Cold forging of gear components by a modified Samanta process

Abstract

Cold forging of toothed components by extrusion is associated with high punching forces and tool loads, which requires the use of expensive and high-strength tool steels. High process forces result into a substantial tool deflection, which significantly reduces the precision of the toothed components. Thus, the development of alternative processes in order to reduce acting process forces in cold forging is of high interest. A potential process enhancement approach is to use a preform operation where the resulting preform can be formed partwise either in the same or in a subsequent die. Preforms allow to systematically control the material flow in subsequent forming operations. For this reason, the Institute for Metal Forming Technology in Stuttgart has developed a new cold extrusion process for manufacturing toothed components based on the conventional Samanta process. The newly developed die design of the Guided Material Flow-Samanta (GMF-Samanta) process enables efficient cold forging of gears. By means of numerical simulations and forging experiments it was successfully demonstrated that the new Guided Material Flow-Samanta process results into a significant reduction of punch force and normal pressure while simultaneously improving the die filling. Kaltfließpressen verzahnter Komponenten in einem modifizierten Samanta-Verfahren Konferenzbericht Zusammenfassung Das Kaltfließpressen verzahnter Komponenten ist mit hohen Stempelkräften und Werkzeugbelastungen verbunden, wodurch der Einsatz kostenintensiver und hochfester Werkzeugstähle erforderlich ist. Hohe Prozesskräfte führen zudem zu einer erheblichen elastischen Werkzeugdeformationen, welche die Form-und Maßgenauiugkeit der verzahnten Komponenten signifikant vermindert. Daher ist die Entwicklung alternativer Verfahren zur Reduktion der wirkenden Prozesskräfte in der Kaltmassivumformung von hohem Interesse. Ein möglicher Ansatz zur Prozessverbesserung ist die Anwendung einer Vorformoperation, bei der die resultierende Vorform am Werkstück entweder im gleichen oder in einem nachfolgenden Werkzeug weiter umgeformt werden kann. Vorformen ermöglichen es, den Materialfluss in der nachfolgenden Umformoperationen systematisch zu steuern und damit eine gezielte Reduktion der Reibfläche zwischen Werkstück und Werkzeug herbeizuführen. Aus diesem Grund hat das Institut für Umformtechnik in Stuttgart ein neues Kaltfließpressverfahren zur Herstellung von verzahnten Bauteilen entwickelt, das auf dem konventionellen Samanta-Prozess basiert. Die neuartige Fließpressmatrize des Guided Material Flow-Samanta (GMF-Samanta)-Verfahrens ermöglicht ein effizientes Kaltfließpressen von Verzahnungen. Mittels numerischer Simulationen und experimentellen Umformversuchen konnte erfolgreich nachgewiesen werden, dass das neue Guided Material Flow-Samanta-Verfahren zu einer signifikanten Reduktion der Stempelkraft und der Kontaktspannungen im Werkzeug bei gleichzeitiger Verbesserung der Formfüllung führt.

Evaluation of dry-in-place lubricants for cold forging by using an optimal steady combined forward and backward extrusion testing method

“…Cold forging is an advanced manufacturing technique that is inexpensive and is widely used in the mass production of industrial parts, such as stepped shafts [1,2] and complex gears [3,4]. Although cold forging has developed considerably over the course of more than 70 years, shortening the process chain [5], reducing the number of process steps [6], and developing hybrid raw parts [7] remain areas that warrant further research.…”

Adapted tool design for the cold forging of gears from non-ferrous and light metals

“…The application, however, is limited due to the low achievable die filling and gearing accuracy [2]. In previous research, influencing parameters on the material flow such as the shoulder angle [4] and adjustments of the infeed area [5] have already been identified. However, the influence of the material flow on the application relevant component properties was not investigated.…”