Die Festigkeitseigenschaften von Aluminium können durch Hinzulegieren anderer Elemente erheblich gesteigert werden, so daß die gewichtssparenende und wertbeständigkeitssteigernde Substitution von Stahlwerkstoffen möglich wird. In diesem Zusammenhang haben sich in erster Linie Knetlegierungen des Typs AIMg und AIMgSi durchgesetzt.
Nachteilig ist jedoch, daß diese Aluminiumlegierungen bei Raumtemperatur ein gegenüber Tiefziehstahl geringeres Umformvermögen aufweisen. Dadurch sind kompliziertere Erzeugnisteile, die aus Stahl umformtechnisch ohne weiteres gefertigt werden können, nur mit erhöhten Werkzeugaufwand oder gar nicht aus Aluminium herstellbar.
Eine aussichtsreiche Möglichkeit, das Formänderungsvermögen von Aluminium zu verbessern, liegt in der Anhebung der Verarbeitungstemperatur in den sogenannten halbwarmen Bereich unterhalb der Rekristallisation des Werkstoffes. Bei gleichzeitiger Abnahme der Festigkeit ist eine beträchtliche Steigerung der Dehnrarugkeit der Al Mg-Legierungen mit steigender Temperatur möglich...
Aktualisiert: 2022-02-08
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Es hat sich gezeigt, daß mittels Kurzprüfverfahren die geeignete Werkzeugstoff-Werkstückstoff-Schmierstoff-Kombination bezüglich des Lochens von Stahl- und Aluminiumblechen ermittelt werden kann.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Stempeldurchmesser, Schneidspalt, Hubfrequenz , Stempel- und Schneidplattenwerkstoff bei verschiedenen Aluminium-Schmierstoff-Kombinationen konstant gehalten.
Dabei hat sich gezeigt, daß der Schwefelgehalt des jeweiligen Schmierstoffs einen entscheidenden Einfluß auf Aufschweißungen und erforderliche Kräfte bzw. Arbeiten hat. Die dabei festgestellten Tendenzen bestätigen die Ergebnisse aus den entwickelten Kurzprüfverfahren.
Es wäre nun noch zu untersuchen, welchen Einfluß eine Veränderung besonders der Hubfrequenz und der Blechdicke beim Lochen von Aluminiumblechen ergibt und ob die entsprechenden Kurzprüf- versuche bei größerer Blechdicke längere Reibzeit und somit längerem Reibweg diese Ergebnisse ebenso bestätigen. Zur Durchführung einer weiteren Arbeit wäre auch besonderer Wert auf den Bau einer Kurzprüfanlage zu legen, mit welcher vor allem unabhängig von anderen Produktions- und Prüfeinrichtungen exakte Kurzprüfversuche durchgeführt werden könnten.
Eine solche, an unserem Institut bereits konzipierte Anlage, war jedoch innerhalb des vorliegenden Forschungsvorhabens finanziell nicht abgesichert und auch so nicht vorgesehen. Im Hinblick auf die vor allem aus wirtschaftlichen Gründen an Bedeutung gewinnende Problematik der Schmierung, speziell auch beim Lochen von Aluminiumblechen wäre es wünschenswert, im Zuge der zunehmenden Aluminiumverarbeitung, Forschungen in der hier beschriebenen Richtung weiterbetreiben zu können.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Es sollte in einer umfangreichen experimentellen Parameterstudie das Rückfederungsverhalten von Feinblechen unter definierten Tief- und Streckziehbedingungen untersucht werden, d.h. bei einer Kombination aus Biegung mit ein- bzw. zweiaxialer Zugspannungsüberlagerung. Dies sollte in einem Modellziehversuch geschehen, der eine definierte Überlagerung von Biege- und Zugumformung gewährleistet, um so die Einflüsse verschiedener Parameter besser voneinander getrennt untersuchen zu können, als dies bei komplexen Realwerkzeuggeometrien möglich ist.
Zur Abbildung dieser komplexen Umformbedingungen wurde für die experimentellen Untersuchungen ein Modellversuch "Hutprofilziehen mit Zugspannungsüberlagerung" im Rahmen dieses Vorhabens konzeptionell entwickelt und maschinentechnisch realisiert. Mit diesem Modellversuch ist es wie gefordert möglich, der Biegeumformung an den Werkzeugradien definierte ein- und zweiaxiale Zugspannungen in der Blechebene zu überlagern.
