Qualifizierung neuer Tribosysteme zur Umformung höchstfester Stahlbleche
Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Peter Groche, Dipl.-Ing. Matthias Christiany, Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen der Technischen Universität Darmstadt
122 Seiten - 75,00 EUR (sw, 77 teils farbige Abb., 10 Tab.)
ISBN 978-3-86776-405-6
Zusammenfassung
Der Trend zur Verwendung höher- und höchstfester Blechwerkstoffe nimmt in der Blech verarbeitenden Industrie immer mehr zu. Gerade in der Automobilindustrie ist diese Entwick-lung besonders ausgeprägt. In diesem Industriezweig tragen die steigenden Sicherheitsan-forderungen an die Karosserie, die wachsende Bedeutung von Umweltschutzaspekten und die damit verbundene Forderung zur Reduktion des Fahrzeuggewichtes zu der genannten Entwicklung bei. Die hohen Festigkeiten der eingesetzten Werkstoffe ermöglichen die Kon-struktion gewichtsreduzierter Komponenten, ohne dass hierbei die Festigkeit der Bauteile vermindert wird.
Im Vergleich zu konventionellen Blechwerkstoffen zeichnen sich höherfeste Stähle durch eine reduzierte Umformbarkeit und höhere Festigkeiten aus. Hierdurch entstehen neue Her-ausforderungen an die Produktion. Beispielsweise sind höhere Umformkräfte erforderlich, was wiederum zu höheren Kontaktnormalspannungen in den Werkzeugen und zu erhöhten Prozesstemperaturen führt. Die erhöhten Belastungen, vor allem an Radien oder an Ziehsi-cken, verursachen signifikante Verschleißraten, die die Lebensdauer der Umformwerkzeuge herabsetzen. Resultierende Wartungskosten in Verbindung mit einer reduzierten Prozesssi-cherheit beeinflussen dabei die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes höchstfester Blechwerkstof-fe.
Inhalt des vorliegenden Forschungsvorhabens ist deshalb die Untersuchung und Analyse von Tribosystemen für die Umformung höchstfester Blechwerkstoffe. Neben der Auswertung von Werkzeugstandzeiten stand dabei die Implementierung eines Verschleiß-Monitoring-Systems im Vordergrund des Projektes. Darüber hinaus erfolgte eine Analyse der Ver-schleißentwicklung der Tribosysteme. Hierzu wurden unter anderem die Werkzeugtopogra-phie und das Verschleißvolumen sowie Blechrauheit, Temperatur und Zugkraftverläufe aus-gewertet.
Das erste Arbeitspaket beinhaltete konstruktive Änderungen am Prüfstand, um den Einbau des Monitoring-Systems zu ermöglichen. Zudem konnte anhand einer Parametervariation eine Variante des Streifenziehversuchs realisiert werden, bei der das entstehende Belas-tungskollektiv hohe Verschleißraten hervorruft. Somit ließen sich Verschleißuntersuchungen bei vergleichsweise geringen Hubzahlen durchführen.
Die Durchführung der Verschleißuntersuchungen in den Arbeitspaketen 2 und 3 gliedert sich einerseits in die Analyse der Verschleißentwicklung und andererseits in die Auswertung der erreichbaren Werkzeugstandzeiten. Hierzu wurde die Verschleißentwicklung der Tribo-systeme zunächst anhand der resultierenden Werkzeugtopographie und des Verschleißvo-lumens in vorher definierten Intervallen ausgewertet. Zusätzlich wurden mit Hilfe des Moni-toring-Systems Prozessparameter, wie z.B. die Blechrauheit, die Blechtemperatur und die Zugkraft kontinuierlich erfasst. Eine anschließende Korrelationsstudie zeigte, dass auf Basis des Monitoring-Systems eine nahezu lückenlose Analyse der Verschleißentwicklung ermög-licht wird. Zudem zeigten die Verschleißuntersuchungen deutliche Unterschiede bei der Standzeit und den Verschleißmechanismen der verwendeten Tribosysteme.
Abschließend wurden die gewonnenen Erkenntnisse anhand von Handlungsrichtlinien für die Umsetzung in der industriellen Praxis aufgearbeitet.
Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.
Das IGF-Vorhaben „Qualifizierung neuer Tribosysteme zur Umformung höchstfester Stahlbleche“ wurde unter der Fördernummer AiF 16604N von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 363 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
1 Zusammenfassung
2 Ausgangssituation und Anlass für den Forschungsantrag
3 Stand der Technik
3.1 Tief- und Streckziehen
3.2 Tribologie in der Umformtechnik
3.2.1 Höchstfeste Blechwerkstoffe
3.2.2 Werkzeugwerkstoff
3.2.3 Pulvermetallurgische Werkstoffe
3.2.4 Beschichtungen
3.2.5 Schmierstoffe
3.2.6 Oberflächenzustände
3.3 Tribologische Prüfmethoden in der Umformtechnik
3.3.1 Korrelation von Verschleißverhalten und Rauheiten im Streifenziehversuch
4 Vorgehensweise
5 Methodik
5.1 Versuchseinrichtung
5.1.1 Versuchswerkzeug
5.1.2 Versuchsablauf
5.2 Rauheitsmessungen
5.3 Messungen zur Bestimmung der Oberflächentopographie
5.3.1 Verschleißvolumen
5.4 Chromatisch konfokale Mikroskopie
5.5 Thermographiemessungen
5.6 Monitoring-System
6 Ergebnisse
6.1 Materialcharakterisierung
6.1.1 Blechwerkstoff
6.1.2 Werkzeugwerkstoff
6.2 Voruntersuchungen und FE-Simulation
6.2.1 Voruntersuchungen
6.2.2 FE-Simulation
6.3 Untersuchung der Verschleißentwicklung
6.3.1 Konventionelle Verschleißerfassung
6.3.2 Werkzeugrauheit und Oberflächentopographie
6.3.3 Blechtopographie
6.3.4 Verschleißvolumen
6.4 Erfassung der Verschleißentwicklung mittels Monitoring-System
6.4.1 Zugkraftverläufe
6.4.2 Erfassung der Blechrauheit
6.4.3 Erfassung der Blechtemperatur
6.5 Verschleißerfassung anhand des Monitoring-Systems
6.6 Ergebnisse der Verschleißuntersuchung
6.6.1 Stichversuch Schmierstoff
7 Zusammenfassung
8 Fazit
8.1 Hinweise für die praktische Anwendung der Forschungsergebnisse
8.1.1 Werkzeugstandzeiten
8.1.2 Prozessüberwachung
8.1.3 Beeinflussung des tribologischen Systems
9 Ausblick
10 Nutzen und wirtschaftliche Bedeutung des Forschungsthemas für kleine und mittlere Unternehmen (KMU)
10.1 Voraussichtliche Nutzung der angestrebten Forschungsergebnisse
10.2 Möglicher Beitrag zur Steigerung der Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit der KMU
11 Literaturverzeichnis
