SIEBER became particularly well known through its founder Karl SIEBER, who set in motion new concepts using reinforced tools for cold forging more than 50 years ago.

 

Reinforced, pre-stressed tools can absorb much higher forces and this triggered an enormous surge forwards in cold forging.

 

This has now become part of standard engineering practice. The challenge consists in providing even higher levels of accuracy, using higher tensile materials, having short warm-up times and, quite naturally, a greater degree of flexibility, in order to be able to manufacture smaller batch sizes cost-effectively.

he core temperature was increased to approx. 350°C after 20 minutes and the reinforcement temperature followed suit to the same ratio.

After 45 minutes, a temperature ratio of approx. 300°C to approx. 50°C was set, which created an opening in the drill hole of just 0.02 mm. Despite the 300°C in the core, the huge temperature difference of more than 200°C between the core and reinforcement provided greater initial stress, which means that the opening in the drill hole was only slight.

This tool concept opens up new dimensions, not only to be able to respond to process or material fluctuations in a much more flexible manner; but it also allows the user to reach a new level of accuracy, embedded in a closed control cycle.

           

The temperatures that can be obtained create options for combining processes ranked between cold and semi-hot forging, so that other materials with higher degrees of deformation can now be used.

 

The pre-heated tool also provides the advantage that warm-up processes, which are based on reaching the operating temperature of the tool, can be shortened to a major degree and can even be eliminated.

 

However, it should be noted that the effect of the temperature on complex shapes – e.g. splines – must naturally be taken into account when designing tools.

 

The corrections to the geometry are very complex, especially in the case of splines, and this must be taken into account when designing the tools.

 

Assuming that the work area is designed for 100 C° - 500C°.

The tool should be designed for temperatures exceeding 100C°, which means that the tool cannot be produced with a mould, as would be used at room temperature. The spline mould has to be pre-corrected.

The important quality features for splines are not only the thickness of the teeth, but also the mould for the involute profile and the mould for the pitch line in the direction of the axis. These parameters are normally measured using a spline measuring device as Fig. 5 shows.

(Pitch line

Profile)

Unter Verwendung gemessener oder idealer Mess­punkte ist es mit Hilfe einer Software zur Analyse der Verzahnungsabweichungen mög­lich, Ein­flüsse zu simulieren und Korrektur­parameter zu bestimmen. Bild 6 erläutert, wie sich ausgehend von theoretisch genauen Daten einer ausgewählten Verzahnung das Profil und die Flankenlinie ändert, wenn eine Schrumpfung simuliert wird.

Diese Simulation erfolgt sehr einfach per Mausclick. Die relevanten Qualitätskennwerte der Verzahnung werden online berechnet und dargestellt.

Zur Bestimung einer optimalen Regelstrategie kann so für eine konkrete Verzahnung eine Empfindlichkeitsmatrix erstellt werden, die die Zusammenhänge zwischen Qualitäts­kenn­größen und den Prozess- und Material­parametern abbildet.

 

Die dargestellten Simulationsmöglichkeiten bestehen auch für gemessene Kurven, wie Bild 7 erläutert. Alternativ zur Schrumpfungs­korrek­tur können schrittweise die Sollwerte der Verzahnung verändert oder über eine Ausgleichsrechnung direkt die optimalen Sollwerte bestimmt werden, so dass die Abweichungen möglichst gering werden. Dieses Vorgehen ist dann interessant, wenn die Fertigung der Werkzeuge über Verzahnungssollwerte erfolgt und Korrekturen zu berücksichtigen sind. Der besondere Vorteil dieser Softwarelösung liegt in der iterativen Berechnung, die es ermöglicht alle Verzah­nungs­sollwerte in einem Schritt gleichzeitig exakt zu korrigieren. 

 

Darüber hinaus verfügt die Analysesoftware über viele Funktionen zum grafischen Vergleich von Messungen oder zur Bestimmung der Achslage. Sie stellt damit ein wichtiges Hilfsmittel für die Entwicklung, die Auslegung und den Betrieb umformtechnischer Prozesse der Verzahnungs­herstellung dar. 

 

Mit diesen beschriebenen Maßnahmen zur Vorkorrektur der Form können wesentliche Einflüsse berücksichtigt werden. Die Einflüsse aus der Durchmesserfeineinstellung im Arbeitsbereich können damit jedoch nicht kompensiert werden, diese Anpassungen müssen durch den Toleranzbereich für die Form abgedeckt werden.

 

 

Das Konzept ermöglicht eine Durchmessereinstellung ohne mechanischen Eingriff, wodurch sich die Möglichkeit der Einbindung in einen geschlossenen Regelkreis anbietet. Bild 8

 

Wie im Bild erkennbar, kann das Erwärmen des Kernes und die Kühlung der Armierung getrennt geregelt werden, wodurch im Gegensatz zu anderen am Markt angewandten Prinzipien die Durchmesseränderung nicht zu Lasten der Vorspannung erfolgt. Selbst die Temperatur und/oder die Geometrie des Werkstückes kann erfasst werden um als Führungs- oder Stellgröße für das Werkzeug eingesetzt zu werden. Die Regelparameter ergeben sich aus der in der Simulation ermittelten Empfindlichkeitsmatrix.

 

Die Entwicklung befindet sich zur Zeit bei der Erprobung des Prototypen. Es ist geplant eine komplette Baugruppe anzubieten, die praktisch an jeder Presse nachrüstbar sein soll.

 

Das Werkzeugkonzept und das Verfahren wurde zum Patent angemeldet.