Die vorgestellten experimentellen Ergebnisse liefern damit konkrete Aussagen zur rückfederungsbeeinflussenden Wirkung einzelner Verfahrensparameter.
Weiterhin konnten geeignete Strategien zur verfahrenstechnischen Beeinflussung der Rückfederungen aufgezeigt werden. Zielsetzung weiterer Forschung sollte eine bauteilspezifische Übertragung dieser Modellversuchsergebnisse auf Realbauteilgeometrien sein. Außerdem sollte auf der Basis der erarbeiteten Grundlagen in Zukunft das numerische Experiment zur Analyse der Rückfederungen verstärkt eingesetzt werden.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Die Schwingschnittschere ist auf Grund des kastenförmigen Profils des Messerbalkens in Schneidspaltrichtung wesentlich steifer als eine Kulissenschere mit einen plattenförmig ausgebildeten Messerbalken. Schwingschnittscheren sind deshalb besonders für das Schneiden dickerer Bleche mit höheren Schneid- und Drängkräften geeignet.
Eine Abhängigkeit der Schnittfächenparameter von der Messerkoordinate konnte bei der Schwingschnittschere im Gegensatz zu der Kulissenschere nicht festgestellt werden.
Die geringen Wirkwinkeländerungen (10 m) sollten jedoch das Obermesser auf eine verdrillte Flanschfläche gespannt werden und die Wirkwinkeländerungen klein zu halten.
Negative Auswirkungen auf die Schnittflächenqualität entstehen durch das Abbiegen des Abschnittes bei Schnittende. Infolge des kleiner werdenden Restquerschnittes erfolgt ein Abbiegen bevor das Obermesser eindringt. Dadurch entstehen besonders bei dicken Blechen große Messerkontaktbreiten und Messerkontakthöhen. Eine Verbesserung für dickere Bleche könnte durch eine aktive Hochhaltung erzielt werden.
Die Zusammenhänge zwischen Wirkwinkeln und räumlicher Geometrie der Flanschfläche am Messerbalken der Schwingschnittschere (Balligkeit, Verdrillung) werden in der Arbeit beschrieben und können für den Konstrukteur sehr hilfreich sein.
Die statische Verformungsanalyse des Tisch- und Messerbalkenprofils der Schwingschnittschere mit einem Balkenmodell zeigt, dass Biege- , Schub- und Torsionsanteile teils gegenläufigen Einfluss auf die Verformung in Schneidspaltrichtung haben. Durch Optimierung der Querschnittsprofilparameter lassen sich deshalb hohe Steifigkeiten erreichen.
Die unterschiedliche Steifigkeit der hydraulischen Druckpunkte am Messerbalken der Schwingschnittschere führt zur Verwindung des Scherengestells was jedoch keinen Einfluss auf die Schnittflächenqualität hat.
Die experimentell ermittelte Schneidkraft ist besonders bei dicken Blechen wesentlich kleiner als durch das Produkt von 0,8 * Rm *Scherdreiecksfläche berechnet wird. Das verdeutlicht, dass die durch Scherspannungen belastete Fläche wesentlich kleiner als das Scherdreieck ist.
Quantitative Aussagen zur Verformung der Abschnitte in Abhängigkeit von deren Geometrie können nicht getroffen werden. Die Verformung der Abschnitte hängt im hohen Maße von den Eigenspannungen in der Tafel ab. Aufeinanderfolgende Abschnitte gleicher Geometrie (von gleicher Tafel!) zeigten bei dicken Blechen wesentlich verschiedene Verformungszustände.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Im Rahmen dieser Untersuchungen wurde das Reib- und Verschleißverhalten ausgewählter Oberflächenschichten beim Tiefziehen von X 5 CrNi 18 9, Al 99,5 und AlMg 0,4 Si 1,2 mit dem "Intermittierenden Streifenziehversuch mit Umlenkung" untersucht.
Als Werkzeugwerkstoff wurde ein vergüteter Kaltarbeitsstahl eingesetzt, mit dem auch die Oberflächenbehandlungen Nitrieren, Borieren, Vanadieren und Hartverchromen durchgeführt wurden. Hinzu kamen Beschichtungen nach dem CVD-Verfahren: Titankarbid, Titannitrid und Chromkarbid. Als Sonderlegierungen wurden neben CrMo-legiertem Grauguß, Aluminium-Mehrstoff-Brenzen und Hartstoffe wie Hartmetall und Ferro-Titanit für die tribologischen Untersuchungen eingesetzt.
