Effektiver Modellversuch zur Abschätzung der Werkzeugstandzeit
Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Peter Groche, M.Sc. Yutian Wu, M.Sc. Philipp Schumann, Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen, Technische Universität Darmstadt
124 Seiten - 90,00 EUR (sw, 69 teils farbige Abb., 28 Tab.) 
ISBN 978-3-86776-645-6
Zusammenfassung
Dieser Abschlussbericht dient der Beschreibung der Vorgehensweise zur Standzeitabschätzung von Umformwerkzeugen mittels Verschleißfestigkeitsanalyse. Zum besseren Verständnis für den Anwender werden ein Abstreck- und ein Verzahnungsprozess als Beispiel angeführt. Die Modelle zur Ableitung der Verschleißfestigkeitskennlinien (VFK) sind dargestellt. Für Werkzeuge mit und ohne Beschichtung werden unterschiedliche Schätzmodelle angewendet.
Neben der Verschleißfestigkeitsanalyse wird im Rahmen dieses Abschlussberichts auch eine Methode der frühzeitigen Inline-Verschleißdetektion durch thermoelektrische Messung präsentiert. Vor der Bearbeitung dieses Projekts wurde diese Methode nur für Werkzeuge ohne Beschichtung angewendet. In diesem Projekt wird die thermoelektrische Messung als Methode zur Verschleißdetektion für Werkzeuge mit Beschichtung verwendet und validiert. Dies bestätigt die Anwendbarkeit der Methode im industriellen Umfeld.
Die beschriebenen Methoden zur Verschleißdetektion und Standzeitvorhersage sind insbesondere für die Blechverarbeitung vorteilhaft. Die Abschätzung der Verschleißfestigkeit oder Werkzeugstandzeit hilft bei der optimierten Planung des Wartungsintervalls in der Produktion und der Reduktion des Ausschusses. Neben Anwendern der Blechumformungstechnologie sind die vorgestellten Methoden auch von Schmierstoffherstellern und Beschichtern nutzbar. Die beschriebene Methode ermöglicht es auch, mit kleinem Versuchsumfang den Verschleißschutz von Schmierstoffen und Beschichtungen zu charakterisieren.
Förderhinweis
Das IGF-Vorhaben „Effektiver Modellversuch zur Abschätzung der Werkzeugstandzeit" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 21116N über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 587 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Summary
The aim of this final report is the description of the procedure for the life span estimation of forming tools through wear resistance analysis. For a better understanding by the user, an ironing process and a gear forming process are given as examples. The models for the derivation of the wear resistance curves (WRC) are shown. Different estimation models are applied for tools with and without coating.
In addition to wear resistance analysis, a method of inline premature wear detection via thermoelectric measurement is also presented in this final report. Before the processing of this project, this method is applied merely for tools without coating. In this project, thermoelectric measurement is used as a wear detection method for tools with coating and its validity is also verified. This confirms the applicability of the method for industrial application.
The described methods for wear detection and tool life prediction are especially beneficial for sheet metal processing. The estimation of the wear resistance or tool life helps to optimize the planning of the maintenance interval in production and the reduction of scrap production. In addition, the methods presented can also be used by lubricant manufacturers and coating suppliers. The method described makes it possible to characterize the wear protection of lubricants and coatings even on a small test scale.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungs- und Formelverzeichnis
1 Einleitung
2 Ausgangssituation und Motivation
3 Stand der Technik
3.1 Blechmassivumformung
3.2 Tribologie in der Blechumformung
3.2.1 Grundlagen des Verschleißes
3.3 Modellversuche zur Charakterisierung des Verschleißverhaltens eines tribologischen Systems
3.3.1 Übertragbarkeit der Verschleißentwicklung von realem Prozess und Streifenziehversuch
3.4 Methoden der Verschleißdetektion
3.4.1 Herkömmliche Methode
3.4.2 Inline-Methode auf Basis thermoelektrischer Messung
3.5 Ansätze zur Standzeitabschätzung in der Umformtechnik
3.5.1 Einführung in die Verschleißfestigkeitskennlinien
3.5.2 Eigenschaften von Verschleißfestigkeitskennlinien
3.6 Fazit
4 Motivation und Zielsetzung
4.1 Vorgehensweise
4.2 Aufbau des Abschlussberichts
5 Analyse des Umformprozesses und Werkzeugdimensionierung
5.1 Einführung
5.2 Werkzeugdimensionierung für den Abstreckprozess der Fa. Hans Berg
5.2.1 Einführung in den Abstreckprozess
5.2.2 Prozesssimulation zur Bestimmung der tribologischen Lasten
5.2.3 Werkzeugdimensionierung für den Streifenziehversuch
5.2.4 Validierung des Modellversuchs
5.2.5 Auslegung der Werkzeuge für Versuche bei erhöhten Lastniveaus
5.3 Werkzeugauslegung für einen Verzahnungsprozess der Fa. ZF Friedrichshafen
5.3.1 Blechmassivumformung von Verzahnungen
5.3.2 Prozesssimulation und Ableitung der tribologischen Lasten
5.3.3 Werkzeugauslegung für den Streifenziehversuch
5.4 Fazit
6 Schätzverfahren von Verschleißfestigkeitskennlinien
6.1 Problematik und Zielsetzung
6.2 Methoden zur Abschätzung
6.3 Modellauswahl
6.3.1 Modelle zur Abschätzung von Wöhlerlinien
6.3.2 Auswahlverfahren
6.4 Verfahren der linearen Regression
6.5 Abschätzung des Medians
6.5.1 Abschätzung des VFK – Medians
6.6 Abschätzung der Unsicherheit
6.7 Validierung der Ergebnisse
6.8 Bewertung der Modelle für unterschiedliche Anwendungsfälle
6.9 Interpretation der Ergebnisse
6.10 Bewertung der minimal erforderlichen Daten
6.11 Verschleißfestigkeit unterschiedlicher Schmierstoffe
6.12 Fazit
7 Verschleißversuch und Standzeitabschätzung für beschichtete Werkzeuge
7.1 Einleitung
7.2 Inline-Messmethode
7.2.1 Mathematische Beschreibung der thermoelektrischen Messung
7.3 Konzeptionierung der Werkzeugtemperierung
7.3.1 Randbedingungen an das Konzept
7.3.2 Einfluss der Temperatur auf die thermoelektrische Messung
7.3.3 Konstruktion der Werkzeugaufnahme
7.3.4 Validierung der Werkzeugkonzepte
7.4 Versuchsmatrix Verschleißversuch
7.5 Verschleißversuch für den Abstreckprozess der Fa. Hans Berg
7.5.1 Verschleißverlauf des realen Prozesses (niedriges Lastniveau)
7.5.2 Verschleißverlauf des Streifenziehversuchs (erhöhte Lastniveaus)
7.5.3 Ableitung der VFK (Abstreckprozess)
7.6 Verschleißversuch für den Verzahnungsprozess der Fa. ZF Friedrichshafen AG
7.6.1 Daten der Standzeiten des realen Umformprozesses
7.6.2 Verschleißverlauf des Streifenziehversuchs (erhöhte Lastniveaus)
7.6.3 Ableitung der VFK für den Verzahnungsprozess
7.7 Praktische Anwendung der Verschleißfestigkeitsanalyse
7.8 Fazit
8 Ausblick
8.1 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen der Ergebnisse für KMU
9 Literaturverzeichnis
