Werkzeuge nehmen in der Kaltmassivumformung eine Schlüsselfunktion ein, da sie die Bauteilqualität sowie die Wirtschaftlichkeit von Umformprozessen maßgeblich bestimmen. Mithilfe von Armierungen wird eine Vorspannung in Werkzeugen erzeugt, um versagenskritische Zugspannungen zu minimieren. Die Forderung nach anspruchsvollen Bauteilgeometrien mit unrunden Geometrien führt bei Anwendung konventioneller Armierungen zu lokalen Zug- und Druckbereichen sowie Spannungsspitzen im Werkzeug (Bild links). Hierdurch wird die Werkzeuglebensdauer limitiert und die Wirtschaftlichkeit des Prozesses negativ beeinflusst.
Im Fokus des Projekts stand die Erforschung von Armierungslösungen für Matrizen mit nicht-kreissymmetrischem Wirkquerschnitt. Diese sollen lokale Spannungsspitzen verringern und die Werkzeuglebensdauer verlängern. Damit sind eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit von Kaltfließpressprozessen und ein Wettbewerbsvorteil für die bayerische Industrie erzielbar.
rechts: Armierungskonzepte zur lokalen Vorspannung (Quelle: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Fertigungstechnologie (LFT))
Zur Analyse von geeigneten Armierungslösungen wurde ein Modellprozess numerisch untersucht und durch Experimente validiert. Die Analyse des Spannungszustands diente als Basis für die Untersuchung von neuen Armierungssystemen. Mit dem Einsatz von Aussparungen und Spannstiften wurden zwei vielversprechende Konzepte zur lokalen Vorspannung von Kaltmassivumformwerkzeugen erarbeitet (Bild rechts). Diese wurden anschließend in Prozessen der beteiligten Industriepartner eingesetzt. Aufgrund kleiner Bauteilabmessungen sowie durch die Corona-Pandemie bedingter schwankender Auftragsgrößen konnte die Lebensdauerverlängerung durch den Einsatz der Maßnahmen nicht nachgewiesen werden. Die neuen Armierungssysteme sollen daher auch nach Abschluss des Projekts in weiteren Werkzeugen zum Einsatz kommen.