Die Ergebnisse der Verschleißuntersuchung haben gezeigt, daß eine Standmengenverbesserung über die Wahl geeigneter Werkzeugwerkstoffe oder deren Beschichtung möglich ist.
Beim Ziehen von X 5 CrNi 18 9 erzielten die vanadierten, TiCund TiN-beschichteten Werkzeuge und die Aluminium-Mehrstoff-Brenzen die besten Ergebnisse. Beim Reinaluminium lieferten das Hartmetall und die pastenborierten Werkzeuge optimale Werte.
Die Versuche mit AlMg 0,4 Si 1,2 verdeutlichen schließlich die Eignung der Mehrlagenbeschichtung TiC/TiN,der pastenborierten Werkzeuge und das ausgezeichnete Reibverhalten der MehrstoffBronzen.
Abschließend ist in Tiefziehversuchen der Beweis erbracht worden, daß die Ergebnisse des Streifenziehversuchs zumindest qualitativ auf tribologische Vorgänge beim Tiefziehen übertragen werden können.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Die Untersuchungen zeigten, daß sich die seit längerem bekannten Hochgeschwindigkeitseffekte beim Schneiden von Stahl auf handelsüblichen Schnellläuferpressen erzielen lassen.
Im Einzelnen werden folgende Qualitätsparameter beeinflusst:
1. Die Grathöhe nimmt bei gleichzeitiger Verkleinerung der Gratfußbreite ab.
2. Die Bruchzone wird größer; gleichzeitig sinken die Konizität und die Rauheit der Bruchzone. Bei Schneidgeschwindigkeiten > 0,8 m/s konnten keine Zipfelbildungen mehr beobachtet werden. Die Bruchzone erreicht einen hohen Traganteil und kann somit die Aufgabe einer Funktionsfläche übernehmen.
3. Der durch die Umformung beeinflusste Randbereich wird deutlich kleiner.
4. Voraussetzung für das Verfahren ist die Anpassung der bewegten Teile des Werkzeugs an die durch die hohen Beschleunigungen auftretenden Kräfte sowie der Einsatz geeigneter Werkstoffe für die Schneidelemente. Höchste Standmengen werden mit geschweißten Verbundwerkstoffen erreicht.
Der E-Modul des zu schneidenden Werkstoffs gibt Aufschluss über die zu erwartenden thermischen Belastungen des Schneidstempels (je kleiner der E-Modul, desto höher die thermische Belastung). Die thermische Belastung der Schneidmatrize ist in der Regel gering.
Folgende Nachteile des Verfahrens sind zu nennen:
1. Die Presse kann nur bis zu 50% über Nennkraft beansprucht werden (genormter Auslegungsbereich ± 30° vor UT).
2. Die Stempel können nicht nachgeschliffen werden, da die Mantelfläche über die volle Stempellänge verschleißt (Bild 59). Geschweißte Stempel können wieder aufbereitet werden.
Da das Verfahren neben der Verbesserung vieler Qualitätsparameter gleichzeitig die Ausbringung der Presse steigert, ist ein wirtschaftlicher Einsatz für eine große Produktpalette zu erwarten.
Als Ausgangswerte für eine Optimierung des Verfahrens für Werkstoffe, die in dieser Untersuchung nicht berücksichtigt wurden, wird ein Schneidspalt von 6 % und eine minimale Anschneidgeschwindigkeit von 0,8 m/s empfohlen.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Die Anwendbarkeit der Halbwarmumformung von Aluminiumblechen beim Ziehen von unregelmäßigen Bauteilen wurde hier exemplarisch für ein bestimmtes Ziehteil nachgewiesen. Bei Ziehteilen von anderer Geometrie muß das Temperaurfeld an die Bauteilgeometrie angepaßt werden. Dabei können die hier vorgestellten Strategien sicherlich eine Hilfe sein, ein für alle Ziehteile, gültiges Patentrezept konnte jedoch nicht entwickelt werden. Hier ergibt sich ein ähnliches Problem wie auch bei der konventionellen Ziehtechnik Der Vorgang ist so komplex, daß er sich einer einfachen Betrachtung entzieht. Daher muß die Ermittlung eines geeigneten Temperaturfeldes empirisch oder durch Einsatz der Finite-Elemente-Methode geschehen.
