Untersuchung von Messgliedern zur Erfassung der Regelgröße beim Erwärmen für das Thixoschmieden

Abstract

Thixoschmieden ist ein Umformverfahren mit dem Potential, die Vorteile von Schmieden und Gießen zu vereinen. Es können mit dem Verfahren Formteile mit hoher Endkonturnähe und guter mechanischer Belastbarkeit hergestellt werden. Vor der Anwendung des Verfahrens muss der Rohling in den teilflüssigen Zustand erwärmt werden, wobei das Verhältnis von fester und flüssiger Phase, der sogenannte Flüsigphasenanteil, maßgeblich für die Güte des Umformprozesses ist. Der Flüssigphasenanteil stellt daher die Regelgröße des Erwärmungsvorgangs dar. Es ist zwingende Voraussetzung für das prozesssichere Umformen, dass beim Erwärmen der Rohlinge der gewünschte Flüssigphasenanteil reproduzierbar erreicht wird. Bislang steht jedoch noch keine Methode zur Verfügung, um während der Erwärmung zuverlässig auf den Flüssigphasenanteil im Rohteil schließen zu können. In dieser Arbeit wird eine Übersicht über Messgrößen und -verfahren zur indirekten Erfassung des Flüssigphasenanteils während der Erwärmung gegeben und ihre Vor- und Nachteile dargelegt. Es wird aufgezeigt, dass insbesondere der Bereich der elektrischen Messgrößen noch zu wenig untersucht wurde. Aufbauend auf dieser Erkenntnis wird die elektrische Zeitkonstante als elektrische Messgröße mit einem großen Potential zur Erfassung des Flüssigphasenanteil identifiziert und genauer untersucht. Störeinflüsse auf die Messgröße werden identifiziert und ein Verfahren vorgeschlagen, eine störeinflussarme Messgröße zu erhalten. Mittels dieses Verfahrens wird gezeigt, dass sich die Zeitkonstantenmessung eignet, um die Regelgröße beim Erwärmen in den teilflüssigen Bereich zu erfassen. Abschließend wird das Potential für weitergehende Forschung aufgezeigt.

Thixoforging is a forming process which combines the advantages of forging and casting. It allows the creation of near-net-shape moulded parts with good mechanical properties. Thixoforging requires the blank to be heated into the semi-solid state. The ratio between solid phase and liquid phase within the blank has high influence on the quality of the mulded part. Liquid fraction has to be reached reproducably to ensure process reliability of the forming process. Therefore the liquid fraction is the controlled variable for the heating process. Currently, there exists no method to reliably determine the liquid fraction of a blank during heating. This work gives an overview of measurement methods for the indirect measurement of the liquid fraction of a blank and provides an evaluation of their advantages and disadvantages. A lack of research on the field of electrically measured variables is revealed. The electrical time constant is identified as a electrical measured variable with a high potential to indirectly determine the liquid fraction. The electrical time constant is further investigated, interfering factors are being identified and a method is proposed to minimize the effect of these interfering factors. This method is used to show that the time constant measurement is suitable to determine the controlled variable during heating into the semi-solid state. The work concludes by pointing out the potential for further research.