Hydrostatisches Fließpressen: Verfahrensparameter und Werkstückeigenschaften

Das Fließpressen von Metallen wird aufgrund der guten Werkstoff ausnutzung, des herstellbaren Teile- und Formenspektrums und der Maßgenauigkeit und Oberflächengüte der Teile in immer stärkerem Maße industriell angewendet. Bedingt durch den Wunsch, immer größere Umformgrade in einem Arbeitsgang zu realisieren, wird zunehmend die zulässige mechanische Belastung der Werkzeugwerkstoffe erreicht bzw. überschritten. Mögliche Verfahrensvarianten zielen daher auf eine Verringerung des Kraftbedarfs ab.

Gegen Ende des 19. Jahrhunderts wurde von Robertson in den USA die Möglichkeit entdeckt, Metalle durch Anwendung einer unter hohem Druck stehenden Flüssigkeit umzuformen. Dieses Verfahren, hydrostatisches Pressen genannt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Druckflüssigkeit das Rohteil umschließt und so keine Wandreibung zum Aufnehmer hin auftreten kann. Die Vorteile dieser Version des Fließ- bzw. Strangpressens, das dann maßgeblich von Pugh [7] untersucht wurde, lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Die Ziele der Untersuchungen zum hydrostatischen Voll-Vorwärts Fließpressen lassen sich in die folgenden drei Bereiche untergliedern:

Ein von Sheljaskow am Institut für Umformtechnik [25] entwickeltes Werkzeug zum hydrostatischen Voll-Vorwärts-Fließpressen diente auch für die vorliegende Arbeit als Versuchswerkzeug.

Ausgehend von der Überlegung, daß sich abgesehen von den tribologischen Bedingungen das hydrostatische grundsätzlich ähnlich wie das konventionelle Vorwärtsfließpressen behandeln läßt, wurden zunächst einige für das letztgenannte Verfahren bekannte Berechnungsgleichungen so abgeändert, daß der Kraftbedarf für das hydrostatische Fließpressen ermittelt werden kann.

Im Schrifttum [7, 40, 41] wird darauf hingewiesen, daß beim hydrostatischen Voll-Vorwärts-Fließpressen eine homogenere Umformung erreicht werden kann, als dies beim konventionellen Verfahren möglich ist. In [40] hebt Brehme aber auch gleichzeitig hervor, daß dies zum Teil auf der beim hydrostatischen Fließpressen besser möglichen Verwendung von kleinen Matrizenwinkeln beruht. Es schien daher notwendig, durch vergleichende Stoffflußuntersuchungen die tatsächlichen Unterschiede zwischen den beiden Verfahrensvarianten zu untersuchen.

Im Sinne der Zielsetzung der vorliegenden Arbeit, das hydrostatische und das konventionelle Voll-Vorwärts-Fließpressen vergleichend zu behandeln, sollen im folgenden auch die Werkstückeigenschaften der nach den beiden Verfahren gefertigten Teile miteinander verglichen werden, soweit dies anhand der durchgeführten Versuche möglich ist. Entsprechend dem Versuchsprogramm sind echte Vergleichsmöglichkeiten nur bei dem Werkstoff Muk 7 gegeben.

Im Schrifttum finden sich neben Hinweisen über mögliche Anwendungsgebiete auch Angaben über den bereits erfolgten industriellen Einsatz des hydrostatischen Strangpressens. Es handelt sich hierbei vorwiegend um die Verarbeitung von Kupfer und Aluminium sowie die Herstellung von Verbundwerkstoffen oder sonstiger Werkstoffe, deren Verarbeitung konventionell nur unter großen Schwierigkeiten oder gar nicht möglich wäre. In der vorliegenden Arbeit wurde die Stückgutfertigung durch hydrostatisches Fließpressen untersucht. Als Werkstückwerkstoffe wurden in der Hauptsache auch konventionell gut zu verarbeitende Stähle mit niedrigem bis mittlerem Kohlenstoffgehalt eingesetzt. Mit Hilfe der gewonnenen Erkenntnisse soll nun versucht werden, Hinweise für die Möglichkeiten des industriellen Einsatzes zu erarbeiten.

Aus dem Schrifttum ist das hydrostatische Strangpressen hinreichend bekannt. Auch über die industrielle Anwendung dieses Verfahrens ist bereits mehrfach berichtet worden. Ziel der vorliegenden Arbeit sollte es sein, die Einsatzmöglichkeiten für das hydrostatische Fließpressen von niedrig- und mittelfesten Stählen zu untersuchen.