Die Halbwarmumformung von Aluminiumziehteilen ermöglicht die Fertigung von Bauteilen, die mit konventioneller Ziehtechnik aus diesem Werkstoff nicht herstellbar sind. Von Seiten der Hochschule konnte nachgewiesen werden, daß das Verfahren grundsätzlich funktioniert. Es liegt jetzt an der Industrie, hier Entwicklungsarbeit zu leisten und eine Übertragung der Ergebnisse durchzuführen.
Die hier vorgestellte Ziehtechnik steckt noch in ihren Anfängen, wie bei jedem neuen Verfahren müssen zunächst Erfahrungen gesammelt werden.
Die partielle Erwärmung macht den Prozeß schwieriger beherrschbar, hier sind also entsprechende Erfahrungen notwendig, um das Verfahren in einer Serienfertigung in den Griff zu bekommen. Derzeit erscheint ein Einsatz des Verfahrens in der Großserienfertigung nicht realistisch. Besonders die durch die Aufheizung der Teile bedingten langen Bearbeitungszeiten erscheinen problematisch. Es wäre jedoch denkbar, das Verfahren zunächst bei der Fertigung von Kleinserien zu testen. Geeignet wären hier besonders Teile, die bei Raumtemperatur schon fast gezogen werden können und bei denen nur noch ein kleiner Schritt getan werden muß.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurden für das Innenhochdruck-Umformen von unverschweißten Blechen die Verfahrensgrundlagen Zuführung des Umformmediums zwischen die Blechplatinen, Abdichtung der Blechplatinen im Flansch gegen den lnnendruck, Konturausformen mittels Innendruck und Schneiden mit Innendruck untersucht sowie der Einsatz der Druckfügetechnik im Umformwerkzeug erprobt. Das Werkstückstoffspektrum umfaßte die gängigen Feinblechgüten im Automobil- und Gerätebau DC04, AIMgG5Mn, ZStE340 und X5CrNi18 9 im Wandstärkenbereich 1 mm bzw. 1.15mm.
Die untersuchten Andocksysteme, also die Art der Zuführung des Umformmediums zwischen die Blechplatinen, lassen sich prinzipiell in Andocksysteme innerhalb und außerhalb der Blechtrennebene einteilen. Bei den Andocksystemen außerhalb der Blechtrennebene kann noch unterschieden werden, ob das Andocksystem im Flansch oder in der Aufweitzone liegt. Die durchgeführten Untersuchungen zeigten, daß jedes Andocksystem mit spezifischen Vor- und Nachteilen behaftet ist, die bei unterschiedlichen Bauteilgeometrien unterschiedlich zum Tragen kommen können.
Die Auswahl eines Andocksystems für ein Bauteil hat demnach immer bauteilspezifisch zu erfolgen.
Die im Rahmen dieses Forschungsvorhabens betrachtete Abdichtung der Blechplatinen gegen das Umformmedium im Flansch hatte zum Ziel alleine über eine ausreichende Flächenpressung zwischen den Blechen, welche über die Pressen-Schließkraft eingeleitet wird, abzudichten.
Durch eine gezielte Steuerung der Pressen- Schließkraft in Abhängigkeit des Innendrucks kann hierbei einerseits eine ausreichende Abdichtung gegen den Innendruck erreicht werden und anderseits ein Nachlaufen des Werkstoffes aus dem Flansch ermöglicht werden. Die Untersuchungen zeigten, daß die hierzu erforderliche Dichtkraft stark von den sich im Flansch einstellenden lokalen Blechdickenzunahmen abhängen. So erfordern Bauteile mit größeren Ziehtiefen, die auch im Flansch größere lokale Blechdickenunterschiede aufweisen, höhere Dichtkräfte.
Die höheren Dichtkräfte haben auch indirekt höhere mittlere Flächenpressung zwischen Werkstück-Werkzeug im Flansch zu Folge und somit Einfluß auf die Formgebungsgrenzen und auf die tribologischen Anforderungen.
So konnten z.B. Bauteile mit einem fiktiven Ziehverhältnis von ß - 1,53 noch mit einem konventionellem Ziehöl ausgeformt werden. Bauteile mit einem fiktiven Ziehverhältnis von ß - 1,96 erforderten hingegen schon die Verwendung von Schmierstoffen, wie z.B. PTFE-Folie oder Wachs-Emulsion, die geringere Reibzahlen 1-1 aufweisen.
