter Legierung ist es dabei erforderlich Prozessschritte unmittelbar aufeinander folgen zu lassen, damit kein Umkristallisieren der superplastischen Gefüge durch Abkühlen und Wiederaufheizen erfolgen kann.
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Beispielsweise kann es zweckmäßig sein, zunächst durch Halbwarm-Fließpressen aus Vollmaterial einen Rohling einer Getriebewelle herzustellen und diesen dann mittels Halbwarm-Bohrungsdrücken zu einer Hohlwelle mit feiner Innen- und mit Außenkontur umzuformen. Dabei kann insbesondere die Innenkontur bereits die gebrauchsfertige Kontur sein, wodurch ansonsten aufwändige oder gar unmögliche Nachbearbeitung im Inneren entfällt.