Reduction of local tool stresses in cold forging tools
Third party funded individual grant
Start date : 01.07.2021
End date : 31.12.2023
Project details
Short description
Part geometry is a major influence on the formation of local stress in cold forging tools. Non-constant asymmetrical cross-sections result in axial and tangential stress concentrations. This challenge can be seen in the processes of the industrial partners, where fatigue failure occurs in local elements. In order to counteract fatigue and improve process economics, the formation of local tool stresses is to be analysed using a model process. Using the process the influence of functional elements and changes in cross-section on the stress state of the die is researched. With an understanding of the mechanisms of the stress formation, adapted tool concepts will be developed, which enable a suitable improvement of the stress state depending on the part and tool geometry. To evaluate the effectiveness of the new tool designs, they will be implemented in the processes of the industrial partners. That way, the effect on tool life can be analysed for different die materials. These are usually cold working steels or cemented carbides, which react very sensibly to tensile stresses. Finally, the new tool concepts will be evaluated using the developed process understanding and the experimental results regarding the tool life.
Scientific Abstract
Die Entstehung lokaler Spannungen in Kaltmassiumformwerkzeugen hängt maßgeblich von der Bauteilgeometrie ab. Ungleichmäßige Querschnitte sowie Querschnittsübergänge erzeugen axiale und tangentiale Spannungskonzentrationen. Diese Herausforderung zeigt sich in Prozessen der beteiligten Industriepartner durch frühzeitiges Werkzeugversagen an lokalen Elementen. Um die Werkzeuglebensdauer zu verlängern und damit die Wirtschaftlichkeit der Prozesse zu erhöhen, soll die Entstehung der Beanspruchungen anhand eines Modellprozesses untersucht werden. In diesem wird der Einfluss der Ausprägung von Funktionselementen und Querschnittsübergängen auf den Spannungszustand analysiert. Auf Basis des gewonnenen Prozessverständnisses werden Maßnahmen erforscht, welche in Abhängigkeit der Bauteilgeometrie zielgerichtet eine Verbesserung des Spannungszustands ermöglichen. Um die Wirkung der Maßnahmen zur Steigerung der Werkzeuglebensdauer zu bewerten, sollen sie in den Prozessen der beteiligten Industriepartner erprobt werden. Dies ermöglicht zudem eine Analyse der Wirksamkeit in Abhängigkeit des Matrizenwerkstoffs. Zum Einsatz kommen meist Schnellarbeitsstähle oder zugspannungsempfindliche Hartmetalle, für welche eine Reduktion der Zugspannungen besonders relevant ist. Anhand des erarbeiteten Prozessverständnisses sowie den Erfahrungen aus dem praktischen Einsatz werden die Maßnahmen abschließend hinsichtlich ihrer Eignung zur Verlängerung der Werkzeuglebensdauer bewertet.