Die experimentellen Untersuchungen zur Konturausformung wurden anhand zweier Werkzeugsysteme durchgeführt. An einem sogenannten Werkzeugsystem der ersten Generation wurden rechteckige Bauteile, deren Halbschalen Ziehtiefen von bis zu 60 mm besaßen (Ziehverhältnis ß- 1,96) ausgeformt Mit diesem Werkzeug war es auch möglich asymmetrische Bauteile auszuformen, also Bauteile deren Halbschalen unterschiedliche Ziehtiefen besaßen, z.B. Unterhalbschale Ziehtiefe 30 mm und Oberhalbschale 60 mm.
Die Erprobung der Prozeßkette Konturausformen mittels lnnendruck, Schneiden von Aussparungen mittels Innendruck sowie der Einsatz der Druckfügetechnik im Umformwerkzeug erfolgte in einem weiteren Werkzeug, welches pro Halbschale zwei unterschiedliche Ziehtiefenniveaus aufweist. Mit diesem Werkzeug war es möglich ein komplexes hohlförmiges Bauteil aus zwei Blechplatinen auszuformen, zeitlich versetzt zwei Aussparungen in das Bauteil entweder mit oder gegen den Innendruck einzubringen sowie im Anschluß an die Innenhochdruck- Prozesse die beiden ausgeformten Halbschalen im Umformwerkzeug mittels der Druckfügetechnik an 5 Punkten zu verbinden.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird der rechnerunterstützte Technologie-Speicher Blechumformung als Softwaresystem geschaffen.
Der Technologie-Speicher dient der Abspeicherung bewährter Stadienfolgen mit bildlicher Darstellung der Blechformteile und der Möglichkeit der Recherche nach gleichen oder ähnlichen Werkstücken.
Ausgehend von der Erstellung eines spezifischen Klassifizierungssystems für diesen Technologie-Speicher, erfolgt der Aufbau des Systems.
Das Klassifizierungssystem wird nach den Ordnungsgesichtspunkten:
• nach der geometrischen Form,
• zukünftige Entwicklungen sind zu berücksichtigen und
• Anpassungsfähigkeit muss gewährleistet sein entsprechend einer Baumstruktur entwickelt.
Der Aufbau des rechnerunterstützten Technologie-Speichers erfolgt in zwei Komplexen.
Der Komplex 1 - "Klassifizierung" beinhaltet alle notwendigen Programme zur Klassifizierung der Blechformteile. Mit diesem Programm können Werkstücke durch eine grobe, aber weitgehend eindeutige Beschreibung der geometrischen Gestalt und ihre Einordnung in Werkstoff- und Abmessungsbereiche klassifiziert werden.
Der Komplex 2 - "Recherche" enthält das Recherchesystem für die Ermittlung gleicher bzw. ähnlicher Blechformteile. Das Programm "Recherche/Auswertung" realisiert eine schnelle Suche nach gleichen oder ähnlichen Werkstücken im Technologie-Speicher.
Durch Anbieten verschiedener Recherchevarianten können spezielle Formen des Werkstückes priorisiert werden.
Ergebnis der Recherche ist die Bereitstellung der Angaben zum Blechformteil auf einem Technologieerfassungsblatt sowie die Bereitstellung der zum Blechformteil gehörenden Fertigteilskizzen bzw. Skizzen der Arbeitsfolgen.
Über spezielle Eingabe- und Pflegekomponenten wird das System gewartet.
Als Thematik, die einer weiteren Vertiefung bedarf, läßt sich benennen die Weiterentwicklung bzw. die Änderung des Klassifizierungssystems entsprechend der Produktpalette beim Anwender, seine Anpassung an Standardschnittstellen (z.B. CAD, Scanner), Anpassung an die DV-Umgebung des Anwenders, als auch die Schaffung von Schnittstellen zu Datenbanken.
Übergeordnetes Ziel ist die Integration der Angebotsarbeit mit Kosteninformation, die Anpassung der einzuspeichernden Daten an Firmenbelange und die Erweiterung der technologischen Informationen zur Verkürzung der Produktionsvorbereitungsphase und Reduzierung von Kosten besonders für kleine und mittlere Unternehmen.
Gemeinsam vom FhE/IUW Chemnitz und vom IFUM Hannover wurde ein rechnerunterstützter "Technologiespeicher Blechumformung" entwickelt, mit dessen Hilfe auf der Grundlage ähnlicher Teile geometrische und technologische Parameter für neu zu fertigende Teile ermittelt werden können. Die Arbeiten am IFUM Hannover umfassten dabei die Bereitstellung bzw. den Abgleich geometrischer und technologischer Kennwerte zu vorhandenen Stadienfolgen.
