Das Flachbackenquerwalzen ist ein hochproduktives Verfahren zur Herstellung rotationssymmetrischer Werkstücke der Langform mit hoher Maß-, Form- und Massegenauigkeit. Dabei erfolgt die Umformung einer Anfangsform mit Kreisquerschnitt durch die gegenläufige Bewegung zweier ebener Werkzeughälften, deren Profil die Negativform des zu walzenden Werkstückes darstellt. Durch radiales Einstechen der Walzkeile in die Anfangsform wird der Durchmesser verringert, wobei der Werkstoff in Achsrichtung abfließt. Bei einem Arbeitshub werden je nach Werkstücklänge Einzel-, Doppel- oder Mehrfachstücke gefertigt. Die Hauptanwendungen liegen bei der Herstellung wellenförmiger Walzteile für eine nachfolgende spanende Fertigbearbeitung und bei der Zwischenformung für anschließendes gratarmes Gesenkschmieden. Von einer optimalen Parameterauswahl (Keil- und Schulterwinkel, Durchmesserreduktion, Temperatur) hängen die Durchführbarkeit des gesamten Prozesses, die Stabilität der Prozeßführung, der erreichbare Umformgrad, die innere Walzteilbeschaffenheit, der Kraftbedarf sowie die erforderliche Werkzeuglänge ab.
Zur Erstellung eines FE-Modells muß die Geomtrie der Werkzeuge vorliegen, wobei beide Werkzeuge identisch sind. Die Konstruktion erfolgt im CAD-Programmes Pro/Engineer. Die Anfangsform des Werkstückes ist ein Zylinder.
Die Diskretisierung des Werksücks erfolgt durch 8-Knoten-Solid-Elemente. Dabei muß die Netzfeinheit so gewählt werden, daß die Werkzeuggeometrie abgebildet werden kann. Die Werkzeuge werden als starr betrachtet und mit Schalenelementen vernetzt.
Bei der Modellerstellung kann die vorhandene Symmetrie ausgenutzt werden. Dabei müssen die Knoten in der Symmetrieebene mit den entsprechenden Randbedingungen definiert werden . Die vernetzte Struktur besteht aus 7200 Volumenelementen und ca. 100 Schalenelementen.
Die Prozeßsteuerung erfolgt durch die Definition einer Geschwindigkeit-Zeit-Funktion für beide Werkzeuge. Die Mitnahme des Werkstücks erfolgt über die Reibung.
Verwendet wird ein isotropes elastisch-viskoplastisches Materialmodell. Ausgangspunkt ist die von Misessche Fließbedingung, wobei dei Fließspannung als Funktion der Formänderung und der Formänderungsgeschwindikgeit definiert wird. Die Aufnahme der Warmfließkurven für den Stahl 20MoCrS4 erfolgt mittels Umformdilatometer bei verschiedenen Formänderungsgeschwindigkeiten.
Die Simulation des Umformprozesses erfolgt mit dem Programmsystem LS-DYNA3D. Für die Darstellung wird die berechnete Symmetriehäfte gespiegelt.
Als Ergebnisgrößen liegen sowohl globale (z.B. Kräfte) als auch lokale (z.B. Formänderungen) vor. In Abbildung 6 ist die Entwicklung der Vergleichsformänderung dargestellt.