Zur Nachrechnung der im Technologiespeicher vorhandenen Stadienfolgen wurden zwei am IFUM entwickelte Programme zur Ziehteilauslegung eingesetzt. Das Programm "TiefziehStuf“ dient der überschlägigen Auslegung der Zugabstufung und basiert im wesentlichen auf verfahrensgebundenen Werkstoff- und Geometriekennwerten und praxisnahen Erfahrungswerten. Das Programm "PressKon" enthält verschiedene Module zur Berechnung der Versagensarten "Reißer" und "Falten" und zur Sicken- und Zuschnittauslegung. Die Grundlage bilden hier Berechnungsansätze zur Ermittlung der Umformkräfte aus der elementaren Plastizitätstheorie.
Die berechneten Ziehstufenzahlen sind zumeist deutlich geringer als die Stufenzahlen im Technologiespeicher. Hieraus kann auf relativ große Fertigungssicherheiten bei der konventionellen Auslegung von Stadienfolgen geschlossen werden, die aus der empirischen bzw. intuitiven Vorgehensweise des Planers resultieren.
Demgegenüber stehen Gründe für zu geringe Stufenzahlen aus den Berechnungen.
Dies sind im wesentlichen fertigungstechnologische Gesichtspunkte und Qualitätsanforderungen an das Fertigteil, die bei der Berechnung nicht oder nur bedingt berücksichtigt werden. Hier wären die Faltenbildung bei konischen Teilen, Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit, die Gefahr von Kaltverschweißungen infolge überhöhter Flächenpressungen sowie Stückzahlen und geplante Werkzeugstandmengen zu nennen.
Die Vergleichbarkeit der Berechnungsergebnisse und der Technologiespeicherdaten ist allerdings aufgrund fehlender Werkstoffkennwerte aus dem Technologiespeicher insgesamt eingeschränkt.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Aufgrund fertigungsbedingter Schwankungen, beispielsweise bei der Blechherstellung, ist es z. Zt. nicht möglich, die tribologischen Bedingungen über längere Zeiträume konstant zu halten. Vor dem Hintergrund wachsender Bauteilkomplexität und fortschreitender Automatisierungs- und Flexibilisierungsbestrebungen erlangt diese Problematik besonders in der Karosserieteilefertigung zentrale Bedeutung. Sollen entsprechende Fertigungskonzepte realisiert werden, so muß es gelingen, wenigstens annähernd schwankungsfreie tribologische Verhältnisse sicherzustellen. In der Praxis behilft man sich häufig damit, die aufgetragene Schmierstoffmenge zu erhöhen, um damit Schwankungen in den Prozeßbedingungen vorzubeugen. Dies kann aber weder im Hinblick auf eine wirtschaftliche noch auf eine umweltverträgliche Fertigung der richtige Weg sein.
Benötigt werden Kenngrößen, die den Anwender in die Lage versetzen, beispielsweise auf Schwankungen der Blechoberfläche bereits im Vorfeld der Fertigung durch gezielte Veränderung des Schmierfilmauftrags zu reagieren, wobei dessen Minimierung im Vordergrund des Interesses steht.
Die im Rahmen dieses Projektes durchgeführten Streifenziehversuche haben gezeigt, daß in Abhängigkeit von der Topografie des Bleches eine charakteristische Schmierstoffmenge existiert, ab der sich das tribologische Verhalten ändert.
Die charakteristische Schmierstoffmenge kann durch die Vermessung der Oberfläche bestimmt werden. Das Leervolumen der Topografie entspricht der charakteristischen Schmierstoffmenge, wenn die Einglättung der Spitzen und der Welligkeit der Topografie infolge des tribologischen Kontakts berücksichtigt wird.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Methode entwickelt, mit der in Abhängigkeit von Beanspruchung und Topografie die zum Ziehen erforderliche Schmierstoffmenge abgeschätzt werden kann. Je nach geforderter Genauigkeit und nach möglichem Aufwand kann die Berechnung anhand einfacher 2D-Kenngrößen oder funktionsorientiert gefilterter 3D-Kenngrößen erfolgen.
Besonders kleinen und mittelständischen Unternehmen, denen aufwendige Methoden zur Beurteilung der Schmierstoffmenge nicht zur Verfügung stehen, wird damit eine einfache und effiziente Methode geboten, die Beölungsmenge den jeweiligen Beanspruchungsbedingungen und der Topografie anzupassen.
Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Ziel des Forschungsvorhabens war es, über eine Verschleißanalyse mit Hilfe von gezielten Maßnahmen bei der Wahl des Werkzeugwerkstoffs und dessen Beschichtung den Werkzeugverschleiß beim Scherschneiden im geschlossenen Schnitt zu vermindern.
Die eingesetzten Blechwerkstoffe - zwei Elektrobleche und zwei rost- und säurebeständige Bleche - wurden ausgesucht, um die Werkzeuge möglichst unterschiedlichen Beanspruchungen auszusetzen. Die beiden Elektrobleche entfalten vorherrschend abrasive Verschleißmechanismen, während die rost- und säurebeständigen Bleche eher zu Adhäsionen neigen.
Die Versuchsergebnisse haben gezeigt, daß bei den Elektroblechen V360 - 50A bzw. V135 - 50A und beim ferritischen Chrom-Titan-Blech (X5 CrTi 12) der Stirnflächenverschleiß überwiegt, während beim austenitischen Chrom-Nickel-Blech (X5 CrNi 18 9) der Mantelflächenverschleiß dominiert.
Bei dominantem Mantelflächenverschleiß bietet sich der Kaltarbeitsstahl X 155 CrVMo 12 1 in Verbindung mit einer TiC/TiN-Beschichtung nach dem CVD-Verfahren an. Ein derartig präpariertes Werkzeug kann auch ohne Stirnflächenbeschichtung, d.h. im nachgeschliffenen Zustand, gefahren werden. Mindestens ebenso gute Ergebnisse werden erzielt mit S 6-5-3 als Grundwerkstoff und einer TiN-Beschichtung nach dem PVD-Verfahren, wenn eine hohe Schneidgeschwindigkeit (> 0,6 m/s) gewählt wird. Hartmetall, ein Werkstoff der im Zusammenhang mit allen anderen Versuchsblechen Maßstäbe setzte hinsichtlich der Verschleißfestigkeit, kann in Verbindung mit X5 CrNi 18 9 nicht überzeugen.
Herrscht Stirnflächenverschleiß vor, sollte der TiN(PVD)-beschichtete S 6-5-3 mit Stirnflächenbeschichtung eingesetzt werden. Ist ein Nachschliff erforderlich, bietet ein derart präpariertes Werkzeug immer noch gute bis sehr gute Ergebnisse. Bei den Reaktionsschichten hingegen wirkt sich ein stirnflächenseitiger Nachschliff der Werkzeuge aufgrund der auftretenden Schneidkantenversprödung eher standmengenerhöhend aus. Borierter oder nitrierter Kaltarbeitsstahl erlaubt in Verbindung mit Elektroblech nahezu ebenso gute Standmengen wie die besten Werkzeuge mit Auflageschicht.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Das Scherschneiden, als ein wichtiges und häufig eingesetztes Glied innerhalb der Bearbeitungsfolge eines Blechteils, führt vielfach durch die hohe Werkzeugbeanspruchung zu Produktionsstillständen infolge Werkzeugverschleiß. Das Forschungsvorhaben wurde mit dem Ziel initiiert, über die Wahl des Werkzeugstoffs oder dessen Beschichtung den Werkzeugverschleiß zu reduzieren.
Der Komplexbeanspruchungszustand wird maßgeblich von der Zusammensetzung und den Eigenschaften des Blechwerkstoffs bestimmt. Die verwendeten Blechwerkstoffe waren dahingehend ausgesucht, die untersuchten Werkzeugstoffe, bzw. Beschichtungen möglichst unterschiedlichen Beanspruchungszuständen zu unterwerfen.
Als Werkzeugstoffe wurden ein Kaltarbeitsstahl, ein ESU-erschmolzener und pulvermetallurgisch hergestellter Schnellarbeitsstahl sowie ein Hartmetall verwendet. Darüber hinaus ist das Verschleißverhalten von TiC- und TiN-Schichten nach dem CVD-Verfahren und einphasigen Boridschichten auf dem Kaltarbeitsstahl untersucht worden.
Die Untersuchungsauswertung hat gezeigt, daß bei hohem abrasivem Verschleiß, wie er vorzugsweise bei hochsiliziertem Elektroblech auftritt, Hartmetallwerkzeuge die besten Ergebnisse liefern, während die Boridschicht den CVD-Schichten deutlich überlegen ist. Unabhängig vom Beanspruchungszustand weist der PM-Schnellstahl gegenüber dem ESU-erschmolzenen ein günstigeres Verschleißverhalten auf. Bei vorwiegend adhäsiver Beanspruchung sollten die Werkzeuge CVD-beschichtet werden, um ausreichende Standmengen und Produktionssicherheit zu gewährleisten.
Aktualisiert: 2022-02-08
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Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde die Oberflächenfeingestalt von Tiefziehblechen aus Stahl hinsichtlich ihres tribologischen Verhaltens mit Hilfe eines Tastschnittgerätes untersucht.
Um bei der Vielzahl von Einstellmöglichkeit, die das rastschnittgerät bietet, reproduzierbare Rauheitskennwerte bei unterschiedlichen Blechoberflächen (SBT, EDT und Lasertex) zu erhalten, wurden zu Beginn des Vorhabens Einstellparameter wie Filterart (Digital- oder ReFilter), Cut-Off, Meßlänge, Abtastwinkel zur Walzrichtung, Tasterart usw. variiert und die Ergebnisse ausgewertet. Als erstes Ergebnis des Vorhabens entstand eine Meßvorschrift, welche die reproduzierbare Rauheitsmessung von Tiefziehblechen erlaubt. Um das Reibungsverhalten der Bleche besser charakterisieren zu können, wurde ein zusätzlicher Rauheitsparameter - die Glättungstiefe GP- eingeführt.
Dieser Parameter errechnet sich aus den Materialanteilkurven von 10 parallelen rastschnitten (Fläche: 10 x 10 mm2) und gibt anschaulich das zur Aufnahme von Schmierstoff zur Verfügung stehende Leervolumen im Oberflächengebirge wieder. Hierdurch wird es möglich, anhand der gemessenen Oberflächenrauheit die zum Umformen nötige Schmierstoffmenge abzuschätzen.
Mit Hilfe der Meßvorschrift und der ausgewählten Rauheitsparameter war es möglich, die Wandlung während des Umformvorganges näher zu erforschen.
Es wurden fünf ausgewählte Tiefziehbleche mit gleichen Materialeigenschaften aber unterschiedlichen Oberflächenstrukturen untersucht. Um reproduzierbare Umformbedingungen zu gewährleisten, wurden die Experimente auf einer Streifenziehanlage durchgeführt. Hiermit konnten die unterschiedlichen Mechanismen zur Oberflächenwandlung, wie Aufrauhung durch plastische Formänderung bzw. Einglättung durch Kontaktnormalspannung getrennt werden. ln Umlenkversuchen mit den Umlenkradien von 5, 10 und 15 mm wurden die Reibungsverhältnisse sowie die Oberflächenwandlung erfaßt, um Aussagen treffen zu können, welche Oberfläche die Reibung günstig beeinflußt...
Aktualisiert: 2022-02-08
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Wie bei den meisten Kaltumformverfahren liegt auch beim Tiefziehen ferritischer Werkstoffe unter Schmierung Mischreibung vormit, je nach Schmierstoffverhalten, beträchtlichen Grenzreibungsanteilen.
Da unter diesen Bedingungen ein verschleißloses Umformen nicht möglich ist und die Verschleißbeanspruchung vornehmlich in oberflächennahen Bereichen wirksam werden, gewinnt der Einsatz verschleißfester Oberflächenschichten zunehmend an Bedeutung.
Um die Zeit- und Materialaufwendige Tiefziehversuche zu vermeiden, wurde ein Modell-Verschleißprüfgerät in Form eines intermittierenden Streifenziehversuches mit Umlenkung entwickelt, dessen System dem Tribo-System beim Tiefziehen mit Niederhalter ähnlich ist.
Mit Hilfe dieses Prüfgerätes war eine einwandfreie Klassifizierung ausgewählter Oberflächenschichten bezüglich ihrer Adhäsionsneigung zum ferritischen Umformwerkstoff möglich, wobei der Verlauf von Streifenrauhigkeit, Reibwert sowie der reibbedingten Temperaturerhöhung der Ziehwerkzeuge zur Verschleißbeurteilung herangezogen wurde.
Die so gewonnenen Ergebnisse wurden durch Industrieversuche stichpunktartig an unbeschichteten, hartverchromten und Titankarbid-belegten Werkzeugen überprüft. Es zeigte sich, daß die Modellversuche mit unwesentlichen Einschränkungen auf die Vorgänge beim Tiefziehen übertragbar sind.
Teilergebnisse dieser Untersuchungen wurden bereits veröffentlicht.
Aktualisiert: 2022-02-08
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